FR3128333A1 - METHOD AND SYSTEM FOR DETECTING PARTIAL DISCHARGES IN AN ELECTRIC MACHINE STATOR - Google Patents

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Adrian FLORESCU
Thierry Michel André LEBEY
Jérémy CUENOT
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Safran Electrical and Power SAS
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Abstract

Ce procédé comporte : - l’alimentation électrique de bobinages statoriques (A1, B1, C1, A2, B2, C2) de la machine électrique (102) par respectivement des tensions alternatives (U1, V1, W1, U2, V2, W2) à modulation de largeur d’impulsion, un composant électrique (TR1, TR2) étant enfoui dans un des bobinages statoriques (A1, B1, C1, A2, B2, C2), le composant électrique (TR1, TR2) étant connecté à un dispositif (116, 116) de mesure d’une caractéristique de la machine électrique (102) autre que la présence de décharges partielles ; - pendant l’alimentation électrique des bobinages statoriques (A1, B1, C1, A2, B2, C2), le filtrage d’un signal capté par le composant électrique (TR1, TR2) par couplage capacitif avec le bobinage statorique dans lequel il est enfoui, par un filtre passe haut (1181, 1182) présentant une fréquence de coupure d’au moins 100 MHz ; - l’acquisition du signal filtré par un dispositif d’acquisition (1221, 1222) présentant une bande passante d’au moins 1 GHz et une vitesse d’échantillonnage d’au moins 1 GS/s ; et - l’analyse du signal acquis pour y détecter un pic représentatif d’une décharge partielle. Figure pour l’abrégé : Fig. 1This method comprises: - the power supply of stator windings (A1, B1, C1, A2, B2, C2) of the electric machine (102) by respectively alternating voltages (U1, V1, W1, U2, V2, W2) with pulse width modulation, an electrical component (TR1, TR2) being buried in one of the stator windings (A1, B1, C1, A2, B2, C2), the electrical component (TR1, TR2) being connected to a device (116, 116) measuring a characteristic of the electrical machine (102) other than the presence of partial discharges; - during the electrical supply of the stator windings (A1, B1, C1, A2, B2, C2), the filtering of a signal picked up by the electrical component (TR1, TR2) by capacitive coupling with the stator winding in which it is buried, by a high pass filter (1181, 1182) having a cutoff frequency of at least 100 MHz; - acquiring the filtered signal by an acquisition device (1221, 1222) having a bandwidth of at least 1 GHz and a sampling rate of at least 1 GS/s; and - analysis of the acquired signal to detect a peak representative of a partial discharge. Figure for abstract: Fig. 1

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE DETECTION DE DECHARGES PARTIELLES DANS UN STATOR DE MACHINE ELECTRIQUEMETHOD AND SYSTEM FOR DETECTING PARTIAL DISCHARGES IN AN ELECTRIC MACHINE STATOR

Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne un procédé de détection de décharge partielles dans un stator d’une machine électrique, un procédé de détection d’une tension d’apparition de décharges partielles, un procédé de détection d’une tension d’extinction de décharges partielles, et un système de détection de décharges partielles.The present invention relates to a method for detecting partial discharges in a stator of an electrical machine, a method for detecting a voltage at the onset of partial discharges, a method for detecting a voltage at the extinction of partial discharges, and a partial discharge detection system.

Arrière-plan technologiqueTechnology background

Le développement de machines électriques à très forts niveaux d’intégration (associant par exemple les convertisseurs de puissance aux machines qu’ils entrainent) associé à la montée en tension de ces équipements conduit à la nécessité de mesurer l’existence de décharges partielles, qui peuvent entacher la fiabilité de la machine électrique.The development of electrical machines with very high levels of integration (associating, for example, power converters with the machines they drive) associated with the rise in voltage of this equipment leads to the need to measure the existence of partial discharges, which can affect the reliability of the electrical machine.

Un problème de l’état de la technique est qu’il n’est parfois pas possible d’intégrer un capteur dédié à la détection de décharges partielles dans la machine électrique, lorsque par exemple la boîte à bornes n’est pas accessible ou de manière plus générale quand les interconnexions entre la machine électrique et son électronique de sont pas accessibles.A problem of the state of the art is that it is sometimes not possible to integrate a sensor dedicated to the detection of partial discharges in the electrical machine, when for example the terminal box is not accessible or more generally when the interconnections between the electrical machine and its electronics are not accessible.

