EP0939903A1 - Dispositif et procede d'analyse de defauts sur des reseaux - Google Patents

Dispositif et procede d'analyse de defauts sur des reseaux

Info

Publication number
EP0939903A1
EP0939903A1 EP97947070A EP97947070A EP0939903A1 EP 0939903 A1 EP0939903 A1 EP 0939903A1 EP 97947070 A EP97947070 A EP 97947070A EP 97947070 A EP97947070 A EP 97947070A EP 0939903 A1 EP0939903 A1 EP 0939903A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fault
phase
zero sequence
current
departure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97947070A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Hubert Podvin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anpico
Original Assignee
Anpico
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anpico filed Critical Anpico
Publication of EP0939903A1 publication Critical patent/EP0939903A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/085—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution lines, e.g. overhead

Definitions

  • the present invention relates to the field of devices and methods for analyzing faults in electrical distribution networks.
  • the invention applies in particular, but not exclusively, to MV (High Voltage A) networks having a nominal voltage value between 1 kV and 50kV.
  • FIG. 1 The structure of such a network is illustrated diagrammatically in FIG. 1 appended.
  • MV distribution network 10 comprising a three-phase transformer 12 whose primaries are connected to the output of a HTB (High Voltage B) network with nominal voltage greater than or equal to 50kV and whose secondaries are connected to respective lines
  • the lines 21, 22, 23 of the busbar are respectively connected to three-phase starting lines
  • the source station comprising the transformer 12 is equipped with a shunt circuit breaker 14. This is adapted to shunt to the earth a phase detected as a fault in the case of a single-phase fault. Such grounding effectively contributes to the extinction of a possible arc. Furthermore, each line 30.1 to 30.n is provided with a cut-off device 32.
  • Network Auscultation A method called “Network Auscultation” has been developed to detect and locate these faults using perturbographs installed in source stations and time-stamped fault detectors installed in the network.
  • the present invention now aims to improve the situation.
  • This object is achieved according to the present invention by means of an automatic fault analysis method on an electrical distribution network, which comprises the steps consisting in:
  • the present invention also provides a device for analyzing faults on an electrical distribution network, characterized by the fact that it comprises means for automatic analysis of faults located at the level of a source distribution station to allow operation in time. real electrical signals from the network, without requiring the transfer of these to a remote analysis station.
  • FIG. 2 represents voltages on the three phases of a network, when a single-phase fault occurs
  • FIG. 3 represents a histogram of these voltages for determining a resting voltage
  • FIG. 4 represents the appearance of a current belonging to a feeder not affected by the fault
  • - Figure 5 represents transitions on this current belonging to a departure not concerned by the fault
  • - Figure 6 represents the normalized transitions on such a current belonging to a departure not concerned by the fault
  • FIG. 7 shows the appearance of a current belonging to a departure affected by the fault
  • FIG. 8 represents the transitions on this current belonging to a start affected by the fault
  • FIG. 9 represents the normalized transitions on such a current belonging to a start affected by a fault
  • FIG. 10 represents the shape of the currents when a circuit breaker closes
  • Incident Event disrupting the proper functioning of a network.
  • Reclosing cycle Set of automatic actions carried out by a protection device to try to eliminate the disturbance detected.
  • Self-extinguishing faults Events lasting less than 100 ms which disappear before the protection functions.
  • Fugitive faults Events which require the functioning of the protections and are eliminated by the shunt circuit breaker or by an opening of the outgoing circuit breaker of approximately 300ms ("fast").
  • Permanent faults Events which are not eliminated by the protection automations and require operator intervention.
  • Single-phase fault Short circuit between one of the phases and earth.
  • Such a fault is generally more difficult to locate than a polyphase fault because the impedance of the faulty loop depends on the zero sequence component of the cable which is difficult to model.
  • Polyphase fault Short circuit between two or three phases either isolated or with earth.
  • the device comprises, on the one hand means adapted to detect the appearance of faults on electrical distribution networks and, on the other hand means adapted to locate these faults on the network.
  • It preferably uses the signals coming from sensors associated or integrated with a disturbance recorder, designed to measure the three phase voltages and the neutral current of the arrivals and the three phase currents and the zero sequence current (or even only the zero sequence current) for the departures .
  • the system according to the present invention is based on the following general design defined by the Applicant.
  • the device according to the present invention cannot lead to an identification and a localization of a fault, it transmits to the operator a "failure" message inviting the operator to use other investigative methods if necessary to locate a possible defect.
  • the system according to the invention exploits a set of heuristics modeling the rules of the problem treated. Each of them gives a diagnostic output and possibly modifies one or more data of the common set.
  • the diagnosis delivered by the device is either:
  • the device In the event of a failure, the device "goes back" to the last choice made (lower level having one or more solutions) and continues with a new choice or leads to a definitive failure if no choice is possible.
  • the device In the case of an "indeterminate" diagnosis, the device tries another heuristic relating to the same level of analysis or otherwise ends with a definitive failure.
  • the method for automatic analysis of faults on power supply lines mainly comprises the steps which consist in:
  • the means according to the present invention have the particularity of requiring no threshold for analysis. Only the information contained in the event is used. The "rest" voltage, ie the network voltage preceding the event is statistically determined. Changes in the nominal voltage due to the regulation used (15600V for a 15kV network for example) are therefore automatically taken into account.
  • the incoming voltages are cut into electrical regimes.
  • the quiescent voltage that is to say the non-fault voltage of each phase. It is from this resting voltage that the device of the invention automatically determines the thresholds used to detect the transitions between the regimes. Different methods can be used to obtain this resting voltage.
  • the device creates a histogram of the three phase voltages during the entire event.
  • This histogram classifies all the values taken by the voltages during the event in increments, for example of 100V.
  • the resting voltage used is the central value of the class with the highest frequency. It corresponds to the most commonly encountered voltage, which joins reality because the sum of the durations of the default regimes is always less than the sum of the durations of the non-default regimes (seen from the voltages).
  • FIG. 2 appended by way of nonlimiting example, the voltages on the three phases of a network, over a period of time during which a single-phase fault appears, and in FIG. 3 the histogram of these tensions.
  • the central value of the class with the highest frequency, in FIG. 3, is 11500V, value retained as a representation of the quiescent voltage, for the analysis.
  • the device according to the present invention cuts the electrical signals measured by a pertubograph, in electrical regimes, that is to say in stable or quasi-stable regimes.
  • the electrical regimes constituting an event are determined only by analyzing the voltages and currents measured by the disturbance recorder, and constituting the analyzed file.
  • the method used in the context of the invention consists in:
  • This last part of the processing constitutes a small expert system by itself and involves general notions of signal processing and / or electrotechnical knowledge (monitoring of the evolution of the phases between signals for example).
  • the purpose of this smoothing is in particular to eliminate instabilities, such as for example the transients due to circuit breaker operations.
  • the device detects the arrival or arrivals in default and the departure or departures in default on each of the events by using the analog signals recorded.
  • the analysis thus adapts to the operating conditions.
  • the device according to the present invention implements a method for the statistical determination of the departures concerned.
  • This method does not use any electrotechnical knowledge. It is based on the finding established by the Applicant that, during an event, the transitions in the amplitude variations of the currents of a departure are few in comparison with the small random variations due to the "background noise" of the steady state.
  • the device In order to be able to count these variations and thus to discriminate an event constituted by a defect, from background noise, the device according to the present invention operates a change of scale of the measured signals and normalizes their absolute value by representing them by a number between 0 and 1 (1 being the value assigned to the maximum amplitude). Then the device automatically counts the number of values other than 0. The device considers that a fault is detected when the number of normalized transition values is less than a threshold, for example less than 10.
  • FIGS. 6 and 9 clearly shows that counting the number of normalized transition values makes it possible to discriminate the background noise of FIG. 6 which has a large number of transitions, from a defect illustrated in FIG. 9 which presents only two main standard transitions.
  • the device according to the present invention also implements a method for determining the feeders concerned by the analysis of the phase between the neutral current and the zero sequence current.
  • This method uses electrotechnical knowledge. To do this, the device analyzes the phase between the neutral current of the transformer and the zero sequence current of each of the feeders. More specifically, in the context of the present invention, two different tests are preferably used depending on the number of departures to be studied. In the first, the device tests whether this phase belongs to an interval, for example the interval [5 °, 59 °]. If the value of the phase belongs to this interval, the start is considered to be affected by the fault. This test works correctly when the starting number is low but poses problems when this number becomes large.
  • the device performs the average of the non-zero phases of the various departures, then compares this average to each of them. It is the departure (s) whose phase deviates most from the average which are considered as the departure (s) in default.
  • the device according to the present invention also implements a method of statistical determination of the arrivals concerned which is based on the same principle as that described above for departures and implements the voltages of the arrival.
  • the device according to the present invention can use different techniques to eliminate instabilities.
  • the transient circuit breaker opening and closing transients endeavors in particular to identify the transient circuit breaker opening and closing transients to eliminate them from processing and thus avoid the detection of false faults.
  • a transient regime of more or less long duration appears on the voltages and is often difficult to distinguish from a three-phase fault regime because there is a simultaneous voltage dip on the 3 phases.
  • the Applicant has demonstrated that when the phase currents of the start are measured, this transient phase can be highlighted because it is accompanied by a continuous component which is damped until it becomes zero.
  • the device must sometimes operate a correlation between different events.
  • the classic reclosing sequence fast +
  • the analysis device according to the invention is therefore suitable for processing several files (up to 3) considering that it is a single event.
  • the device according to the present invention can be used to detect numerous events such as operating operations, high voltage faults, monitoring of the neutral impedance, etc. It can also be adapted to the neutral regime compensated.
  • FIG. 12 illustrates the steps for determining faulty arrivals and departures by statistical method as described above.
  • FIG. 12 the determination of faulty departures is carried out when at least one faulty arrival is determined and the detection of a fault on all arrivals is assimilated to a fault in the upstream network HTB.
