FR2756051A1 - Dispositif et procede d'analyse de defauts sur les reseaux de distribution electrique - Google Patents

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

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 lkV 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-mémes 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 37.

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 courtcircuit 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 apparait 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 représente 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 : Evènement 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 : Evènements d'une durée inférieure à 100ms qui disparaissent avant le fonctionnement des protections.

Défauts fugitifs : Evènements 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 Evènements qui nécessitent le fonctionnement des protections et disparaissent lors du ler et 2ème réenclenchement lent.

Défauts permanents : Evènements qui ne sont pas éliminés par les automatismes de protection et nécessitent une intervention de I'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 traitrement 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 indentification 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 quasistables, 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 arepos", 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 apparait 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 életriques, 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 illuster 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 J'analyse conforme à l'invention est de ce fait adapté pour traîter 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
v 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 distance 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 sousterraine). 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).

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. Si les impédances inverse et directe sont connues avec exactitude, la formule donnant la composante homopolaire est une formule théorique. L'expression de l'impédance totale est E=Zd+Zi+Zo+3p où Zd est l'impédance directe, Zi l'impédance inverse, Z0 l'impédance homopolaire et p la résistance du défaut considérée comme nulle.

D'autre part, on peut écrire
Zd = R + jL Zi = Zd = R + jL Zo= R+ 0.148Q/km+ 3jL ce qui donne l'équation à résoudre 3R + 0.148/lun + 5jL = 6 x (VM - ICH x (R + iL)) 3 x(IM-jCH) -IR avec
R la résistance de la portion de ligne en défaut
L la réactance 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
IR le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant homopolaire du départ (somme vectorielle des trois courants de phase).

Cette équation est très complexe à résoudre directement.

Il est proposé dans le cadre de l'invention de ne s'intéresser qu'à la partie imaginaire en retenant la formule simplifiée suivante 5L = Imag [6x (VM - ICH x (R + jL))] / [3 x (IM - ICH) - IR]
Un calcul sur la base de cette relation pour tous les points du réseau, permet de définir une plage probable de localisation de défaut.

Pour résoudre cette équation, le dispositif selon l'invention utilise un fichier topologique qui permet de calculer l'impédance de la ligne à chaque noeud.

Un tel fichier de topologie décrit la structure de chaque départ surveillé. Il décrit chaque segment de ligne en donnant le type de cable, sa section, sa situation (aérien ou sous-terrain), sa longueur ainsi que sa résistance totale et sa réactance totale. Ces fichiers sont fournis par exemple par chaque centre et, en principe, remis à jour régulièrement.

Le calcul précité est interdit pendant les phases d'instabilités du réseau notamment pendant les phases de transitoires détectées par la présence d'une composante continue comme indiqué précédemment.

Pour calculer la réactance d'une portion de ligne en défaut, et déterminer ainsi le ou les tronçons concernés par un défaut, le dispositif conforme à l'invention cherche les valeurs d'impédance
Zd = R + jL qui minimise la grandeur 5L - Imag [6 x coefficient correspondant à chacune des situations. Néanmoins, on pourra avoir recours à un apprentissage de ces coefficients par l'utilisation d'événements localisés sur le terrain". Pour réaliser cet apprentissage on peut par exemple définir pour chacun des coefficients un intervalle de valeurs possibles et rechercher les solutions qui recouvrent le mieux les exemples à l'aide d'un algorithme génétique (méthode classique d'optimisation d'un problème non linéaire). Cet algorithme génère une "population" de solutions et calcule pour chacun des individus solution" sa "force", c'est-à-dire sa capacité à résoudre le problème. Ici on pourra utiliser une fonction du type f(i) = 100 - Idistance i - distance réellel * 100
distance réelle où i est le no de l'individu
distance i est la distance au poste trouvée avec l'individu i (ensemble des coefficients utilisés pour la solution i) et distance réelle est la distance réelle du défaut au poste pour l'exemple utilisé.

on voit que, plus la distance trouvée s'approche de la distance réelle, plus f(i) s'approche de 100.