Il peut ainsi être souhaité de s’affranchir au moins en partie de ce problème.It may thus be desirable to overcome this problem at least in part.

Il est donc proposé un procédé de détection de décharge partielle dans un stator d’une machine électrique, caractérisé en ce qu’il comporte :

  • l’alimentation électrique de bobinages statoriques de la machine électrique par respectivement des tensions alternatives à modulation de largeur d’impulsion, un composant électrique étant enfoui dans un des bobinages statoriques, le composant électrique étant connecté à un dispositif de mesure d’une caractéristique de la machine électrique autre que la présence de décharges partielles ;
  • pendant l’alimentation électrique des bobinages statoriques, le filtrage d’un signal capté par le composant électrique par couplage capacitif avec le bobinage statorique dans lequel il est enfoui, par un filtre passe haut présentant une fréquence de coupure d’au moins 100 MHz ;
  • l’acquisition du signal filtré par un dispositif d’acquisition présentant une bande passante d’au moins 1 GHz et une vitesse d’échantillonnage d’au moins 1 GS/s ; et
  • l’analyse du signal acquis pour y détecter un pic représentatif d’une décharge partielle.
A method for detecting partial discharge in a stator of an electric machine is therefore proposed, characterized in that it comprises:
  • the electric supply of stator windings of the electric machine by respectively alternating voltages with pulse width modulation, an electric component being buried in one of the stator windings, the electric component being connected to a device for measuring a characteristic of the electrical machine other than the presence of partial discharges;
  • during the electrical supply of the stator windings, the filtering of a signal picked up by the electrical component by capacitive coupling with the stator winding in which it is buried, by a high-pass filter having a cut-off frequency of at least 100 MHz;
  • acquiring the filtered signal by an acquisition device having a bandwidth of at least 1 GHz and a sampling rate of at least 1 GS/s; And
  • analyzing the acquired signal to detect therein a peak representative of a partial discharge.

De façon optionnelle, le composant électrique est conçu pour mesurer une température du bobinage statorique dans lequel il est enfoui.Optionally, the electrical component is designed to measure a temperature of the stator winding in which it is buried.

De façon optionnelle également, le composant électrique comporte une résistance variable avec la température.Also optionally, the electrical component includes a resistor that varies with temperature.

De façon optionnelle également, le procédé comporte en outre, avant la réception du signal, la mise en court-circuit du composant électrique.Also optionally, the method further comprises, before the reception of the signal, the short-circuiting of the electrical component.

De façon optionnelle également, le procédé comporte en outre, avant la réception du signal, la désactivation du dispositif de mesure.Also optionally, the method further comprises, before the reception of the signal, the deactivation of the measuring device.

De façon optionnelle également, le procédé comporte en outre la détection d’un pic dans le signal acquis et, pour que ce pic détecté soit considéré comme représentatif d’une décharge partielle, la vérification que le pic détecté est en dehors d’une première rampe d’oscillations d’au moins une de tensions différentielles des tensions alternatives.Also optionally, the method further comprises the detection of a peak in the acquired signal and, for this detected peak to be considered as representative of a partial discharge, the verification that the detected peak is outside a first ramp of oscillations of at least one of differential voltages of the alternating voltages.

L’invention concerne également un procédé de détection d’une tension d’apparition de décharge partielle, comportant une première recherche par balayage croissant d’une amplitude des tensions alternatives, en répétant un procédé de détection d’une décharge partielle selon l’invention, en augmentant à chaque fois l’amplitude jusqu’à ce qu’un pic représentatif d’une décharge partielle soit détecté, la tension d’apparition de décharge partielle étant prise égale à l’amplitude à laquelle le pic a été détecté.The invention also relates to a method for detecting a partial discharge onset voltage, comprising a first search by increasing scanning of an amplitude of the alternating voltages, by repeating a method for detecting a partial discharge according to the invention , increasing the amplitude each time until a peak representative of a partial discharge is detected, the partial discharge onset voltage being taken equal to the amplitude at which the peak was detected.

