WO2016201569A1 - Méthode de localisation d'un défaut éclateur dans une ligne électrique souterraine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for locating a spark gap in an underground power line.
- the location of faults in underground lines of an electrical network consists of identifying on a cable run, or at an accessory such as a junction, a location of a fault.
- Application CA 2805422 (Reynaud et al.) Proposes a technique making it possible to locate faults on long lines with several branches, by simulating bursts at different distances on a line to be checked, by measuring a current burst on the line, and by comparing the simulations with the measurement to identify the best match that indicates the location of the defect.
- a method for locating a spark gap in an underground power line comprising the steps of:
- Figure 1 is a graph illustrating an example of current measured by an electromagnetic pulse detector.
- Figure 2 is a schematic diagram of a power line with a branch and a spark gap.
- Figure 3 is a wire diagram equivalent to the power line of Figure 2 during a fault.
- Figure 4 is an equivalent electrical circuit of the power line of Figure 2 during a fault.
- Figure 5 is a schematic diagram of a topology of a power line.
- Figures 6A and 6B are graphs respectively illustrating measurement samples taken on the line of Figure 5 from the previous first access wells and following the defect.
- Figure 7 is a schematic diagram of a topology of another power line.
- Figures 8A and 8B are graphs respectively illustrating measurement samples taken on the line of Figure 7 from the previous first access wells and following the defect.
- Figure 9 is a schematic diagram of a topology of another power line.
- FIGS. 10A, 10B and 10C are graphs respectively illustrating measurement samples taken on the line of FIG. 9 from a first access well preceding the defect, a first access well following the defect, and FIG. a second access well following the defect.
- Figure 1 1 is a schematic diagram of a topology of another power line.
- Figures 12A and 12B are graphs respectively illustrating measurement samples taken on the line of Figure 1 1 from an access well where the defect is located and a first access well following the defect.
- FIG. 2 there is shown a diagram of an underground power line 3 with a branch.
- the method according to the invention makes it possible to detect and locate a spark gap 2 in a cable 4 of the underground line 3 from the surface.
- the method uses a pulse generator 6 connected to a disconnected portion of the underground line 3 to be verified, and a magnetic field detector 8 preferably portable and disposed on the surface near the underground line 3, for example at a distance between 1 and 3 meters or more of the cable 4 according to the sensitivity of the magnetic field detector 8.
- the detector 8 does not need to be in contact with the cable 4.
- the magnetic field detector 8 will be disposed above line 3 just after the pulse generator 6 so as to prevent it from being found after the fault 2. It can nevertheless be disposed anywhere between the pulse generator 6 and the fault 2.
- a voltage pulse showing the fault 2 is generated by the pulse generator 6.
- the method makes it possible to provide a distance between the pulse generator 6 and the fault 2, and an indication that the field detector magnetic 8 is located beyond the defect 2 if necessary, for example when the user has just passed the defect 2 while walking along the line 3 with the magnetic field detector 8.
- FIG. 1 there is illustrated an example of current measured by a detector 8 (shown eg in Figure 2) on a normalized scale (vertical axis).
- the method uses a resonance effect and measures the magnetic field caused by the source pulse current ("thumper discharge") and the analysis.
- the magnetic field contains two components in its signal 10: a component A consisting of fault reflections at high frequencies (from the generator 6 to the fault 2 and then returning to the generator 6 and so on); and a component B consisting of a lower frequency oscillation caused by the capacity of the generator 6 and the total inductance of the line 3 (resonance).
- the resonance oscillation disappears just after the position of the fault 2. All these measurements are taken during the breakdown time of the fault 2, that is to say when the electric arc is still present.
- One aspect of the method according to the invention is that before the fault 2, the period of the resonance oscillation always represents the distance between the generator 6 and the fault 2. This characteristic makes it possible to consider the method as a fault location. by resonance.
- the signal 10 contains both the resonance oscillation (lower frequency) and the reflections of the fault 2 to the generator 6 (higher frequency).
- Another aspect of the method is that after the fault 2, the signal 10 contains only the reflections of the fault 2 towards the end of the line 3, which is in open circuit.