  • FIG. 13 diagrams the steps for determining the electrical regimes, and for analyzing the phases as indicated above.
  • steps are preferably accompanied by a consistency test between the faults detected respectively on arrivals and departures.
  • Figures 12 and 13 correspond only to a very schematic illustration of the invention which in practice uses non-linear processing.
  • the general aim of these means is to give the probable positions of a short circuit which is the source of an analyzed event, taking into account the network topology.
  • the most urgent faults to be analyzed are those which have resulted in a definitive triggering of a departure.
  • the present invention thus provides an aid to the conduct of the network by making it possible to indicate to the operator the cut-off members that he must actuate in order to restart the supply of energy as quickly as possible. In this context, reliability must be maximum and precision comes second.
  • the device according to the present invention also allows the localization of fugitive faults (preventive action) so that maintenance agents can be sent to the field to try to determine the cause. Precision is more important here, but the priority remains reliability.
  • the networks are generally not homogeneous, that is to say that they consist of sections whose reactances per km are different (portions of overhead line and underground) . It is therefore necessary to browse the "tree" representing the start and determine the sections by comparing the start and end reactances to the calculated reactance.
  • the location device is based on the following considerations.
  • the calculation of the reactance of a faulty line portion in the case of a polyphase event does not pose a problem because it is independent of the topology of the departure concerned.
  • the equation allowing the reactance of a faulty line to be calculated in the case of a single-phase fault is very difficult to solve if we do not rely on the line impedance values for each of the sections.
  • the notion of temporal positioning of the measurement periods used is fundamental.
  • the invention calls for a measurement during the non-fault regime preceding the fault regime and for a measurement during the fault regime.
  • the choice of the measures to be used is essential and determines the accuracy of the location.
  • the calculations are carried out according to the invention over all the periods or combinations of periods of the incriminated signals, thereby determining an interval of belonging of the reactance of the faulty line portion.
  • the device according to the invention is however suitable for eliminating the transients of evolution from one regime to another (see determination of the calculation ranges explained below).
  • the loop impedance of a single-phase fault is calculated as follows. The case of a single-phase fault is the most difficult to solve because it requires the implementation of the symmetrical components of the loop impedance.
  • the expression for total impedance is:
  • Zd is the direct impedance of the faulty line portion
  • Zi is the inverse impedance of the faulty line portion
  • ZA and ZB are independent of the starting topology.
  • the loop impedance of a polyphase fault is calculated as follows.
  • VMa and VMb are the complex vectors representing the fundamentals of the voltages on the phases concerned during the fault regime
  • IMa and IMb are the complex vectors representing the fundamentals of the currents on the phases concerned during the fault regime.
  • the aforementioned quantities ZA and ZB both in the case of a single-phase fault and in the case of a polyphase fault, depend only on the measurements made on the analyzed event.
  • the device according to the present invention takes account of variations during the event while eliminating the transients which can cause errors. To do this, it uses a sorting method on all measures or combinations of measures:
  • the device according to the present invention therefore uses the following formulas:
  • R is the apparent resistance of the conductor in ⁇ / km
  • L is the apparent self inductance of the conductor in ⁇ / km and equal to
  • R is the apparent resistance of the conductor in ⁇ / km
  • Re is the resistance of the screen in ⁇ / km
  • M is the mutual inductance between the core and the screen in ⁇ / km and equal to
  • the device according to the present invention is suitable for estimating the validity interval of the direct impedance and of the zero sequence reactance by calculating all the possible values by varying each of the hypotheses.
  • the distance between the conductor cores is between 500 and 3000mm and the functions involving this quantity are not linear. For this the device divides this interval into 5 parts within which the function is linear. Then, for example, it performs all the calculations for the following parameters: • type of screen: Aluminum or Copper,
  • the device defines the validity intervals of the direct impedance and the zero sequence reactance of the different cables by taking as minimum value the minimum value found and as maximum value the maximum value found.
  • the device according to the present invention uses a topology file. It is a file which describes the structure of the departure. It describes each line segment by giving the type of cable, its section, its location
  • the device in accordance with the present invention can use a database which lists each of the cables used by the topology files. This database gives, for each of them, the validity range of direct resistance, direct reactance and zero sequence reactance. For example in the case of an overhead copper cable of 19mm 2 , with the previous assumptions, the database can include a line: A CU 0190 .947 0.947 0.205 0.462 1.544 2.058 1.095
  • the validity interval of the result is given by [minimum value of the upstream end, maximum value of the downstream end].
  • the validity interval of the direct impedance (Z d ) and the validity range of the zero sequence reactance (lm (Z 0 )) of the section are determined beforehand.
  • the location of a polyphase fault is carried out by traversing the tree in the same way as in the case of the single-phase fault.
  • the device determines the section (s) affected by the fault by looking for those such as all of the solutions of the equation
  • the validity interval of the direct impedance (Zd) of the section is determined beforehand. Note however that in the case of a three-phase fault, the impedances measured between the phases taken two by two must be close
  • the simplest learning method is to learn the direct impedance and zero sequence reactance values for each of the cables used.
  • the number of examples available is quite limited and does not guarantee that all types of cables from the initial database are affected.
  • this method requires at least one event per start which can be difficult to obtain.
  • the device according to the present invention is placed at the "calculation hypotheses" level, that is to say that it determines a set of hypotheses such that the known events are located "at best”.
  • the adjustment is made on the conditions of calculation of the impedances and not on the impedances themselves.
  • the Applicant has selected an optimization method based on a genetic algorithm. This method brings together all the necessary qualities:
  • the optimization method based on the genetic algorithm is an iterative method which uses an analogy with the process of natural selection and genetic evolution.
  • the research carried out tends to optimize a “strength” function by using a “population” of candidates called “individuals”.
  • each "individual” is a solution to the problem. If several variables are used, the value of each of them specific to the envisaged solution is coded.
  • the individual is the set of all variables placed end to end.
  • the initial population is made up of a certain number of individuals drawn at random. This number remains constant in subsequent generations.
  • Each iteration, called “generation”, consists in making this population evolve towards a “daughter” population where only the most efficient “individuals”, taking into account the “force” function, are reproduced.
  • the algorithm generates 3 steps:
  • An individual can consist of a 16-bit word coded as follows: • Bit 15: Copper screen (at 1)
  • Im (Zo) Im (ZA) - Im (ZBZd) for single-phase
  • the measured interval (value from the measurement). 5 We arrive at interval comparisons. The performance of an individual will therefore determine how the solution he represents produces effective solution sets. The “force” function quantifies this efficiency.
  • This function is used to determine the strength of each individual, that is, the quality of the solution it generates. This force is given by the formula:
  • Dispersion tends to 100% when the dimension of the calculated interval tends to the dimension of the measured interval. It tends towards 0 when the dimension of one of the two intervals is much greater than the other.
  • the creation of a “daughter generation” from the current generation is carried out first by the step of calculating the strength of each of the individuals in accordance with the method described above. Then the device copies each of the individuals in the new generation in proportion to its strength with the following formula:
  • the “crossing” operation is a mixture between two individuals with respect to a bit whose rank is chosen randomly between 0 and 15
  • the mutation operation is the inversion of a bit whose rank is drawn randomly between 0 and 15
  • the device retains the location on the initial database and superimposes the location on the "learned" database.
  • the device according to the present invention allows real-time processing of events, as they occur and the immediate sending of a message to the operator.
  • the device of the invention thus makes it possible to combine a curative treatment with a preventive treatment. Thanks to the means of the invention, the indication to the operator of the probable areas of a short circuit on the feeder may not exceed 5 mm from the appearance of the fault and makes it possible to save considerable time for return to service.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'analyse automatique de défauts sur un réseau de distribution électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à: décomposer les signaux électriques mesurés sur le réseau, en régimes électriques correspondant chacun à une portion de temps pendant laquelle les signaux mesurés sont stables ou quasi-stables, sur la base d'une valeur de repos auto-adaptée par analyse statistique desdits signaux, et détection de chaque arrivée en défaut et chaque départ en défaut sur chacun des événements décelés.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE D'ANALYSE DE DEFAUTS SUR DES RESEAUX
La présente invention concerne le domaine des dispositifs et procédés d'analyse de défauts sur les réseaux de distribution électrique. L'invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, aux réseaux HTA (Haute Tension A) ayant une valeur nominale de tension comprise entre 1 kV et 50kV.
On a illustré sur la figure 1 annexée, de manière schématique, la structure d'un tel réseau. On aperçoit sur cette figure 1 un réseau de distribution HTA 10 comprenant un transformateur triphasé 12 dont les primaires sont reliés à la sortie d'un réseau HTB (Haute Tension B) de tension nominale supérieure ou égale à 50kV et dont les secondaires sont reliés à des lignes respectives
21 , 22, 23, d'un jeu de barres 20 du réseau HTA. Les lignes 21 , 22, 23 du jeu de barres sont reliées respectivement à des lignes triphasées de départ
30.1 à 30.n. Celles-ci sont elles-mêmes généralement munies de ramifications, non illustrées dans le détail sur la figure 1 annexée pour simplifier l'illustration, mais schématisées pour l'une des phases d'un départ. Sur cette figure 1 , les paramètres Zn désignent l'impédance de chaque noeud de cette phase vu depuis le départ.
Le poste source comprenant le transformateur 12 est équipé d'un disjoncteur shunt 14. Celui-ci est adapté pour shunter à la terre une phase détectée en défaut dans le cas d'un défaut monophasé. Une telle mise à la terre contribue efficacement à l'extinction d'un arc éventuel. Par ailleurs, chaque ligne 30.1 à 30.n est munie d'un dispositif de coupure 32.
Les entreprises en charge de la distribution électrique s'intéressent depuis de nombreuses années au problème de la détection et de la localisation des ouvrages HTA présentant des défauts d'isolement électrique. Ceux-ci sont en effet le siège de courts-circuits dont l'élimination par des mécanismes de protection occasionne des coupures de durée plus ou moins longue de la fourniture d'énergie à la Clientèle.