De façon optionnelle, le procédé comporte en outre, après la première recherche par balayage, une deuxième recherche par balayage croissant de l’amplitude des tensions alternatives, en répétant un procédé de détection d’une décharge partielle selon l’invention, en augmentant à chaque fois l’amplitude jusqu’à ce qu’un pic représentatif d’une décharge partielle soit détecté, l’augmentation de l’amplitude à chaque répétition du procédé de détection de décharge partielle étant plus petite dans la deuxième recherche par balayage que dans la première recherche par balayage, la tension d’apparition de décharge partielle étant prise égale à l’amplitude à laquelle le pic a été détecté lors de la deuxième recherche par balayage.Optionally, the method further comprises, after the first search by scanning, a second search by increasing scanning of the amplitude of the alternating voltages, by repeating a method for detecting a partial discharge according to the invention, by increasing to each time the amplitude until a peak representative of a partial discharge is detected, the increase in amplitude with each repetition of the partial discharge detection process being smaller in the second scan search than in the first search by scanning, the partial discharge onset voltage being taken equal to the amplitude at which the peak was detected during the second search by scanning.

L’invention concerne également un procédé de détection d’une tension d’extinction de décharge partielle, comportant une recherche par balayage décroissant de l’amplitude des phases de la tension d’alimentation, en répétant un procédé de détection de décharge partielle selon l’invention en diminuant à chaque fois l’amplitude des phases de la tension d’alimentation, jusqu’à ce qu’aucun pic représentatif d’une décharge partielle n’existe.The invention also relates to a method for detecting a partial discharge extinction voltage, comprising a search by descending scanning of the amplitude of the phases of the supply voltage, by repeating a partial discharge detection method according to the invention by decreasing each time the amplitude of the phases of the supply voltage, until no peak representative of a partial discharge exists.

L’invention concerne également un système de détection de décharge partielle dans un stator d’une machine électrique, caractérisé en ce qu’il comporte :

  • un dispositif d’alimentation électrique de bobinages statoriques de la machine électrique par respectivement des phases alternatives d’une tension d’alimentation polyphasée, les phases alternatives étant à modulation de largeur d’impulsion ;
  • un composant électrique enfoui dans un des bobinages statoriques, le composant électrique étant connecté à un dispositif de mesure conçu pour mesurer une caractéristique de la machine électrique autre que la présence de décharges partielles ;
  • un filtre passe haut de filtrage d’un signal capté par le composant électrique par couplage capacitif avec le bobinage statorique dans lequel il est enfoui, le filtre passe haut présentant une fréquence de coupure d’au moins 100 MHz ; et
  • un dispositif d’acquisition et d’affichage du signal filtré, pour permettre à une personne d’analyser le signal filtré pour y détecter un pic représentatif d’une décharge partielle, le dispositif d’acquisition et d’affichage présentant une bande passante d’au moins 1 GHz et une vitesse d’échantillonnage d’au moins 1 GS/s.
The invention also relates to a partial discharge detection system in a stator of an electrical machine, characterized in that it comprises:
  • a device for power supplying stator windings of the electric machine by respectively alternating phases of a polyphase supply voltage, the alternating phases being pulse-width modulated;
  • an electric component buried in one of the stator windings, the electric component being connected to a measuring device designed to measure a characteristic of the electric machine other than the presence of partial discharges;
  • a high-pass filter for filtering a signal picked up by the electrical component by capacitive coupling with the stator winding in which it is buried, the high-pass filter having a cut-off frequency of at least 100 MHz; And
  • a device for acquiring and displaying the filtered signal, to enable a person to analyze the filtered signal to detect therein a peak representative of a partial discharge, the acquisition and display device having a bandwidth of at least 1 GHz and a sample rate of at least 1 GS/s.

Brève description des figuresBrief description of figures

L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

  • la est un schéma fonctionnel d’une installation dans laquelle des décharges partielles dans une machine électrique sont détectées,
  • la est un schéma électrique d’un filtre passe haut pouvant être utilisé dans l’installation de la ,
  • la est un schéma-bloc d’un procédé de détection de décharge partielles pouvant être mis en œuvre dans l’installation de la ,
  • la est un graphique illustrant l’évolution, au cours du temps, de grandeurs électriques de l’installation de la ,
  • la est un schéma-bloc d’un procédé de détection des tensions d’apparition et d’extinction des décharges partielles, pouvant être mis en œuvre dans l’installation de la ,
  • la est une courbe de Paschen,
  • la est un graphique illustrant comment déterminer si un pic peut résulter d’une décharge partielle, et
  • la est un graphique illustrant comment déterminer si un pic peut résulter d’une décharge partielle.
The invention will be better understood with the aid of the following description, given solely by way of example and made with reference to the appended drawings in which:
  • there is a block diagram of an installation in which partial discharges in an electrical machine are detected,
  • there is an electrical diagram of a high pass filter that can be used in the installation of the ,
  • there is a block diagram of a partial discharge detection method that can be implemented in the installation of the ,
  • there is a graph illustrating the evolution, over time, of the electrical quantities of the installation of the ,
  • there is a block diagram of a method for detecting the onset and extinction voltages of partial discharges, which can be implemented in the installation of the ,
  • there is a Paschen curve,
  • there is a graph illustrating how to determine if a spike may result from a partial discharge, and
  • there is a graph illustrating how to determine if a spike may result from a partial discharge.