- the waveforms before and after the defect 2 are different.
- Another aspect of the method is that the amplitude of the signal measured by the detector 8 has no impact, only the shape is to be analyzed (ie the distance between the detector 8 and the cable 4 has no impact. impact as long as the detector 8 measures something).
- Another aspect of the method is that the branches before or after the position of the defect 2 have no effect on the method.
- Signal 10 represents an example of a typical magnetic field measurement in an access well.
- the calculation of the distance of the defect 2 with respect to the generator 6 is based on the frequency of the oscillation:
- FIG. 4 there is shown an equivalent circuit diagram of line 3, where C1 represents the capacity of generator 6 and L1 represents the total inductance of line 3.
- the open branch does not add inductance to the total inductance of line 3 and has no effect on the calculation of the distance of fault 2.
- PT represents a transformation well
- PA represents an access well
- PO represents a station
- CHS represents a sectioning chamber
- PC represents a cable post.
- FIG. 5 there is shown a line 3 having three branches and a total cable length of 4928 meters.
- the distance L of the actual defect is 175 m
- the cable is 500 MCM and has an inductance of 238 nH / m.
- Figure 6A shows a sample of a measurement taken from the first access well before the fault.
- Figure 6B shows a sample of a measurement taken from one of the first access wells after the defect. The absence of lower frequency resonance oscillations clearly indicates that the fault has been exceeded.
- the measured resonance oscillation has a period of 100 ⁇ . Calculations show that this corresponds to a distance of 165 m compared to the actual distance of 175 m.
- FIG. 7 there is shown a line 3 having a branch of 30 meters and a total cable length of 2463 meters.
- the distance L of the actual defect is 380 m, and the cable is 500 MCM and has an inductance of 239 nH / m.
- FIG. 9 there is shown a line 3 having a 30 meter branch and a total cable length of 2463 meters.
- the distance L of the actual defect is 591 m, and the cable is 500 MCM and has an inductance of 238 nH / m.
- FIG. 1 there is shown a line 3 having no branch and a total cable length of 4579 meters.
- the distance L of the actual defect is 240 m, and the cable is 750 MCM and has an inductance of 160 nH / m.
- the first action taken in this case is at the location of the fault.
- the signal is slightly distorted compared to an expected signal before the fault.
- the measured resonance oscillation has a period of about 1 17 ⁇ . Calculations show that this corresponds to a distance of 390 m compared to the actual distance of 240 m. It still remains a decent result for a line 4.5 kilometers long.
- Figure 12B shows a measurement taken at the first access well after the fault. The resonance oscillations do not disappear clearly after the fault. They tend to indicate that the characteristics of the defect come into play. so that the fault bursts, a certain signal can still remain on the rest of the line.
- the method according to the invention functions to determine the distance of a fault and to locate it.
- Some results as in Test 4 may be more difficult to interpret, possibly due to the type of fault (low or high impedance) that may have a significant impact on the measured signal. Since the evaluated distance of the fault depends directly on the cable inductance, it is possible to use a margin of error if the inductance is unknown. Also, a measurement before the operation of the pulse generator 6 can be taken in order to measure the ambient noise on the line in order to eliminate it in a measure of localization of the fault, in particular when a digital processing is used to analyze the measurement.
- the resonance method can be used in conjunction with the fact that the resonance does not appear after the fault and not on the flawless branches either, which makes it easy to identify the branch with the defect.
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Abstract
Une méthode de localisation d'un défaut éclateur dans une ligne électrique souterraine est proposée. Une impulsion de tension est générée dans une partie déconnectée de la ligne avec le générateur d'impulsion. Un champ magnétique généré par l'impulsion de tension est mesuré avec un détecteur de champ magnétique disposé en surface au dessus de la partie déconnectée de la ligne électrique, afin de produire un signal indicatif du champ magnétique. On repère une période d'oscillation de résonnance dans le signal, et calcule une distance du défaut par rapport au générateur d'impulsion en fonction de la période d'oscillation de résonnance, d'une capacité du générateur d'impulsion et d'une valeur d'inductance de ligne applicable à la partie déconnectée de la ligne électrique. Le défaut est localisé selon la distance calculée.