Une méthode dénommée "Auscultation des Réseaux" a été mise au point pour détecter et localiser ces défauts à l'aide de perturbographes installés dans les postes sources et de détecteurs de défauts horodatés installés en réseau.
Cependant aujourd'hui, l'exploitation des données issues de ces appareils est presque totalement manuelle et nécessite un volume de travail fastidieux très important pour une exploitation rigoureuse.
Pour tenter d'améliorer la détection et la localisation de tels défauts, la Direction des Etudes et Recherches d'Electricité de France (DER) a développé un système expert (LAURE) destiné à traiter automatiquement les fichiers et à donner la ou les localisations probables des courts-circuits sur les départs surveillés. Toutefois, selon la conception de ce système expert, tous les événements enregistrés par les pertubographes doivent être préalablement rapatriés sur un site d'analyse, le plus souvent via le réseau PTT, ce qui induit des coûts de liaison importants. L'intervalle de temps moyen entre l'apparition du défaut et son analyse est ainsi de l'ordre de 48h. Cette méthode d'analyse automatique ne peut donc pas être utilisée pour aider l'exploitant à remettre en service un départ si le court- circuit a provoqué un déclenchement définitif.
L'intérêt principal de cette méthode est donc seulement de permettre d'analyser les événements dits "fugitifs", c'est-à-dire éliminés par les protections automatiques du départ. L'expérience montre, en effet, que ces événements précèdent souvent un déclenchement définitif. Dans ce cas, la localisation des courts-circuits met en évidence les points faibles du réseau et permet d'en assurer la maintenance.
Ainsi il apparaît que les moyens connus des spécialistes pour la détection et la localisation de défauts sur les lignes d'alimentation électrique, ne donnent pas totalement satisfaction.
La présente invention a maintenant pour but d'améliorer la situation. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un procédé d'analyse automatique de défauts sur un réseau de distribution électrique, qui comprend les étapes consistant à :
- décomposer les signaux électriques mesurés sur le réseau, en régimes électriques correspondant chacun à une portion de temps pendant laquelle les signaux mesurés sont stables ou quasi-stables, sur la base d'une valeur de repos auto-adaptée par analyse statistique desdits signaux, et
- détecter chaque arrivée en défaut et chaque départ en défaut sur chacun des événements décelés. La présente invention propose également un dispositif d'analyse de défauts sur un réseau de distribution électrique caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'analyse automatique de défauts situés au niveau d'un poste source de distribution pour permettre une exploitation en temps réel des signaux électriques du réseau, sans nécessiter le transfert de ceux- ci vers un poste d'analyse éloigné.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels : - la figure 1 précédemment décrite illustre schématiquement la structure d'un réseau d'alimentation électrique,
- la figure 2 représente des tensions sur les trois phases d'un réseau, lors de l'apparition d'un défaut monophasé,
- la figure 3 représente un histogramme de ces tensions pour la détermination d'une tension de repos,
- la figure 4 représente l'allure d'un courant appartenant à un départ non concerné par le défaut,
- la figure 5 représente des transitions sur ce courant appartenant à un départ non concerné par le défaut, - la figure 6 représente les transitions normalisées sur un tel courant appartenant à un départ non concerné par le défaut,
- la figure 7 représenté l'allure d'un courant appartenant à un départ concerné par le défaut,
- la figure 8 représente les transitions sur ce courant appartenant à un départ concerné par le défaut,
- la figure 9 représente les transitions normalisées sur un tel courant appartenant à un départ concerné par un défaut, - la figure 10 représente l'allure des courants au moment de la fermeture d'un disjoncteur,
- la figure 11 représente les valeurs de la composante continue normalisée résultante, et - les figures 12 et 13 représentent schématiquement l'organigramme du procédé de l'invention.
Dans le cadre de la présente demande de brevet, les termes ou expressions ci-après auront les sens suivants :
. Incident : Evénement perturbant le bon fonctionnement d'un réseau.
. Cycle de réenclenchement : Ensemble des actions automatiques menées par un dispositif de protection pour tenter d'éliminer la perturbation détectée.
. Défauts auto-extincteurs : Evénements d'une durée inférieure à 100ms qui disparaissent avant le fonctionnement des protections.
. Défauts fugitifs : Evénements qui nécessitent le fonctionnement des protections et sont éliminés par le disjoncteur shunt ou par une ouverture du disjoncteur du départ d'environ 300ms ("rapide").
. Défauts semi-permanents : Evénements qui nécessitent le fonctionnement des protections et disparaissent lors du 1er et 2ème réenclenchement lent.
. Défauts permanents : Evénements qui ne sont pas éliminés par les automatismes de protection et nécessitent une intervention de l'exploitant. . Défaut monophasé : Court-circuit entre une des phases et la terre.
Un tel défaut est généralement plus difficile à localiser qu'un défaut polyphasé car l'impédance de la boucle en défaut dépend de la composante homopolaire du câble difficile à modéliser.
. Défaut polyphasé : Court-circuit entre deux ou trois phases soit isolé soit avec la terre.
. Défaut évolutif : Défaut monophasé évoluant au même endroit en défaut polyphasé. . Défaut double : Défauts à la terre résultant de l'évolution d'un premier défaut monophasé simple de sorte que la phase affectée n'est pas celle intéressée par le premier défaut et le second défaut n'est pas situé au même endroit que le premier. Le dispositif conforme à la présente invention comporte, d'une part des moyens adaptés pour détecter l'apparition de défauts sur des réseaux de distribution électrique et, d'autre part des moyens adaptés pour localiser ces défauts sur le réseau.
Il exploite de préférence les signaux issus de capteurs associés ou intégrés à un perturbographe, conçus pour mesurer les trois tensions de phase et le courant neutre des arrivées et les trois courants de phase et le courant homopolaire (voire seulement le courant homopolaire) pour les départs.
Le système conforme à la présente invention repose sur la conception générale suivante définie par la Demanderesse.
L'analyse des événements susceptibles d'intervenir sur une ligne d'alimentation électrique peut être ramenée à un problème de reconnaissance de situation. Cependant, les règles permettant d'associer un groupe de mesures donné à une situation particulière souffrent de nombreuses exceptions. De ce fait, le système de l'invention exploite des heuristiques, c'est-à-dire des règles qui sont vérifiées dans certains cas et qui sont totalement inefficaces dans d'autres. Un traitement linéaire dont la stratégie serait irrévocable serait inefficace car incapable de remettre en question ses choix si un échec était constaté en aval. Le système de l'invention repose donc sur une approche de type Système Expert.
Dans le cadre de l'invention la priorité absolue est donnée à la fiabilité.
La Demanderesse considère en effet qu'il vaut mieux donner un résultat avec une certitude absolue dans 70% des cas plutôt qu'un résultat moins fiable dans 90% des cas.
Par conséquent, lorsque le dispositif conforme à la présente invention ne peut aboutir à une indentifi cation et une localisation d'un défaut, il émet à destination de l'exploitant un message "d'échec" invitant l'exploitant à recourir le cas échéant à d'autres méthodes d'investigation pour localiser un éventuel défaut.
Le système conforme à l'invention exploite un ensemble d'heuristiques modélisant les règles du problème traité. Chacune d'entre elles donne en sortie un diagnostic et modifie éventuellement une ou plusieurs données de l'ensemble commun.
Le diagnostic délivré par le dispositif est soit :
. succès avec possibilité de plusieurs solutions
. échec . indéterminé.
Dans le cas du succès, chacune des solutions est analysée par le dispositif et ses conséquences explorées jusqu'à ce que le raisonnement aboutisse à un diagnostic final ou à un échec.
Dans le cas d'un échec, le dispositif "remonte" au dernier choix effectué (niveau inférieur ayant une ou plusieurs solutions) et poursuit avec un nouveau choix ou aboutit à un échec définitif si aucun choix n'est possible.
Dans le cas d'un diagnostic "indéterminé" le dispositif essaie une autre heuristique portant sur le même niveau d'analyse ou sinon termine avec un échec définitif.
On va tout d'abord décrire les moyens conformes à la présente invention, d'analyse des événements décelés sur les lignes d'alimentation électrique.
Le procédé d'analyse automatique de défauts sur lignes d'alimentation électrique, conforme à la présente invention comprend principalement les étapes qui consistent à :
- opérer une détermination statistique des départs concernés par des défauts,
- opérer une détermination des départs concernés par l'analyse de la phase entre le courant de neutre et le courant homopolaire,
- opérer la même analyse pour les arrivées, - découper les tensions et courants mesurés, en régimes stables ou quasi- stables, par exploitation de valeurs de repos définies par analyse statistique,
- le tout avec élimination des instabilités notamment des transitoires de fermeture de disjoncteur et possibilité de modification du découpage en régimes au vu des résultats obtenus, si nécessaire.
En premier lieu, les moyens conformes à la présente invention présentent la particularité de n'exiger aucun seuil pour l'analyse. Seules les informations contenues dans l'événement sont utilisées. La tension de "repos", c'est-à-dire la tension du réseau précédant l'événement est déterminée statistiquement. Les modifications de la tension nominale dues à la régulation utilisée (15600V pour un réseau 15kV par exemple) sont ainsi automatiquement prises en compte.
Comme on l'exposera par la suite, dans le cadre de l'invention, les tensions d'arrivée sont découpées en régimes électriques.
Pour cela il est nécessaire de connaître la tension de repos, c'est-à- dire la tension de non défaut de chaque phase. C'est à partir de cette tension de repos que le dispositif de l'invention détermine automatiquement les seuils utilisés pour détecter les transitions entre les régimes. Différents procédés peuvent être retenues pour obtenir cette tension de repos.