Chaque "individu solution" est ensuite "reproduit" avec une probabilité proportionnelle à sa force pour créer la génération suivante.

On tend donc à favoriser les solutions les meilleures en faisant disparaître les moins bonnes. Des transformations de "croisement" et de "mutation" sont également appliquées sur la nouvelle génération avant de calculer la force des nouveaux individus et recommencer le processus. Ces transformations assurent une certaine diversité entre les individus et permettent d'explorer un champ de solutions plus vaste.

Deux critères d'arrêt peuvent être utilisés le seuil de précision fixé est atteint le nombre de générations explorées ou le temps de traitement alloué est atteint.

Ce genre d'algorithme est particulièrement efficace pour résoudre les problèmes d'optimisation non linéaires. Il ne garantit pas de trouver la meilleure solution mais des solutions approchées.

Dans le cas d'un défaut polyphasé, le calcul de l'impédance de boucle est beaucoup plus simple car celle-ci s'exprime par la formule
Z = (Va - Vb) / (la - lb) où Va et V b sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des tensions sur les phases concernées pendant le régime de défaut, et 1a et Ib sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des courants sur les phases concernées pendant le régime de défaut.

Le calcul de la réactance de la portion de ligne en défaut consiste à prendre la partie imaginaire de l'impédance calculée ci-dessus.

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 conforme à la présente invention détermine le ou les tronçons concernés par le défaut en recherchant ceux dont la réactance du noeud amont est inférieure à la réactance calculée et la réactance du noeud aval supérieure à la réactance calculée. Le dispositif peut également déterminer le point exact du défaut par interpolation linéaire sur le tronçon identifié.

Dans le cas d'un défaut triphasé, il est nécessaire que les impédances mesurées entre les phases prises deux à deux soient proches (le défaut doit être équilibré) sinon la localisation peut devenir aléatoire.

Pour déterminer les plages à utiliser pour effectuer les calculs d'impédance, le dispositif conforme à la présente invention utilise la représentation polaire des vecteurs (module, phase). Pour un défaut polyphasé, par exemple, le dispositif détermine d'abord la dispersion des mesures autour de la valeur moyenne et le défaut est déclaré non localisable par le dispositif, si cette dispersion est trop importante.

Dans le cas d'un défaut permanent, le dispositif permet d'améliorer la fiabilité de la localisation par comparaison des résultats obtenus par l'analyse des différentes phases de défaut.

Certains postes de distribution électrique possèdent des autotransformateurs positionnés sur différents départs.

La localisation d'un défaut sur un départ possédant un tel autotransformateur nécessite la modélisation de celui-ci.

Dans le cadre de la présente invention, un autotransformateur peut être assimilé à une impédance décomposable en impédance directe, inverse et homopolaire et un rapport de transformation r = Amont / Uavai.

Les composantes de l'impédance de l'autotransformateur doivent être insérées dans la ligne et l'impédance de la portion restante doit être multipliée par r2, pour les calculs précités.

Selon une autre variante conforme à la présente invention, l'impédance d'un autotransformateur peut être déterminée par autoapprentissage du dispositif sur chaque départ muni d'un tel autotransformateur.

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 Smm 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 (35)

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 7, 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 l'étape de localisation consiste à parcourir la topologie d'un départ en recherchant les tronçons dont l'impédance de ligne du noeud amont rend négative la grandeur 5L - Imag[6xtVIvl-lCHx(R+jL))]/[3x(INI-ICH)-IR] et dont l'impédance de ligne du noeud aval rend positive cette me me grandeur, dans laquelle

R est la résistance de la portion de ligne en défaut

L est la réactance de la portion de ligne en défaut

VM est le vecteur complexe représentant la fondamentale de la tension sur la phase concernée pendant le régime de défaut

ICH est le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de non défaut précédent INI est le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de défaut

IR est le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant homopolaire du départ (somme verctorielle des 3 courants de phase).