Claims (10)

Procédé (300) de détection de décharge partielle dans un stator (104) d’une machine électrique (102), caractérisé en ce qu’il comporte :
  • l’alimentation électrique de bobinages statoriques (A1, B1, C1, A2, B2, C2) de la machine électrique (102) par respectivement des tensions alternatives (U1, V1, W1, U2, V2, W2) à modulation de largeur d’impulsion, un composant électrique (TR1, TR2) étant enfoui dans un des bobinages statoriques (A1, B1, C1, A2, B2, C2), le composant électrique (TR1, TR2) étant connecté à un dispositif (116, 116) de mesure d’une caractéristique de la machine électrique (102) autre que la présence de décharges partielles ;
  • pendant l’alimentation électrique des bobinages statoriques (A1, B1, C1, A2, B2, C2), le filtrage d’un signal capté par le composant électrique (TR1, TR2) par couplage capacitif avec le bobinage statorique dans lequel il est enfoui, par un filtre passe haut (1181, 1182) présentant une fréquence de coupure d’au moins 100 MHz ;
  • l’acquisition du signal filtré par un dispositif d’acquisition (1221, 1222) présentant une bande passante d’au moins 1 GHz et une vitesse d’échantillonnage d’au moins 1 GS/s ; et
  • l’analyse du signal acquis pour y détecter un pic représentatif d’une décharge partielle.
Method (300) for detecting partial discharge in a stator (104) of an electric machine (102), characterized in that it comprises:
  • the power supply of stator windings (A1, B1, C1, A2, B2, C2) of the electric machine (102) by respectively alternating voltages (U1, V1, W1, U2, V2, W2) with width modulation d pulse, an electrical component (TR1, TR2) being buried in one of the stator windings (A1, B1, C1, A2, B2, C2), the electrical component (TR1, TR2) being connected to a device (116, 116) measuring a characteristic of the electrical machine (102) other than the presence of partial discharges;
  • during the electrical supply of the stator windings (A1, B1, C1, A2, B2, C2), the filtering of a signal picked up by the electrical component (TR1, TR2) by capacitive coupling with the stator winding in which it is buried , by a high-pass filter (118 1 , 118 2 ) having a cut-off frequency of at least 100 MHz;
  • the acquisition of the filtered signal by an acquisition device (122 1 , 122 2 ) having a bandwidth of at least 1 GHz and a sampling rate of at least 1 GS/s; And
  • analyzing the acquired signal to detect therein a peak representative of a partial discharge.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel le composant électrique est conçu pour mesurer une température du bobinage statorique dans lequel il est enfoui.A method according to claim 1, wherein the electrical component is designed to measure a temperature of the stator winding in which it is buried. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le composant électrique comporte une résistance variable avec la température.A method according to claim 2, wherein the electrical component comprises a resistor variable with temperature. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comportant en outre, avant la réception du signal, la mise en court-circuit du composant électrique.A method according to any of claims 1 to 3, further comprising, prior to receiving the signal, shorting the electrical component. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comportant en outre, avant la réception du signal, la désactivation du dispositif de mesureA method according to any of claims 1 to 4, further comprising, prior to receiving the signal, deactivating the measuring device Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comportant en outre la détection d’un pic dans le signal acquis et, pour que ce pic détecté soit considéré comme représentatif d’une décharge partielle, la vérification que le pic détecté est en dehors d’une première rampe d’oscillations d’au moins une de tensions différentielles des tensions alternatives.Method according to any one of claims 1 to 5, further comprising the detection of a peak in the acquired signal and, so that this detected peak is considered as representative of a partial discharge, the verification that the detected peak is in outside a first ramp of oscillations of at least one of differential voltages of the alternating voltages. Procédé (500) de détection d’une tension d’apparition de décharge partielle, comportant une première recherche par balayage croissant d’une amplitude des tensions alternatives, en répétant un procédé de détection d’une décharge partielle selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, en augmentant à chaque fois l’amplitude jusqu’à ce qu’un pic représentatif d’une décharge partielle soit détecté, la tension d’apparition de décharge partielle étant prise égale à l’amplitude à laquelle le pic a été détecté.Method (500) for detecting a partial discharge onset voltage, comprising a first search by increasing scanning of an amplitude of the