De préférence dans le cadre de l'invention, le dispositif crée un histogramme des trois tensions de phase pendant tout l'événement. Cet histogramme classe toutes les valeurs prises par les tensions pendant l'événement par tranches par exemple de 100V. La tension de repos retenue est la valeur centrale de la classe dont la fréquence est la plus élevée. Elle correspond à la tension le plus couramment rencontrée ce qui rejoint la réalité car la somme des durées des régimes de défaut est toujours inférieure à la somme des durées des régimes de non défaut (vu des tensions).
On a ainsi illustré sur la figure 2 annexée, à titre d'exemple non limitatif les tensions sur les trois phases d'un réseau, sur une période de temps pendant laquelle apparaît un défaut monophasé, et sur la figure 3 l'histogramme de ces tensions. La valeur centrale de la classe dont la fréquence est la plus élevée, sur la figure 3 est de 11500V, valeur retenue en tant que représentation de la tension de repos, pour l'analyse.
Sur cette base le dispositif conforme à la présente invention découpe les signaux électriques mesurés par un pertubographe, en régimes électriques, c'est-à-dire en régimes stables ou quasi-stables.
La détermination des régimes électriques constituant un événement est réalisée uniquement par l'analyse des tensions et courants mesurés par le perturbographe, et constituant le fichier analysé. Néanmoins, dans le cadre de l'invention, il est possible d'exploiter des signaux logiques issus du perturbographe si les autres informations font défaut. Cette détermination doit être réalisée avec soin car de sa précision dépend la précision de la localisation. Elle est particulièrement difficile car certaines contraintes imposées sont presque incompatibles entre elles. En effet, il faut filtrer les signaux le moins possible si on veut déterminer avec précision la position temporelle de chacune des transitions entre régimes et si on veut pouvoir détecter les auto-extincteurs de faible durée. D'autre part, certaines causes de courts-circuits ont pour effet d'ajouter un bruit de fond assez important aux signaux mesurés ce qui rend difficile le découpage. La méthode utilisée dans le cadre de l'invention consiste à :
. découper l'événement période par période grâce à un seuil non critique sans réduction arbitraire de l'information, et
. effectuer un lissage intelligent du résultat obtenu grâce à des règles de réécriture qui analyse le contexte et corrige éventuellement le diagnostic réalisé pour chacune des périodes.
Cette dernière partie du traitement constitue un petit système expert à elle seule et fait intervenir des notions générales de traitement de signal et/ou des connaissances électrotechniques (suivi de l'évolution des phases entre signaux par exemple). Ce lissage a notamment pour but d'éliminer les instabilités, telles que par exemple les transitoires dues aux manoeuvres de disjoncteur.
En second lieu dans le cadre de l'invention, le dispositif procède à une détection de l'arrivée ou des arrivées en défaut et du départ ou des départs en défaut sur chacun des événements par exploitation des signaux analogiques enregistrés. L'analyse s'adapte ainsi aux conditions d'exploitation.
Là encore différentes techniques peuvent être retenues pour procéder à cette détection.
De préférence le dispositif conforme à la présente invention met en oeuvre une méthode de détermination statistique des départs concernés.
Cette méthode n'utilise aucune connaissance électrotechnique. Elle s'appuie sur le constat établi par la Demanderesse que, lors d'un événement, les transitions dans les variations d'amplitude des courants d'un départ sont peu nombreuses en comparaison avec les faibles variations aléatoires dues au "bruit de fond" du régime permanent.
Pour pouvoir compter ces variations et ainsi discriminer un événement constitué par un défaut, du bruit de fond, le dispositif conforme à la présente invention opère un changement d'échelle des signaux mesurés et normalise leur valeur absolue en les représentant par un nombre compris entre 0 et 1 (1 étant la valeur attribuée à l'amplitude maximale). Puis le dispositif compte automatiquement le nombre de valeurs différentes de 0. Le dispositif considère qu'un défaut est détecté lorsque le nombre de valeurs de transitions normalisées est inférieur à un seuil, par exemple inférieur à 10.
Pour illustrer cette technique d'analyse, on a illustré :
- sur la figure 4 l'allure d'un courant appartenant à un départ non concerné par un défaut, et qui ne révèle par conséquent que du bruit de fond,
- sur la figure 5, les transitions (ou dérivée) de ce courant appartenant à ce départ non concerné par ce défaut, et
- sur la figure 6, ces transitions normalisées de 0 à 1 , tandis que l'on a illustré : - sur la figure 7, l'allure d'un courant appartenant à un départ concerné par un défaut,
- sur la figure 8, les transitions (ou dérivée) de ce courant appartenant à un départ concerné par le défaut, et - sur la figure 9, ces transitions normalisées de 0 à 1.
L'examen comparé des figures 6 et 9 montre clairement que le décompte du nombre de valeurs de transition normalisées permet de discriminer le bruit de fond de la figure 6 qui présente un grand nombre de transitions, d'un défaut illustré sur la figure 9 qui présente seulement deux transitions normalisées principales.
Le dispositif conforme à la présente invention met également en oeuvre une méthode de détermination des départs concernés par l'analyse de la phase entre le courant neutre et le courant homopolaire. Cette méthode met en oeuvre des connaissances électrotechniques. Pour cela, le dispositif analyse la phase entre le courant de neutre du transformateur et le courant homopolaire de chacun des départs . Plus précisément, dans le cadre de la présente invention, deux tests différents sont de préférence utilisés en fonction du nombre de départs à étudier. Dans le premier, le dispositif teste l'appartenance de cette phase à un intervalle, par exemple l'intervalle [5°, 59°]. Si la valeur de la phase appartient à cet intervalle, le départ est considéré comme concerné par le défaut. Ce test fonctionne correctement lorsque le nombre de départ est faible mais pose des problèmes lorsque ce nombre devient important. Dans le deuxième, si le nombre de départs étudiés est supérieur ou égal à 3, le dispositif effectue la moyenne des phases non nulles des différents départs, puis compare cette moyenne à chacune d'elles. C'est le ou les départs dont la phase s'éloigne le plus de la moyenne qui sont considérés comme le ou les départs en défaut. Le dispositif conforme à la présente invention met par ailleurs en oeuvre une méthode de détermination statistique des arrivées concernées qui est basée sur le même principe que celui décrit précédemment pour les départs et met en eouvre les tensions de l'arrivée.
Le dispositif conforme à la présente invention peut mettre en oeuvre différentes techniques pour éliminer les instabilités.
De préférence, il s'attache en particulier à identifier les transitoires d'ouverture et de fermeture de disjoncteur pour les éliminer du traitement et éviter ainsi la détection de faux défauts. Lors de la fermeture d'un disjoncteur après un réenclenchement rapide ou lent, un régime transitoire d'une durée plus ou moins longue (jusqu'à 100ms) apparaît sur les tensions et est souvent difficile à distinguer d'un régime de défaut triphasé car on constate un creux de tension simultané sur les 3 phases. Néanmoins, la Demanderesse a démontré que lorsque les courants de phases du départ sont mesurés, cette phase transitoire peut être mise en évidence car elle s'accompagne d'une composante continue qui s'amortit jusqu'à devenir nulle.
Pour mettre en évidence cette composante continue, on a illustré sur la figure 10 l'allure des courants au moment de la fermeture d'un disjoncteur (fin du rapide à 900ms) et sur la figure 10 les valeurs de la composante continue normalisée résultante.
En outre dans le cadre de l'invention, le dispositif doit parfois opérer une corrélation entre différents événements. En particulier, la séquence de réenclenchement classique (rapide +
2lents) dure généralement environ 35s. Or, les perturbographes connus ne peuvent enregistrer une telle séquence en une fois. Le dispositif d'analyse conforme à l'invention est de ce fait adapté pour traiter plusieurs fichiers (jusqu'à 3) en considérant qu'il s'agit d'un seul événement. Le dispositif conforme à la présente invention peut être utilisé pour détecter de nombreux événements tels que les manoeuvres d'exploitation, les défauts haute tension, surveillance de l'impédance de neutre, etc ... Il pourra également s'adapter au régime de neutre compensé.
On a illustré des organigrammes de l'analyse conforme à l'invention sur les figures 12 et 13 annexées.
Plus précisément, la figure 12 illustre les étapes de détermination des arrivées et départs en défaut par méthode statistique telles que décrits précédemment.
Selon l'organigramme particulier et non limitatif illustré sur la figure 12 : la détermination des départs en défaut est effectuée lorsque au moins une arrivée en défaut est déterminée et la détection d'un défaut sur toutes les arrivées est assimilée à un défaut du réseau amont HTB. La figure 13 quant à elle schématise les étapes de détermination des régimes électriques, et d'analyse des phases comme indiqué précédemment.
Ces étapes s'accompagnent de préférence d'un test de cohérence entre les défauts détectés respectivement sur les arrivées et les départs.
Bien entendu les figures 12 et 13 ne correspondent qu'à une illustration très schématique de l'invention qui utilise en pratique un traitement non linéaire.
On va maintenant décrire les moyens de localisation d'un événement, conformes à la présente invention.
Ces moyens ont pour but général de donner les positions probables d'un court-circuit qui est à l'origine d'un événement analysé, compte tenu de la topologie du réseau.
Dans le cas de la localisation embarquée en temps réel conforme à l'invention, les défauts les plus urgents à analyser sont ceux qui ont abouti à un déclenchement définitif d'un départ. La présente invention fournit ainsi une aide à la conduite du réseau en permettant d'indiquer à l'exploitant les organes de coupure qu'il doit actionner pour redémarrer au plus vite la fourniture d'énergie. Dans ce contexte, la fiabilité doit être maximale et la précision arrive en seconde position.
Cependant, le dispositif conforme à la présente invention permet aussi la localisation de défauts fugitifs (action préventive) de sorte que des agents de maintenance peuvent être envoyés sur le terrain pour tenter d'en déterminer la cause. Ici, la précision a plus d'importance mais la priorité reste à la fiabilité.
