Brevet FR3128539A1 — publié le 20230428

Il est proposé un procédé de détection d’événement anormal dans un isolant (5) d’un conducteur électrique (1) d’un appareil électrique (2) de moyenne ou haute tension, le procédé comportant les étapes : - acquérir un ensemble (S n ) d’échantillons successifs (E 1 , …, E n ) d’un signal vibratoire (V) associé au conducteur électrique (1), - déterminer une valeur modélisée (M n+1 ) d’un échantillon suivant (E n+1 ) à partir de l’ensemble (S n ) d’échantillons acquis et d’un modèle de prédiction, le modèle de prédiction étant obtenu par apprentissage automatique du signal vibratoire (V) à partir d’un ensemble (V p ) d’échantillons acquis dans des conditions de référence (CRef) dans lesquelles le conducteur électrique (1) est exempt d’évènement anormal, - acquérir l’échantillon suivant (E n+1 ) du signal vibratoire (V), - calculer une différence (D n+1 ) entre la valeur de l’échantillon acquis (E n+1 ) et la valeur modélisée (M n+1 ), - Si la différence calculée (D n+1 ) est supérieure à un seuil prédéterminé (Th), détecter un évènement anormal dans le conducteur électrique (1). Figure de l’abrégé : Figure 3 Procédé de détection d’événement anormal dans un conducteur électrique d’un appareil électrique de moyenne tension La présente invention se rapporte au domaine des appareils électriques à moyenne tension ou à haute tension. Les appareils électriques opérant sous moyenne tension ou haute tension peuvent être sujet à évènements anormaux au cours de leur fonctionnement. Un exemple d’évènement anormal est par exemple une ou des décharges partielles entre les conducteurs électriques et l’environnement avoisinant. On entend par décharge partielle une décharge électrique localisée dans une isolation électrique. La décharge est dite partielle car elle ne court-circuite pas l’ensemble de l’isolation. Ces décharges partielles peuvent se propager dans l’air, ou à l’intérieur même de la matière isolante. Ces décharges partielles n’affectent pas à court terme le fonctionnement de l’appareil électrique concerné, mais accélèrent le vieillissement des isolants. Lorsque les isolants sont trop endommagés, un arc électrique franc peut survenir, ce qui peut conduire à la destruction de l’appareil électrique et présenter des risques majeurs pour les personnes situées à proximité de l’appareil. Ainsi, les décharges partielles doivent être détectées afin de permettre une intervention avant un endommagement permanent, une destruction de l’appareil électrique concerné, et avant un incident de personne. Diverses méthodes de détection des décharges partielles sont connues. L’une d’entre elles consiste à surveiller les décharges partielles localement, et repose sur une mesure des vibrations à la surface d’un isolant autour d’un conducteur électrique de l’appareil électrique. Pour cela, un capteur de mesure de vibration est disposé sur l’isolant d’un conducteur électrique de l’appareil électrique. Une méthode de traitement du signal basée sur un traitement statistique des mesures réalisées permet de déterminer les évènements correspondant à une décharge partielle. Une telle méthode comporte cependant des limitations. En particulier, sa précision est en général limitée à cause de l’amplitude significative du bruit environnant en regard de celui de la décharge partielle quand cette dernière est plutôt de faible amplitude. Ainsi, le taux de fausse détection ainsi que le taux de non-détection sont relativement élevés. Il existe donc un besoin de disposer d’une méthode de détection d’évènement anormal telle une décharge partielle assurant une précision améliorée, avec en particulier un taux de non-détection et un taux de fausse détection qui soient tous les deux réduits. Résumé A cette fin, l’invention propose un procédé de détection d’événement anormal dans un isolant d’un conducteur électrique d’un appareil électrique de moyenne tension ou de haute tension, le procédé comportant les étapes : - acquérir un ensemble d’échantillons successifs d’un signal vibratoire associé au conducteur électrique, - déterminer une valeur modélisée d’un échantillon suivant à partir de l’ensemble d’échantillons acquis et d’un modèle de prédiction, le modèle de prédiction étant obtenu par apprentissage automatique du signal vibratoire à partir d’un ensemble d’échantillons acquis dans des conditions de référence dans lesquelles le conducteur électrique est exempt d’évènement anormal, - acquérir l’échantillon suivant du signal vibratoire, - calculer une différence entre la valeur de l’échantillon acquis et la valeur modélisée, - Si la différence calculée est supérieure à un seuil prédéterminé, détecter un évènement anormal dans le conducteur électrique. La détection d’un évènement anormal dans le conducteur électrique repose à la fois sur une mesure réellement mesurée d’un signal vibratoire associé au conducteur électrique et sur un modèle calculant l’évolution attendue du signal vibratoire. Un écart trop grand entre le signal modélisé et le signal réellement mesuré indique que l’évènement anormal à détecter s’est produit. Le modèle de prédiction étant obtenu par apprentissage automatique, celui-ci peut ainsi être automatiquement adapté aux caractéristiques