alternating voltages, by repeating a method for detecting a partial discharge according to any one of the claims 1 to 6, each time increasing the amplitude until a peak representative of a partial discharge is detected, the partial discharge onset voltage being taken equal to the amplitude at which the peak was detected. Procédé selon la revendication 7, comportant en outre, après la première recherche par balayage, une deuxième recherche par balayage croissant de l’amplitude des tensions alternatives, en répétant un procédé de détection d’une décharge partielle selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, en augmentant à chaque fois l’amplitude jusqu’à ce qu’un pic représentatif d’une décharge partielle soit détecté, l’augmentation de l’amplitude à chaque répétition du procédé (300) de détection de décharge partielle étant plus petite dans la deuxième recherche par balayage que dans la première recherche par balayage, la tension d’apparition de décharge partielle étant prise égale à l’amplitude à laquelle le pic a été détecté lors de la deuxième recherche par balayage.A method according to claim 7, further comprising, after the first search by scanning, a second search by increasing scanning of the amplitude of the alternating voltages, by repeating a method of detecting a partial discharge according to any one of claims 1 to 6, each time increasing the amplitude until a peak representative of a partial discharge is detected, the increase in amplitude with each repetition of the partial discharge detection method (300) being greater smaller in the second scan search than in the first scan search, the partial discharge onset voltage being taken equal to the amplitude at which the peak was detected in the second scan search. Procédé de détection d’une tension d’extinction de décharge partielle, comportant une recherche par balayage décroissant de l’amplitude des phases de la tension d’alimentation, en répétant un procédé de détection de décharge partielle selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 en diminuant à chaque fois l’amplitude des phases de la tension d’alimentation, jusqu’à ce qu’aucun pic représentatif d’une décharge partielle n’existe.A method of detecting a partial discharge extinction voltage, comprising a search by descending sweep of the amplitude of the phases of the supply voltage, by repeating a partial discharge detection method according to any one of claims 1 to 6, each time decreasing the amplitude of the phases of the supply voltage, until no peak representative of a partial discharge exists. Système de détection de décharge partielle dans un stator d’une machine électrique, caractérisé en ce qu’il comporte :
  • un dispositif d’alimentation électrique de bobinages statoriques de la machine électrique par respectivement des phases alternatives (U, V, W) d’une tension d’alimentation polyphasée, les phases alternatives (U, V, W) étant à modulation de largeur d’impulsion ;
  • un composant électrique (TR) enfoui dans un des bobinages statoriques, le composant électrique (TR) étant connecté à un dispositif de mesure conçu pour mesurer une caractéristique de la machine électrique autre que la présence de décharges partielles ;
  • un filtre passe haut de filtrage d’un signal capté par le composant électrique par couplage capacitif avec le bobinage statorique dans lequel il est enfoui, le filtre passe haut présentant une fréquence de coupure d’au moins 100 MHz ; et
  • un dispositif d’acquisition et d’affichage du signal filtré, pour permettre à une personne d’analyser le signal filtré pour y détecter un pic représentatif d’une décharge partielle, le dispositif d’acquisition et d’affichage présentant une bande passante d’au moins 1 GHz et une vitesse d’échantillonnage d’au moins 1 GS/s.
Partial discharge detection system in a stator of an electrical machine, characterized in that it comprises:
  • a device for power supplying stator windings of the electric machine by respectively alternating phases (U, V, W) of a polyphase supply voltage, the alternating phases (U, V, W) being width modulation d 'impulse ;
  • an electric component (TR) buried in one of the stator windings, the electric component (TR) being connected to a measuring device designed to measure a characteristic of the electric machine other than the presence of partial discharges;
  • a high-pass filter for filtering a signal picked up by the electrical component by capacitive coupling with the stator winding in which it is buried, the high-pass filter having a cut-off frequency of at least 100 MHz; And
  • a device for acquiring and displaying the filtered signal, to enable a person to analyze the filtered signal to detect therein a peak representative of a partial discharge, the acquisition and display device having a bandwidth of at least 1 GHz and a sample rate of at least 1 GS/s.
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