En théorie, on peut donner la distance du point de court-circuit par rapport au poste grâce à la mesure de l'impédance de boucle du défaut et à l'impédance de la ligne au km, avec une relation du type : distancé en km = ( Réactance totale / Réactance au km ) Malheureusement, les réseaux ne sont généralement pas homogènes, c'est-à-dire qu'ils sont constitués de tronçons dont les réactances au km sont différentes (portions de ligne aérienne et sous- terraine). Il est donc nécessaire de parcourir "l'arbre" représentant le départ et de déterminer les tronçons en comparant les réactances de début et de fin à la réactance calculée.
Le dispositif de localisation conforme à la présente invention repose sur les considérations suivantes. Le calcul de la réactance d'une portion de ligne en défaut dans le cas d'un événement polyphasé ne pose pas de problème car il est indépendant de la topologie du départ concerné. Par contre, l'équation permettant de calculer la réactance d'une ligne en défaut dans le cas d'un défaut monophasé est très difficile à résoudre si on ne s'appuie pas sur les valeurs d'impédance de ligne pour chacun des tronçons. Dans ce qui va suivre, nous allons donner les formules, les méthodes utilisées dans le cadre de l'invention et les contraintes de validité de ces calculs.
Dans le calcul de l'impédance de la boucle en défaut, la notion de positionnement temporel des périodes de mesure utilisées est fondamentale. Dans le cas d'un défaut monophasé l'invention fait appel à une mesure pendant le régime de non défaut précédent le régime de défaut et à une mesure pendant le régime de défaut. Dans le cas d'un défaut polyphasé, au contraire seul le régime de défaut est utilisé selon l'invention. Ainsi, le choix des mesures à utiliser est primordial et détermine la précision de la localisation.
Dans la pratique, les calculs sont effectués selon l'invention sur toutes les périodes ou combinaisons de périodes des signaux incriminées en déterminant ainsi un intervalle d'appartenance de la réactance de la portion de ligne en défaut. Le dispositif selon l'invention est cependant adapté pour éliminer les transitoires d'évolution d'un régime vers l'autre (voir détermination des plages de calcul explicitée par la suite).
Dans ce qui va suivre on va être amené à manipuler des grandeurs approximatives mais dont on aura déterminé un intervalle de validité, c'est à dire un intervalle compris entre une valeur mini et une valeur maxi. On écrira par exemple
Z = [R min, R max] + j[L min, L max] ou
• [R min, R max] est l'intervalle de validité de la résistance
• [L min, L max] est l'intervalle de validité de la réactance. On écrira
Z = [R,R] + J[L,L
On peut redéfinir les 4 opérations sur les intervalles
A = B + C = [B+Ç_,B + C]
A = B-C = [B-C.B-Ç]
A = B x C = [min(B x Ç_,B x Ç,B x C,B x C),max(B x Ç_,B x Ç_,B x C,B x C]
A = B-C = [min(B-Ç,B-Ç,B + C,B-C),max(B + Ç,B + Ç,B-C,B + C)]
sous la condition que [ç,C ne contiennent pas 0.
L'implantation de ce type d'arithmétique est simplifiée par l'utilisation d'un langage orienté objet comme C++ où il est possible de redéfinir les opérateurs sur une classe d'objets qui sera ici une classe de complexes définis sur des intervalles.
Le calcul de l'impédance de boucle d'un défaut monophasé est opéré comme suit. Le cas d'un défaut monophasé est le plus difficile à résoudre car il nécessite la mise en oeuvre des composantes symétriques de l'impédance de boucle. L'expression de l'impédance totale est:
Z ya + + Z7i 4 +- Z70 +- i 3p = 6χ(VM-ICHxZd) -
3x(LM-ICH)-IR
avec
Zd est l'impédance directe de la portion de ligne en défaut, • Zi est l'impédance inverse de la portion de ligne en défaut,
• Zo est l'impédance homopolaire de la portion de ligne en défaut,
• p la résistance du défaut considéré comme purement résistif,
• VM le vecteur complexe représentant la fondamentale de la tension sur la phase concernée pendant le régime de défaut,
• ICH le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de non défaut précédent,
• IM le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de défaut, • IR le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant homopolaire du départ (somme vectorielle des 3 courants de phase) pendant le régime de défaut.
Comme Zd = Z, et que par ailleurs le dispositif conforme à la présente invention, ne s'intéresse qu'à la partie imaginaire des deux membres de l'égalité il est possible de donner une forme plus facile à manipuler
6VM 6ZdICH
Im(Zo) = Im( ) - Im( ) - Im(2Zd)
3(LM - ICH) - LR 3(IM - ICH) - IR
soit en posant
6VM
ZA =
3(Dvl - ICH) - LR
et
Im(Zo) = Im(ZA) - Im(ZBZd)
ZA et ZB sont indépendants de la topologie du départ.
On notera que comme l'impédance inverse est toujours égale à l'impédance directe, l'invention ne considère, dans tout ce qui suit, que l'impédance directe.
Le calcul de l'impédance de boucle d'un défaut polyphasé est opéré comme suit.
Dans le cas d'un défaut polyphasé, le calcul de l'impédance de boucle est plus simple car elle s'exprime par la formule:
avec
• VMa et VMb sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des tensions sur les phases concernées pendant le régime de défaut,
• IMa et IMb sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des courants sur les phases concernées pendant le régime de défaut.
On peut écrire dans ce cas
et
ZB = 0
Pour ce type d'événement, seule l'impédance directe au km des câbles est nécessaire. Dans le cas d'un défaut triphasé, on utilise l'impédance entre 2 phases. Le défaut doit être équilibré.
Les grandeurs ZA et ZB précitées, tant dans le cas d'un défaut monophasé que dans le cas d'un défaut polyphasé, dépendent uniquement des mesures effectuées sur l'événement analysé. Le dispositif conforme à la présente invention tient compte des variations pendant l'événement tout en éliminant les transitoires qui peuvent engendrer des erreurs. Pour cela il utilise une méthode de tri sur toutes les mesures ou combinaisons de mesures:
1. Il charge toutes les valeurs possibles de ZA et ZB dans un tableau, 2. il calcule la valeur moyenne de ZA (ZAmoy),
3. il recherche la valeur de ZA (ZAmax) dont la partie imaginaire s'éloigne le plus de la partie imaginaire de la moyenne,
4. il calcule
Ex = |Re(ZA max) - Re(ZAmoy)| Ey = |lm(ZA max) - Im(ZAmoy)| ,
_ . , Ex x 100 , , L Ey x lOO , , ., ... .
5. tant que > tôle rance et — > tôle rance , il élimine
Re(ZAmoy) Im(ZAmoy)
ZA max de la liste et on retourne en 2, 6. Si plus aucune mesure ne reste, il invalide la localisation. L'approximation des valeurs de l'impédance directe et de la réactance homopolaires des câbles est opérée comme suit.
Généralement les fichiers topologiques issus des bases de données disponibles de nos jours ne contiennent, pour chaque tronçon de ligne que
• une indication succincte du mode de pose des cables :
• souterrains
• aériens
• torsadé, « la section du conducteur en mm2 ,
• le type de métal,
• une indication sur la technologie qui n'est pas systématiquement renseignée, donc inexploitable, et
• la valeur de la résistance et de la réactance linéiques du tronçon. Or, la détermination des valeurs de l'impédance directe des câbles dépend de plusieurs critères:
• la structure des câbles (présence d'un écran, type d'écran, épaisseur)
• la disposition des phases (distance entre conducteurs).
Quant aux valeurs des réactances homopolaires des câbles, elles dépendent des caractéristiques du sol et de la présence éventuelle d'autres liaisons, de masses métalliques, etc..
Pour approcher au mieux les impédances des câbles utilisés il a donc été décidé dans le cadre de la présente invention, d'établir une base de données initiale avec, en correspondance avec chaque type de câble rencontré une approximation des valeurs d'impédance directe ainsi que de la réactance homopolaire.
Dans le cas des câbles aériens on a le plus souvent affaire à des conducteurs nus donc sans écran.
Pour ce type de câble, le dispositif conforme à la présente invention utilise donc les formules suivantes:
ou
R est la résistance apparente du conducteur en Ω/km,
L est l'inductance propre apparente du conducteur en Ω/km et égale à
Λ /_ Λ 1 ,2am. .05+.21n( ) ω l0-3 Ω / km ' avec
• am distance moyenne entre les axes de conducteurs en mm,
• d diamètre de l'âme conductrice en mm, et
• ω est la pulsation à 50Hz soit 100π. La réactance homopolaire ne dépend pas de la nature du câble et s'exprime par
Lo = 4π x 50 x ln( -)ωlO"4Ω/ km
\779dam2
Dans le cas des câbles souterrains et torsadés il existe généralement un écran et il faut en tenir compte.