Description
MÉTHODE DE LOCALISATION D'UN DÉFAUT ÉCLATEUR
DANS UNE LIGNE ÉLECTRIQUE SOUTERRAINE
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention porte sur une méthode de localisation d'un défaut éclateur dans une ligne électrique souterraine.
CONTEXTE
La localisation de défauts dans des lignes souterraines d'un réseau électrique consiste à identifier sur une portée de câble, ou au niveau d'un accessoire tel qu'une jonction, un emplacement d'un défaut. La demande CA 2805422 (Reynaud et al.) propose une technique permettant de localiser des défauts sur de longues lignes avec plusieurs embranchements, en simulant des éclatements à différentes distances sur une ligne à vérifier, en mesurant un éclatement actuel sur la ligne, et en comparant les simulations avec la mesure pour identifier la meilleure correspondance qui indique l'emplacement du défaut. Il peut arriver cependant que la précision de localisation avec la technique soit insuffisante en raison de conditions particulières ou d'une configuration de réseau complexe. Par exemple, si le générateur d'impulsion est installé très loin du défaut, le signal mesuré du défaut peut être trop faible pour être comparé avec les simulations. II existe donc un besoin pour une méthode alternative utilisant un appareil simple technologiquement, portable, robuste et fiable, dont les coûts de fabrication et d'entretien sont bas, qui permet de détecter et localiser un défaut éclateur dans une ligne électrique souterraine de manière sécuritaire.
SOMMAIRE
Selon un aspect de l'invention, il est proposé une méthode de localisation d'un défaut éclateur dans une ligne électrique souterraine, comprenant les étapes de:
brancher un générateur d'impulsion de tension à une partie déconnectée de la ligne électrique;
disposer un détecteur de champ magnétique en surface au dessus de la partie déconnectée de la ligne électrique;
générer une impulsion de tension dans la partie déconnectée de la ligne avec le générateur d'impulsion;
mesurer un champ magnétique généré par l'impulsion de tension avec le détecteur de champ magnétique afin de produire un signal indicatif du champ magnétique;
repérer une période d'oscillation de résonnance dans le signal;
calculer une distance du défaut par rapport au générateur d'impulsion en fonction de la période d'oscillation de résonnance, d'une capacité du générateur d'impulsion et d'une valeur d'inductance de ligne applicable à la partie déconnectée de la ligne électrique; et
localiser le défaut selon la distance calculée.
DESCRIPTION BRÈVE DES DESSI NS
Une description détaillée des réalisations préférées de l'invention sera donnée ci-après en référence avec les dessins suivants:
Figure 1 est un graphique illustrant un exemple de courant mesuré par un détecteur d'impulsion électromagnétique. Figure 2 est un diagramme schématique d'une ligne électrique avec un embranchement et un défaut éclateur.
Figure 3 est un diagramme filaire équivalent à la ligne électrique de la Figure 2 durant un défaut.
Figure 4 est un circuit électrique équivalent de la ligne électrique de la Figure 2 durant un défaut.
Figure 5 est un diagramme schématique d'une topologie d'une ligne électrique.
Figures 6A et 6B sont des graphiques illustrant respectivement des échantillons de mesures prises sur la ligne de la Figure 5 à partir des premiers puits d'accès précédent et suivant le défaut.
Figure 7 est un diagramme schématique d'une topologie d'une autre ligne électrique.
Figures 8A et 8B sont des graphiques illustrant respectivement des échantillons de mesures prises sur la ligne de la Figure 7 à partir des premiers puits d'accès précédent et suivant le défaut. Figure 9 est un diagramme schématique d'une topologie d'une autre ligne électrique.
Figures 10A, 10B et 10C sont des graphiques illustrant respectivement des échantillons de mesures prises sur la ligne de la Figure 9 à partir d'un premier puits d'accès précédent le défaut, d'un premier puits d'accès suivant le défaut et d'un deuxième puits d'accès suivant le défaut.
Figure 1 1 est un diagramme schématique d'une topologie d'une autre ligne électrique.