15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé par le fait que l'étape de localisation consiste à parcourir la topologie d'un départ en recherchant chaque tronçon dont la réactance du noeud amont est inférieur à la réactance calculée sur la base de la relation Z = Va - Vb / la - 1b où Va et Vb sont les vecteurs complexe représentant les fondamentales des tensions sur les phases concernées pendant le régime de défaut, et 1a et Ib sont les vecteurs complexes représentants les fondamentales des courants sur les phases concernées pendant le régime de défaut, et dont la réactance du noeud aval est supérieure à cette réactance calculée.

16. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une étape d'interpolation linéaire sur le tronçon concerné pour localiser un défaut avec précision sur ce tronçon.

17. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de modélisation d'autotransformateur pour la localisation du défaut.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé par le fait que la modélisation d'un autotransformateur consiste à assimiler celui-ci à une impédance décomposable en impédance directe, inverse et homopolaire et à multiplier l'impédance de la portion restante de ligne par un rapport égal à r2, r représentant le rapport de transformation de l'autotransformateur.

19. Procédé selon l'une des revendications 13 à 18, 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.

20. 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.

21. Dispositif selon la revendication 20, 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.

22. Dispositif selon l'une des revendications 20 ou 21, 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.

23. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 22, 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.

24. Dispositif selon la revendication 23, 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.

25. Dispositif selon l'une des revendications 23 ou 24, 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.

26. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 25, 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.

27. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 26, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'analyse de la phase entre le courant de neutre et le courant homopolaire.

28. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 27, 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.

29. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 28, 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.

30. Dispositif selon la revendication 29, caractérisé par le fait que les moyens d'élimination des instabilités sont adaptés pour détecter les périodes pendant lesquelles une composante continue apparait et éliminer ces périodes du calcul de localisation.

31. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 30, caractérisé par le fait que les moyens de localisation sont adaptés pour parcourir la topologie d'un départ en recherchant les tronçons dont l'impédance de ligne du noeud amont rend négative la grandeur 5L - Imag [6x(VNf-ICHx(R+jL))] / [3x(IM-ICH)-IR] et dont l'impédance de ligne du noeud aval rend positive cette même grandeur, dans laquelle

R est la résistance de la portion de ligne en défaut

L est la réactance de la portion de ligne en défaut

VM est le vecteur complexe représentant la fondamentale de la tension sur la phase concernée pendant le régime de défaut

ICH est le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de non défaut précédent

IM est le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant sur la phase concernée pendant le régime de défaut

IR est le vecteur complexe représentant la fondamentale du courant homopolaire du départ (somme vectorielle des 3 courants de phase).

32. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 31, caractérisé par le fait que les moyens de localisation sont adaptés pour parcourir la topologie d'un départ en recherchant chaque tronçon dont la réactance du noeud amont est inférieur à la réactance calculée sur la base de la relation

Z = Va ~ Vb / Ia ~ lb

OÙ Va et V b sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des tensions sur les phases concernées pendant le régime de défaut, et Ia et 1b sont les vecteurs complexes représentant les fondamentales des courants sur les phases concernées pendant le régime de défaut, et dont la réactance du noeud aval est supérieure à cette réactance calculée.

33. Dispositif selon l'une des revendications 20 à 32, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'interpolation linéaire sur le tronçon concerné pour localiser un défaut avec précision sur ce tronçon.

34. Dispositifselon l'une des revendications 20 à 33, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de modélisation d'autotransformateur pour la localisation du défaut.

35. Dispositif selon la revendication 34, caractérisé par le fait que les moyens de modélisation d'un autotransformateur sont adaptés pour assimiler celui-ci à une impédance décomposable en impédance directe, inverse et homopolaire et multiplier l'impédance de la portion restante de ligne par un rapport égal à r2, r représentant le rapport de transformation de l'autotransformateur.