La formule qui donne les valeurs des impédances directe et inverse est
ou
• R est la résistance apparente du conducteur en Ω/km, • Re est la résistance de l'écran en Ω/km,
• M est l'inductance mutuelle entre l'âme et l'écran en Ω/km et égale à
OÙ
• am est la distance géométrique moyenne entre les axes de conducteur en mm, • dm est le diamètre moyen de l'écran en mm, • L est l'inductance propre apparente du conducteur en Ω/km calculée comme précédemment. La formule qui donne les valeurs de l'impédance homopolaire est
avec
Za = R + 3Rs + j4 x τr x / km
ou
• Rs est la résistance du sol en courant alternatif : π2ï 10" Ω/ km , et
• h est la profondeur équivalente de retour dans le sol soit
659 — 103 avec Qs la résistivité du sol qui est approximée à 100Ω.m
pour un sol normal dans une zone tempérée. La réactance homopolaire est la partie imaginaire du résultat:
Cependant lorsqu'on essaie d'appliquer ces formules on peut se heurter à un problème majeur: la méconnaissance de certains paramètres nécessaires au calcul et qu'il faut estimer notamment :
• le diamètre du câble dont on ne connaît que certaines valeurs correspondant à des sections standard (50mm2, 95mm2, 150mm2 et
240mm2. Dans ce cas on peut extrapoler ces valeurs grâce à une méthode d'interpolation classique et déterminer la valeur théorique du diamètre du câble pour chacun des câbles utilisés, • pour les câbles aériens
• la distance entre les âmes des conducteurs. Dans ce cas on peut considérer que cette distance peut être comprise entre 500 et 3000mm, • pour les câbles souterrains
• la résistance de l'écran liée à sa nature (Aluminium ou Cuivre) à son épaisseur (1 ou 2 microns) et à son diamètre. Dans ce cas on peut considérer que ce diamètre est égal au diamètre moyen du câble,
• la distance moyenne entre les âmes de conducteurs. Dans ce cas on peut considérer que les câbles sont posés en trèfle. Cette distance est alors égale au diamètre du conducteur. Le dispositif conforme à la présente invention est adapté pour estimer l'intervalle de validité de l'impédance directe et de la réactance homopolaire en calculant toutes les valeurs possibles en faisant varier chacune des hypothèses. La distance entre les âmes de conducteurs est comprise entre 500 et 3000mm et les fonctions faisant intervenir cette grandeur n'est pas linéaire. Pour cela le dispositif découpe cet intervalle en 5 parties à l'intérieur desquelles la fonction est linéaire. Puis il effectue par exemple tous les calculs pour les paramètres suivants: • type d'écran: Aluminium ou Cuivre,
• épaisseur de l'écran: 1 ou 2 micron,
• distance entre les âmes de conducteur: 500, 1000, 1500, 2000, 2500 et 3000mm.
Ensuite le dispositif définit les intervalles de validité de l'impédance directe et de la réactance homopolaire des différents câbles en prenant comme valeur mini la valeur minimale trouvée et comme valeur maxi la valeur maximale trouvée.
Le dispositif conforme à la présente invention exploite un fichier de topologie. C'est un fichier qui décrit la structure du départ. Il décrit chaque segment de ligne en donnant le type de câble, sa section, sa situation
(aérien ou souterrain) et sa longueur. Ces fichiers peuvent être fournis par chaque centre assurant la gestion d'un réseau de distribution électrique et sont, en principe, remis à jour régulièrement. Ils sont extraits par exemple d'une base de données cartographique.
Le fichier de topologie ne contenant pas systématiquement les valeurs de l'impédance directe et de la réactance homopolaire des câbles, le dispositif conforme à la présente invention peut exploiter une base de données qui répertorie chacun des câbles utilisés par les fichiers de topologie. Cette base de données donne, pour chacun d'eux, l'intervalle de validité de la résistance directe, de la réactance directe et de la réactance homopolaire. Par exemple dans le cas d'un câble aérien en cuivre de 19mm 2 , avec les hypothèses précédentes, la base de données peut comprendre une ligne : A CU 0190 .947 0.947 0.205 0.462 1.544 2.058 1.095
1.095, selon laquelle :
• la résistance directe est représentée par l'intervalle [.947, .947] Ω/km • la réactance directe est représentée par l'intervalle [.205, .462] Ω/km
• la réactance homopolaire est représentée par l'intervalle [1.544, 2.058] Ω/km
• la résistance homopolaire, ajoutée pour des extensions futures, est représentée par l'intervalle [1.095, 1.095]Ω/km. Pour calculer les intervalles de validité de l'impédance directe et de la réactance homopolaire d'un tronçon le dispositif procède comme suit:
1. Il détermine les intervalles de validité de ces grandeurs pour l'extrémité amont,
2. Il détermine les intervalles de ces valeurs de ces grandeurs pour l'extrémité aval.
L'intervalle de validité du résultat est donné par [valeur mini de l'extrémité amont, valeur maxi de l'extrémité aval].
Pour déterminer le ou les tronçons concernés par un défaut monophasé le dispositif parcourt l'arbre représentant la topologie du départ (comme illustré sur la figure 1 pour l'un des départs) et recherche les tronçons dont les intervalles de validité sont tels que l'ensemble des solutions de l'équation Im(Zo) = Im(ZA) - Im(ZBZd)
n'est pas vide (l'intervalle de validité du membre gauche a une partie commune avec celui du membre droit).
L'intervalle de validité de l'impédance directe (Zd) et l'intervalle de validité de la réactance homopolaire (lm(Z0)) du tronçon sont préalablement déterminés.
La localisation d'un défaut polyphasé s'effectue en parcourant l'arbre de la même façon que dans le cas du défaut monophasé. Le dispositif détermine le ou les tronçons concernés par le défaut en recherchant ceux tels que l'ensemble des solutions de l'équation
VMa - VMb
Z, = Ma - Mb
n'est pas vide (l'intervalle de validité du membre gauche a une partie commune avec celui du membre droit).
L'intervalle de validité de l'impédance directe (Zd) du tronçon est préalablement déterminé. On notera cependant que dans le cas d'un défaut triphasé, il faut que les impédances mesurées entre les phases prises deux à deux soient proches
(le défaut doit être équilibré) sinon la localisation peu devenir aléatoire.
Dans le procédé qui vient d'être décrit, l'homme de l'art appréciera l'importance particulière des caractéristiques suivantes : - la méthode de résolution de l'équation de calcul d'impédance de boucle dans le cas d'un défaut monophasé,
- l'utilisation d'intervalles permettant de prendre en compte automatiquement les imprécisions dues à la « qualité » des signaux mesurés mais aussi d'en déterminer la faisabilité, - la méthode de « tri » des périodes utilisées pour les calculs.
Les approximations réalisées avec les hypothèses citées plus haut permettent de garantir une localisation correcte sur le départ concerné. Cependant les zones délimitées par la localisation sont parfois assez importantes et la précision du résultat peut être faible. Pour éliminer cette difficulté il est proposé dans le cadre de la présente invention, un apprentissage des événements ayant été localisés par l'utilisateur pour permettre de restreindre ces zones en améliorant la précision.
La méthode d'apprentissage la plus simple consiste à apprendre les valeurs d'impédance directe et de réactance homopolaire pour chacun des câbles utilisés. Cependant, le nombre d'exemples disponibles est assez restreint et ne garantit pas que tous les types de câbles de la base de données initiale soient concernés. De plus, cette méthode nécessite au moins un événement par départ ce qui peut être difficile à obtenir. Au lieu de se placer au niveau « impédance » , le dispositif conforme à la présente invention se place au niveau « hypothèses de calcul », c'est-à-dire qu 'il détermine un jeu d'hypothèses tel que les événements connus soient localisés « au mieux ». Ainsi l'ajustement se fait sur les conditions de calcul des impédances et non pas sur les impédances elles-mêmes. Plus précisément encore parmi les différentes méthodes d'apprentissage existantes, la Demanderesse a sélectionné une méthode d'optimisation basée sur un algorithme génétique. Cette méthode rassemble toutes les qualités nécessaires:
• possibilité de manipuler des relations non linéaires. Les relations qui existent entre la précision de la localisation et les paramètres que l'on veut ajuster sont complexes et difficiles à formaliser, • simplicité de conception et de mise en œuvre.
La méthode d'optimisation basée sur l'algorithme génétique est une méthode itérative qui utilise une analogie avec le processus de sélection naturelle et d'évolution génétique. La recherche effectuée tend à optimiser une fonction de «force » en utilisant une « population » de candidats appelés « individus ». En fait, chaque « individu » est une solution au problème. Si plusieurs variables sont utilisées, la valeur de chacune d'elles propre à la solution envisagée, est codée. L'individu est l'ensemble de toutes les variables mises bout à bout. La population initiale est constituée d'un certain nombre d'individus tirés aléatoirement. Ce nombre reste constant dans les générations suivantes. Chaque itération, appelée « génération » consiste à faire évoluer cette population vers une population « fille » où seuls les « individus » les plus performants, compte tenu de la fonction de « force », sont reproduits. Pour produire une nouvelle « population » l'algorithme génère 3 étapes:
1. évaluation de la «force» de chaque «individu »,
2. « reproduction » de chaque individu dans la population fille proportionnellement à sa force, et 3. pour éviter un blocage éventuel dû à une population trop homogène, on recombine, suivant une probabilité donnée , des individus de la nouvelle population grâce à des « opérateurs génétiques » tels que le « croisement » et la « mutation ». Cela correspond à une recherche dans différentes directions. Les principaux avantages des algorithmes génétiques sont:
• la possibilité de travailler en parallèles sur différentes solutions possibles,
• seule une fonction de force objective est nécessaire,
• les étapes de sélection et de combinaison sont basées sur des règles probabilistes et maintiennent une recherche globale des solutions possibles.
On va maintenant procéder à un descriptif de l'algorithme génétique utilisé selon un mode de réalisation non limitatif de la présente invention.
Un individu peut être constitué d'un mot de 16 bits codé de la manière suivante: • Bit 15: écran en Cuivre (à 1)
• Bit 14: écran en Aluminium (à 1 )
• Bit 13: épaisseur de l'écran 1 micron (à 1 )
• Bit 12: épaisseur de l'écran 2 micron (à 1 )
• Bits 11 à 6: distance mini entre les âmes de conducteurs en mm (500 minimum)
• Bits 5 à 0: distance maxi entre les âmes de conducteurs en mm (3000 maximum). Ce jeu de paramètres permet de calculer les impédances directes et les réactances homopolaires des câbles utilisés dans les exemples. Chaque individu est une solution et permet d'établir une base de données avec laquelle le dispositif conforme à la présente invention apprécie 5 l'aptitude à résoudre les équations générées en utilisant les mesures de chacun des exemples disponibles. Suivant le type d'événement (monophasé ou polyphasé), l'équation est
Im(Zo) = Im(ZA) - Im(ZBZd) pour les monophasés,
, _ _ VMa - VMb . . . 0 Zd = pour les polyphasés.