Figures 12A et 12B sont des graphiques illustrant respectivement des échantillons de mesures prises sur la ligne de la Figure 1 1 à partir d'un puits d'accès où le défaut se situe et d'un premier puits d'accès suivant le défaut. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence à la Figure 2, il est montré un schéma d'une ligne électrique souterraine 3 avec un embranchement. La méthode selon l'invention permet de détecter et localiser un défaut éclateur 2 dans un câble 4 de la ligne souterraine 3 à partir de la surface. La méthode utilise un générateur d'impulsion 6 branché à une partie déconnectée de la ligne souterraine 3 à vérifier, et un détecteur de champ magnétique 8 de préférence portable et disposé en surface près de la ligne souterraine 3, par exemple à une distance entre 1 et 3 mètres ou plus du câble 4 selon la sensibilité du détecteur de champ magnétique 8. Le détecteur 8 n'a pas besoin d'être en contact avec le câble 4. De préférence, le détecteur de champ magnétique 8 sera disposé au dessus de la ligne 3 juste après le générateur d'impulsion 6 de manière à éviter qu'il se retrouve après le défaut 2. Il peut néanmoins être disposé n'importe où entre le générateur d'impulsion 6 et le défaut 2.
Selon la méthode, une impulsion de tension faisant apparaître le défaut 2 est générée par le générateur d'impulsion 6. La méthode permet de fournir une distance entre le générateur d'impulsion 6 et le défaut 2, et une indication que le détecteur de champ magnétique 8 est situé au-delà du défaut 2 s'il y a lieu, par exemple lorsque l'utilisateur vient de dépasser le défaut 2 en marchant le long de la ligne 3 avec le détecteur de champ magnétique 8.
En référence à la Figure 1 , il est illustré un exemple de courant mesuré par un détecteur 8 (montré e.g. à la Figure 2) sur une échelle normalisée (axe vertical). La méthode utilise un effet de résonnance et mesure le champ magnétique causé par le courant d'impulsion source ("thumper discharge") et l'analyse. Avant la position du défaut 2 (montré e.g. à la Figure 2), le champ magnétique
contient deux composantes dans son signal 10: une composante A constituée des réflexions de défaut à hautes-fréquences (depuis le générateur 6 jusqu'au défaut 2 puis retournant au générateur 6 et ainsi de suite); et une composante B constituée d'une oscillation à fréquence plus basse causée par la capacité du générateur 6 et l'inductance totale de la ligne 3 (résonnance). Théoriquement, et partant du générateur d'impulsion de tension 6, l'oscillation de résonnance disparaît tout juste après la position du défaut 2. Toutes ces mesures sont prises durant le temps de claquage du défaut 2, c'est à dire lorsque l'arc électrique est encore présent.
Un aspect de la méthode selon l'invention est qu'avant le défaut 2, la période de l'oscillation de résonnance représente toujours la distance entre le générateur 6 et le défaut 2. Cette caractéristique permet de considérer la méthode comme une localisation de défaut par résonnance. Le signal 10 contient à la fois l'oscillation de résonnance (fréquence plus basse) et les réflexions du défaut 2 vers le générateur 6 (fréquence plus élevée). Un autre aspect de la méthode est qu'après le défaut 2, le signal 10 ne contient que les réflexions du défaut 2 vers le bout de la ligne 3, qui est en circuit ouvert. Ainsi, les formes d'onde avant et après le défaut 2 sont différentes. Un autre aspect de la méthode est que l'amplitude du signal 10 mesuré par le détecteur 8 n'a pas d'impact, seul la forme est à analyser (i.e. la distance entre le détecteur 8 et le câble 4 n'a pas d'impact en autant que le détecteur 8 mesure quelque chose). Un autre aspect de la méthode est que les embranchements avant ou après la position du défaut 2 n'ont pas d'effet sur la méthode.
Le signal 10 représente un exemple de mesure typique de champ magnétique dans un puits d'accès. Le calcul de la distance du défaut 2 par rapport au générateur 6 est basé sur la fréquence de l'oscillation:
où C est la capacité du générateur d'impulsion 6 et L est l'inductance totale de la ligne 3.