Ma - Mb
Dans les deux cas le membre gauche est appelé « l'intervalle calculé »
(valeur déterminée pour un tronçon donné) et le membre droit est appelé
« l'intervalle mesuré » (valeur issue de la mesure). 5 On aboutit à des comparaisons d'intervalles. La performance d'un individu va donc déterminer en quoi la solution qu'il représente produit des ensembles solutions efficaces. La fonction de « force » quantifie cette efficacité.
Cette fonction est utilisée pour déterminer la force de chaque individu, c'est- 0 à-dire la qualité de la solution qu'il génère. Cette force est donnée par la formule:
Force = Kl x Appartenance + K2 x Centrage + K3 x Dispersion si Appartenance ≠ 0
Force = 0 sinon où K1 , K2, K3 sont des coefficients permettant de donner plus de poids à l'un ou l'autre des éléments constituant le résultat et qui sont: 5 • l'Appartenance: elle mesure la partie commune entre l'intervalle mesuré
X et l'intervalle calculé Y. Sa valeur sera d'autant plus élevée que les équations seront mieux résolues. On définit \\X\\ comme étant la « dimension » de l'intervalle mesuré et |Y| la
« dimension » de l'intervalle calculé. C'est l'écart absolu entre la valeur 0 minimale et la valeur maximale. Avec cette définition on peut écrire Intersection
Appartenance = x 100 min(|X||,|Y||) avec Intersection défini comme suit:
si max(X) < min(Y) ou min(X) > max(Y) alors Intersection = 0 sinon Intersection = |max(min(X), min(Y)), min(max(X),max(Y))|| Appartenance tend vers 100% quand l'un des deux intervalles est inclus dans l'autre.
• Le Centrage: il mesure la distance entre le centre de l'intervalle mesuré X et le centre de l'intervalle calculéY (le centre d'un intervalle est la moyenne des valeurs mini et maxi). Il est défini comme suit: Centrage = max(0, 100 - (d / max(|X|, ||Y||) x 100)
Centrage tend vers 100% lorsque les centres des deux intervalles sont confondus.
• la Dispersion: c'est le rapport entre la dimension de l'intervalle calculé Y et celle de l'intervalle mesuré X. Elle est calculée comme suit: llxll - llYll si IIXll > jJYljalors Dimension = 100 - (" N) x l00 ||X||
IIYII — llxll si | »X| I|l < I IIl Yl IIalors Dimension - 100 - (" γ "j lOO
Dispersion tend vers 100% lorsque la dimension de l'intervalle calculé tend vers la dimension de l'intervalle mesuré. Elle tend vers 0 lorsque la dimension d'un des deux intervalles est très supérieure à l'autre.
La création d'une « génération fille » à partir de la génération courante est réalisée d'abord par l'étape de calcul de la force de chacun des individus conformément à la méthode décrite précédemment. Puis le dispositif recopie chacun des individus dans la nouvelle génération proportionnellement à sa force avec la formule suivante:
, Force de l'individu , ΛΛ
Pourcentage de reproduction = x 100
Force totale Sur la nouvelle génération il applique, avec une probabilité fixée à l'avance
(10% par exemple), l'opérateur de croisement. Sur le résultat il applique, avec une probabilité fixée à l'avance (10% par exemple), l'opérateur de mutation.
Il obtient alors la génération « fille » qui peut donner elle-même naissance à une nouvelle génération, etc.... L'opération de « croisement » est un mélange entre deux individus par rapport à un bit dont le rang est pris aléatoirement entre 0 et 15
Exemple: 2 individus X15 ,..., X0 et Y15 ,..., Yo. Le tirage au sort désigne le bit
5. Après le croisement les deux individus seront X15 ,..., Xε, Y5, • -,Yo et Y15 Si le croisement porte sur le même individu, il n'a aucun effet.
L'opération de mutation est l'inversion d'un bit dont le rang est tiré aléatoirement entre 0 et 15
Exemple: 1 individu: 1010000000111111. Le rang 3 est tiré. Par mutation on obtiendra l'individu 1010000000110111. On notera que le croisement et la mutation peuvent générer des individus non « valides ». Dans ce cas la procédure est annulée et on recommence.
L'algorithme génétique présenté ci-dessus ayant généré un jeu d'hypothèses plus « resserrées » on peut alors créer une base de données
« apprises » avec les formules de calcul des impédances précédentes. Dans le cas d'apprentissage d'exemples, il existe toujours un risque d'
« apprentissage par coeur », c'est-à-dire que le système reconnaît très bien les exemples qu'on lui a appris mais à des difficultés à reconnaître un exemple nouveau. S'il y a amélioration de la précision de la localisation, il existe un risque de dégradation de la fiabilité. Pour éviter cette dégradation, le dispositif conforme à la présente invention conserve la localisation sur la base de données initiale et lui superpose la localisation sur la base de données « apprise ».
Dans le cas où plusieurs tronçons du réseau sont identifiés comme étant susceptibles d'être concernés par un défaut selon la technique précitée, un lever d'ambiguité peut être opéré par exploitation de détecteurs de défaut répartis sur le réseau afin de ne retenir que le seul tronçon réellement concerné. Ainsi par exemple en référence à la figure 1 , dans l'hypothèse où deux tronçons situés respectivement entre les noeuds Z12-Z14 et Z22-Z24 seraient identifiés comme étant susceptibles d'être concernés par un défaut, l'analyse des signaux issus de capteurs 40, 42 placés sur le tronc principal du départ permettent de ne retenir que l'un de ces deux tronçons dans la mesure où le capteur 42 ne "voit" le défaut que si le tronçons Z22-Z24 est concerné.
En conclusion, le dispositif conforme à la présente invention permet un traitement en temps réel des événements, au fur et à mesure de leur apparition et l'envoi immédiat d'un message à l'exploitant. Le dispositif de l'invention permet ainsi d'allier un traitement curatif à un traitement préventif. Grâce aux moyens de l'invention, l'indication à l'exploitant des zones probables d'un court-circuit sur le départ peut ne pas dépasser 5mm à partir de l'apparition du défaut et permet d'apporter un gain de temps considérable pour la remise en service.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'analyse automatique de défauts sur un réseau de distribution électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à :
- décomposer les signaux électriques mesurés sur le réseau, en régimes électriques correspondant chacun à une portion de temps pendant laquelle les signaux mesurés sont stables ou quasi-stables, sur la base d'une valeur de repos auto-adaptée par analyse statistique desdits signaux, et
- détection de chaque arrivée en défaut et chaque départ en défaut sur chacun des événements décelés.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que la valeur de repos est obtenue par création d'un histogramme des tensions mesurées, par tranches prédéterminées, par exemple de 100V, la valeur centrale de la classe dont la fréquence est la plus élevée étant retenue comme valeur de repos.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'étape de décomposition des signaux consiste à : - découper chaque événement période par période par rapport à un seuil non critique, et
- effectuer un lissage du résultat obtenu grâce à des règles de réécriture pour corriger éventuellement le découpage réalisé sur chacune des périodes.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la séquence de détection comprend une étape de détermination statistique des départs concernés par un défaut.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la séquence de détection comprend une étape de détermination statistique des arrivées concernées par un défaut.
6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que l'étape de détermination statistique consiste à normaliser les transitions de variations d'amplitude du signal et compter le nombre de transitions normalisées obtenues, un défaut étant considéré comme détecté lorsque le nombre de valeurs de transitions normalisées est inférieur à un seuil, par exemple inférieur à 10.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape d'analyse de la phase entre le courant de neutre et le courant homopolaire.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'étape d'analyse de la phase entre le courant de neutre et le courant homopolaire consiste : - pour un faible nombre de départs étudiés, par exemple inférieur à
3, à tester si la phase appartient à un intervalle déterminé, par exemple de 5° à 59°, auquel cas la voie testée est considérée comme concernée par le défaut, et
- pour un nombre élevé de départs étudiés, par exemple supérieur ou égal à 3, à effectuer la moyenne des phases non nulles, comparer cette moyenne à chaque phase et considérer en défaut le ou les départs dont la phase s'éloigne le plus de la moyenne.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape consistant à éliminer les instabilités détectées sur le signal.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'étape d'élimination des instabilités consiste à éliminer les transitoires dues à des manoeuvres de disjoncteur.
11. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que l'étape d'élimination des instabilités consiste à détecter les périodes pendant lesquelles une composante continue apparaît et à éliminer ces périodes du calcul de localisation.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de corrélation entre différents événements, tel que par exemple les événements successifs d'une séquence de réenclenchement.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une étape de localisation d'un défaut détecté.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que pour la détection d'un défaut monophasé, l'étape de localisation consiste à parcourir la topologie d'un départ en recherchant les tronçons dont les intervalles de validité sont tels que l'ensemble des solutions de l'équation
Im(Zo) = Im(ZA) - Im(ZBZd)
n'est pas vide, c'est à dire que l'intervalle de validité du membre gauche a une partie commune avec celui du membre droit, relation dans laquelle :
6VM
ZA =
3(M - ICH) - LR
et
Zd est l'impédance directe de la portion de ligne en défaut,
Zo est l'impédance homopolaire de la portion de ligne en défaut,
VM le vecteur complexe représentant la fondamentale de la tension sur la phase concernée pendant le régime de défaut, ICH le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de non défaut précédent,
IM le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de défaut, et
IR le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant homopolaire du départ (somme vectorielle des 3 courants de phase) pendant le régime de défaut.
15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé par le fait que pour la détection d'un défaut polyphasé, l'étape de localisation consiste à parcourir la topologie d'un départ en recherchant les tronçons dont les intervalles de validité sont tels que l'ensemble des solutions de l'équation
n'est pas vide, c'est à dire l'intervalle de validité du membre gauche a une partie commune avec celui du membre droit, relation dans laquelle :
• VMa et VMb sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des tensions sur les phases concernées pendant le régime de défaut,
• IMa et IMb sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des courants sur les phases concernées pendant le régime de défaut.
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait que pour tenir compte des variations pendant l'événement tout en éliminant les transitoires qui peuvent engendrer des erreurs, il met en œuvre un processus de tri sur toutes les mesures ou combinaisons de mesures.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait que le processus de tri consiste à :
1. charger toutes les valeurs possibles de ZA et ZB dans un tableau, 2. calculer la valeur moyenne de ZA (ZAmoy),
3. rechercher la valeur de ZA (ZAmax) dont la partie imaginaire s'éloigne le plus de la partie imaginaire de la moyenne,
4. calculer
Ex = |Re(ZA max) - Re(ZAmoy)| Ey = |lm(ZA max) - Im(ZAmoy)| ,
_ . . Ex x 100 , , t Ey x lOO , , ... .
5. tant que > tôle rance et — > tôle rance , éliminer
Re(ZA oy) Im(ZAmoy)
ZA max de la liste et retourner en 2, et
6. Si plus aucune mesure ne reste, invalider la localisation.
18. Procédé selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre l'étape consistant à établir une base de données initiale avec, en correspondance avec chaque type de câble rencontré une approximation des valeurs d'impédance directe ainsi que de la réactance homopolaire.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé par le fait que pour des câbles aériens, la base de données est établie à l'aide des formules suivantes: pour la valeur d'impédance directe :
ou • R est la résistance apparente du conducteur en Ω/km,
• L est l'inductance propre apparente du conducteur en Ω/km et égale par exemple à
.. . . ,2am.
L = .05+.2ln( ) co lO~3Ω / km ' avec
• am distance moyenne entre les axes de conducteurs en mm,
• d diamètre de l'âme conductrice en mm, et
• ω est la pulsation à 50Hz soit 100π, et
• pour la réactance homopolaire :
2h3
Lo = 4π x 50 x ln(- )ωlO~Ω/ km
779dam-
20. Procédé selon l'une des revendications 18 ou 19, caractérisé par le fait que pour des câbles souterrains ou torsadés, la base de données est établie à l'aide des formules suivantes: pour l'impédance directe :
ou • R est la résistance apparente du conducteur en Ω/km,
• Re est la résistance de l'écran en Ω/km,
• M est l'inductance mutuelle entre l'âme et l'écran en Ω/km et égale par exemple à
2a™ M ≈.21n ω lO_3Ω / km
ou
• am est la distance géométrique moyenne entre les axes de conducteur en mm,
• dm est le diamètre moyen de l'écran en mm,
• L est l'inductance propre apparente du conducteur en Ω/km calculée comme précédemment, et pour l'impédance homopolaire :
~ J a Ω/ km
avec
Za m
où
• Rs est la résistance du sol en courant alternatif , et
• h est la profondeur équivalente de retour dans le sol soit .
• pour un sol normal dans une zone tempérée.
21. Procédé selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé par le fait qu'il exploite un fichier de topologie qui décrit la structure du départ, par exemple en donnant le type de câble, sa section, sa situation (aérien ou souterrain) et sa longueur.
22. Procédé selon l'une des revendications 1 à 21 , caractérisé par le fait que pour calculer les intervalles de validité de l'impédance directe et de la réactance homopolaire d'un tronçon il procède comme suit: i) en déterminant les intervalles de validité de ces grandeurs pour l'extrémité amont, ii) en déterminant les intervalles de ces valeurs de ces grandeurs pour l'extrémité aval, et iii) en retenant l'intervalle de validité donné par [valeur mini de l'extrémité amont, valeur maxi de l'extrémité aval].
23. Procédé selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait qu'il met en œuvre un processus d'apprentissage des événements localisés pour améliorer la précision de la détection.
24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé par le fait que le processus d'apprentissage opère par ajustement des conditions de calcul des impédances, en déterminant un jeu d'hypothèses tel que les événements connus soient localisés de manière optimale.
25. Procédé selon l'une des revendications 23 à 24, caractérisé par le fait que le processus d'apprentissage met en œuvre un algorithme génétique.
26. Procédé selon l'une des revendications 1 à 25, caractérisé par le fait qu'il met en œuvre une double localisation : fondée sur une base de données initiale comportant une approximation des valeurs d'impédance directe et de la réactance homopolaire de chaque tronçon, d'une part, et fondée sur une base de données résultant d'un apprentissage, d'autre part.
27. Procédé selon l'une des revendications 13 à 26, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une étape de lever d'ambiguité sur la localisation d'un défaut, par exploitation de signaux issus de capteurs répartis sur le réseau.
28. Dispositif d'analyse de défauts sur un réseau de distribution électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'analyse automatique de défauts situés au niveau d'un poste source de distribution pour permettre une exploitation en temps réel des signaux électriques du réseau, sans nécessiter le transfert de ceux-ci vers un poste d'analyse éloigné.
29. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé par le fait qu'il comporte d'une part des moyens adaptés pour détecter l'apparition de défauts sur un réseau de distribution électrique et d'autre part des moyens adaptés pour localiser ces défauts sur le réseau.
30. Dispositif selon l'une des revendications 28 ou 29, caractérisé par le fait qu'il exploite les signaux issus de capteurs associés ou intégrés à un perturbographe, conçus pour mesurer les 3 tensions de phase et le courant neutre des arrivées et les trois courants de phase et le courant homopolaire (voir seulement le courant homopolaire) pour les départs.
31. Dispositif selon l'une des revendications 28 à 30, caractérisé par le fait qu'il comprend : - des moyens aptes à décomposer les signaux électriques mesurés sur le réseau, en régimes électriques correspondant chacun à une portion de temps pendant laquelle les signaux mesurés sont stables ou quasi-stables, sur la base d'une valeur de repos auto-adaptée par analyse statistique desdits signaux, et - des moyens de détection de chaque arrivée en défaut et chaque départ en défaut sur chacun des événements décelés.
32. Dispositif selon la revendication 31 , caractérisé par le fait que les moyens adaptés pour définir la valeur de repos sont adaptés pour créer un histogramme des tensions mesurées, par tranches prédéterminées, par exemple de 100V, et retenir la valeur centrale de la classe dont la fréquence est la plus élevée comme valeur de repos.
33. Dispositif selon l'une des revendications 31 ou 32, caractérisé par le fait qu'il comprend :
- des moyens aptes à découper chaque événement période par période par rapport à un seuil non critique, et
- des moyens aptes à effectuer un lissage du résultat obtenu grâce à des règles de réécriture pour corriger éventuellement le découpage réalisé sur chacune des périodes.
34. Dispositif selon l'une des revendications 28 à 33, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à opérer une détermination statistique des départs ou arrivées concernés par un défaut, lesquels moyens sont adaptés pour normaliser les transitions de variations d'amplitude du signal et compter le nombre de transitions normalisées obtenues, un défaut étant considéré comme détecté lorsque le nombre de valeurs de transitions normalisées est inférieur à un seuil, par exemple inférieur à 10.
35. Dispositif selon l'une des revendications 28 à 34, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'analyse de la phase entre le courant de neutre et le courant homopolaire.
36. Dispositif selon l'une des revendications 28 à 35, caractérisé par le fait que les moyens d'analyse de la phase entre le courant de neutre et le courant homopolaire sont adaptés : - pour un faible nombre de départs étudiés, par exemple inférieur à
3 pour tester si la phase appartient à un intervalle déterminé, par exemple de 5° à 59°, auquel cas la voie testée est considérée comme concernée par le défaut, et
- pour un nombre élaboré de départs étudiés, par exemple supérieur ou égal à 3, pour effectuer la moyenne des phases non nulles, comparer cette moyenne à chaque phase et considérer en défaut la phase qui s'éloigne le plus de la moyenne.
37. Dispositif selon l'une des revendications 28 à 36, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à éliminer les instabilités détectées sur le signal, notamment les transitoires dues à des manoeuvres de disjoncteur.
38. Dispositif selon la revendication 37, caractérisé par le fait que les moyens d'élimination des instabilités sont adaptés pour détecter les périodes pendant lesquelles une composante continue apparaît et éliminer ces périodes du calcul de localisation.
39. Dispositif selon la revendication 38, caractérisé par le fait que les moyens de localisation sont adaptés pour parcourir la topologie d'un départ en recherchant les tronçons dont les intervalles de validité sont tels que l'ensemble des solutions de l'équation
Im(Zo) = Im(ZA) - Im(ZBZd)
n'est pas vide, c'est à dire que l'intervalle de validité du membre gauche a une partie commune avec celui du membre droit, relation dans laquelle :
6VM
ZA
3(M - ICH) - LR
et
Zd est l'impédance directe de la portion de ligne en défaut, Zo est l'impédance homopolaire de la portion de ligne en défaut,
VM le vecteur complexe représentant la fondamentale de la tension sur la phase concernée pendant le régime de défaut,
ICH le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de non défaut précédent, IM le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de défaut, et
IR le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant homopolaire du départ (somme vectorielle des 3 courants de phase) pendant le régime de défaut.
40. Dispositif selon l'une des revendications 38 ou 39, caractérisé par le fait que les moyens de localisation sont adaptés pour parcourir la topologie d'un départ en recherchant les tronçons dont les intervalles de validité sont tels que l'ensemble des solutions de l'équation Im(Zo) = Im(ZA) - Im(ZBZd)
n'est pas vide, c'est à dire l'intervalle de validité du membre gauche a une partie commune avec celui du membre droit, relation dans laquelle :
• VMa et VMb sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des tensions sur les phases concernées pendant le régime de défaut, • IMa et IMb sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des courants sur les phases concernées pendant le régime de défaut.
41. Dispositif selon l'une des revendications 28 à 40, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens aptes à établir une base de données initiale contenant, en correspondance avec chaque type de câble rencontré, une approximation des valeurs d'impédance directe ainsi que de la réactance homopolaire.
42. Dispositif selon l'une des revendications 28 à 41 , caractérisé par le fait qu'il exploite un fichier de topologie qui décrit la structure du départ, par exemple en donnant le type de câble, sa section, sa situation (aérien ou souterrain) et sa longueur.
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