En référence à la Figure 3, il est montré la même ligne 3 qu'à la Figure 2, mais dessinée en termes d'équivalent filaire durant le défaut 2 qui agit comme court- circuit entre le conducteur 12 et le neutre 14. Toutes les extrémités sauf celle du générateur d'impulsion 6 et celle du défaut 2 sont vu comme des circuits ouverts durant l'éclatement.
En référence à la Figure 4, il est montré un schéma électrique équivalent de la ligne 3, où C1 représente la capacité du générateur 6 et L1 représente l'inductance totale de la ligne 3. La branche ouverte n'ajoute pas d'inductance à l'inductance totale de la ligne 3 et n'a pas d'effet sur le calcul de la distance du défaut 2.
Dans la réalité, le comportement de chaque défaut diffère d'après l'impédance de défaut, la température, la présence d'eau, le temps de charge avant que le défaut survienne, et divers autres paramètres. Mais les tests qui suivent démontrent que les résultats sont suffisamment bons pour localiser un défaut 2. Il est à noter que pour ces tests, l'emplacement du défaut était connu et des mesures ont été faites juste avant et après le défaut. Le générateur d'impulsion 6 (comme montré à la Figure 2) utilisé pour les tests avait un condensateur de 4 μΡ, et était connecté à la ligne 3 avec des câbles de connexion ayant une inductance L de 475 nH/m et une longueur de 50 m. Ces caractéristiques sont incluses dans les calculs qui ont été basés sur des mesures manuelles sur les graphiques. Un traitement numérique des mesures peut être réalisé afin d'obtenir une meilleure précision si voulu. Les mesures ont été prises par le détecteur de champ magnétique 8 à une distance de 1 à 3 mètres du câble 4, à l'extérieur des puits d'accès, en utilisant une antenne, un circuit amplificateur et un oscilloscope (non illustrés).
Test 1
Dans les blocs des Figures 5, 7, 9 et 1 1 , PT représente un puits de transformation, PA représente un puits d'accès, PO représente un poste, CHS
représente une chambre de sectionnement, alors que PC représente un poteau de câbles.
En référence à la Figure 5, il est montré une ligne 3 ayant trois embranchements et une longueur totale de câble de 4928 mètres. La distance L du défaut réel est de 175 m, le câble est de type 500 MCM et a une inductance de 238 nH/m.
La Figure 6A montre un échantillon d'une mesure prise à partir du premier puits d'accès avant le défaut. La Figure 6B montre un échantillon d'une mesure prise à partir d'un des premiers puits d'accès après le défaut. L'absence d'oscillations de résonnance à fréquence plus basse indique clairement que le défaut a été dépassé. Dans la Figure 6A, l'oscillation de résonnance mesurée a une période de 100 με. Des calculs montrent que cela correspond à une distance de 165 m comparativement à la distance réelle de 175 m.
Test 2
En référence à la Figure 7, il est montré une ligne 3 ayant un embranchement de 30 mètres et une longueur totale de câble de 2463 mètres. La distance L du défaut réel est de 380 m, et le câble est de type 500 MCM et a une inductance de 239 nH/m.
En référence à la Figure 8B, le signal après l'emplacement du défaut s'avère indétectable. Seul un bruit de faible intensité est enregistré. Le signal est clairement différent avant (Figure 8A) et après (Figure 8B) l'emplacement du défaut. Dans la Figure 8A, l'oscillation de résonnance mesurée a une période de 140 με. Les calculs montrent que cela correspond à une distance de 415 m comparativement à la distance réelle de 380 m.
Test 3
En référence à la Figure 9, il est montré une ligne 3 ayant un embranchement de 30 mètres et une longueur totale de câble de 2463 mètres. La distance L du défaut réel est de 591 m, et le câble est de type 500 MCM et a une inductance de 238 nH/m.
En référence aux Figures 10A, 10B et 10C, il est intéressant de noter que la forme du signal commence à changer à l'emplacement du défaut (Figure 10A) mais que l'oscillation de résonnance ne disparaît seulement qu'à deux puits d'accès après le défaut (Figure 10C). Dans la Figure 10A, l'oscillation de résonnance mesurée a une période d'environ 170 με. Les calculs montrent que cela correspond à une distance de 655 m comparativement à la distance réelle de 591 m.
Test 4
En référence à la Figure 1 1 , il est montré une ligne 3 n'ayant pas d'embranchement et une longueur totale de câble de 4579 mètres. La distance L du défaut réel est de 240 m, et le câble est de type 750 MCM et a une inductance de 160 nH/m.
En référence à la Figure 12A, la première mesure prise dans ce cas est à l'emplacement du défaut. Le signal est légèrement déformé comparativement à un signal attendu avant le défaut. L'oscillation de résonnance mesurée a une période d'environ 1 17 με. Les calculs montrent que cela correspond à une distance de 390 m comparativement à la distance réelle de 240 m. Cela reste quand même un résultat décent pour une ligne de 4.5 kilomètres de long. La Figure 12B montre une mesure prise au premier puits d'accès après le défaut. Les oscillations de résonnance ne disparaissent pas clairement après le défaut. Ils tendent à indiquer que les caractéristiques du défaut entrent en jeu. Selon la
façon que le défaut éclate, un certain signal peut demeurer quand même sur le reste de la ligne.
Les résultats précédents montrent que la méthode selon l'invention fonctionne pour déterminer la distance d'un défaut et le localiser. Certains résultats comme dans le test 4 peuvent être plus difficiles à interpréter, possiblement en raison du type de défaut (basse ou haute impédance) qui peut avoir un impact significatif sur le signal mesuré. La distance évaluée du défaut dépendant directement de l'inductance de câble, il est possible d'utiliser une marge d'erreur si l'inductance est inconnue. Aussi, une mesure avant la mise en opération du générateur d'impulsion 6 peut être prise afin de mesurer le bruit ambiant sur la ligne en vue de l'éliminer dans une mesure de localisation du défaut en particulier lorsqu'un traitement numérique est utilisé pour analyser la mesure. Pour des lignes à embranchements, la méthode par résonance peut être utilisée en conjonction avec le fait que la résonance n'apparaît pas après le défaut et pas non plus sur les branches sans défaut, ce qui permet facilement d'identifier la branche avec le défaut. Bien que des réalisations de l'invention aient été illustrées dans les dessins ci- joints et décrites ci-dessus, il apparaîtra évident pour les personnes versées dans l'art que des modifications peuvent être apportées à ces réalisations sans s'écarter de l'invention.
Claims
1 . Une méthode de localisation d'un défaut éclateur dans une ligne électrique souterraine, comprenant les étapes de:
brancher un générateur d'impulsion de tension à une partie déconnectée de la ligne électrique;
disposer un détecteur de champ magnétique en surface au dessus de la partie déconnectée de la ligne électrique;
générer une impulsion de tension dans la partie déconnectée de la ligne avec le générateur d'impulsion;
mesurer un champ magnétique généré par l'impulsion de tension avec le détecteur de champ magnétique afin de produire un signal indicatif du champ magnétique;
repérer une période d'oscillation de résonnance dans le signal;
calculer une distance du défaut par rapport au générateur d'impulsion en fonction de la période d'oscillation de résonnance, d'une capacité du générateur d'impulsion et d'une valeur d'inductance de ligne applicable à la partie déconnectée de la ligne électrique; et
localiser le défaut selon la distance calculée.
2. La méthode selon la revendication 1 , dans laquelle la période d'oscillation de résonnance est repérée par traitement numérique du signal.
3. La méthode selon la revendication 1 , dans laquelle la partie déconnectée comporte des embranchements, la méthode comprenant de plus l'étape de: déplacer le détecteur de champ magnétique à différents emplacements de la partie déconnectée de la ligne de manière à couvrir les embranchements, et répéter l'étape de mesurer pour chaque emplacement, l'embranchement présentant le défaut étant identifié selon que la période d'oscillation de résonnance est présente ou absente dans le signal mesuré aux emplacements correspondants.
4. La méthode selon la revendication 1 , dans laquelle l'étape de mesurer est effectuée durant un temps de claquage du défaut.
Applications Claiming Priority (2)
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Publication number | Publication date |
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CA2894907A1 (fr) | 2016-12-19 |
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