réelles de chaque équipement électrique pour lequel le procédé est mis en œuvre. Les dispersions entre équipements sont ainsi prises en compte automatiquement, ce qui facilite la mise au point du procédé ainsi que son efficacité. L’apprentissage automatique est réalisé à partir d’un ensemble d’échantillons acquis dans des conditions de référence dans lesquelles le conducteur électrique est exempt d’évènement anormal. L’apprentissage automatique est ainsi réalisé à partir d’un ensemble d’échantillons dans lequel l’évènement anormal à détecter est absent. L’ensemble des valeurs possibles du signal vibratoire en absence de l’évènement anormal à détecter peut ainsi être caractérisé, et correspond au bruit nominal du signal vibratoire en absence d’évènement anormal. L’apprentissage automatique du bruit nominal du signal vibratoire durant la phase de vie de l’appareil où il n’y a pas de décharge partielle permet d’améliorer la performance du procédé de détection, aussi bien pour le taux de non-détection que pour le taux de fausse détection de l’évènement anormal indésirable. Cette méthode permet d’améliorer la précision de la détection par rapport aux méthodes classiques basées uniquement sur le traitement du signal mesuré. Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres, ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : Selon un aspect du procédé, le procédé comporte l’étape : - Si la différence calculée est inférieure ou égale au seuil prédéterminé, détecter une absence d’évènement anormal dans le conducteur électrique. Selon un mode de réalisation, l’événement anormal détecté est une décharge partielle. En variante ou en complément, l’évènement anormal peut être un choc mécanique affectant le fonctionnement de l’appareil. Par exemple, l’évènement anormal peut être un démarrage intempestif d’un moteur électrique ou des chocs mécaniques provoqués par ce moteur. Une décharge partielle n’entraine pas à court terme de défaillance de l’appareil électrique, mais il est souhaitable de détecter l’occurrence d’un tel évènement afin d’éviter une défaillance à long terme. Selon un mode de réalisation, le signal vibratoire est un signal de vibration représentatif d’une vibration de l’isolant du conducteur électrique. Selon un autre mode de réalisation, le signal vibratoire est un signal acoustique conduit dans l’isolant du conducteur électrique. Selon un mode de réalisation, l’acquisition des échantillons successifs du signal vibratoire est réalisée avec une fréquence d’échantillonnage fixe. En variante, l’acquisition des échantillons successifs du signal vibratoire peut être réalisée avec une fréquence d’échantillonnage variable. Selon un mode de réalisation, la fréquence échantillonnage est comprise entre 1 kHz et 1000 kHz. Le procédé peut comporter l’étape : - vérifier que l’ensemble des échantillons utilisés pour l’apprentissage automatique est conforme à un fonctionnement exempt d’évènement anormal. Le processus d’apprentissage automatique n’est ainsi pas perturbé par des échantillons non conformes. Selon un autre aspect de l’invention, les conditions de références dans lesquelles l’apprentissage automatique est réalisé sont une période de fonctionnement débutant à la première mise en service de l’appareil électrique et de durée égale à une première durée d’utilisation prédéterminée de l’appareil électrique. Selon un mode de réalisation, la première durée d’utilisation prédéterminée est comprise entre 10 heures et 20 heures. Selon un mode de réalisation, les conditions de références dans lesquelles l’apprentissage automatique est réalisé sont une période de fonctionnement débutant à la première mise en service du conducteur électrique et de durée égale à une deuxième durée d’utilisation prédéterminée de l’appareil électrique. Selon un aspect de l’invention, l’apprentissage automatique est réinitialisé en cas de remplacement du conducteur électrique. Les paramètres de l’apprentissage automatique sont mémorisés dans une mémoire permanente de l’unité électronique de contrôle. La durée d’acquisition de l’ensemble d’échantillons acquis dans des conditions de référence est supérieure à 5 secondes, par exemple supérieure à 20 secondes. Cette durée d’acquisition permet d’obtenir un modèle suffisamment précis avec une durée d’apprentissage raisonnable. Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, l’ensemble d’échantillons successifs du signal vibratoire pris en compte pour déterminer une valeur modélisée de l’échantillon suivant comprend un nombre fixe d’échantillons, le nombre fixe d’échantillons étant compris entre 10 et 20. Par exemple, la valeur modélisée de l’échantillon suivant est obtenue à partir des 15 échantillons préalablement acquis. Selon un mode de réalisation, l’ensemble d’échantillons successifs du signal vibratoire pris en compte pour déterminer une valeur modélisée de l’échantillon suivant peut comprendre un nombre variable d’échantillons compris entre 4 et 20. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte l’étape : - si un événement anormal est détecté dans l’isolant du conducteur électrique, incrémenter un compteur d’événement anormal. Le compteur d’événement anormal peut ainsi être un compteur de décharge partielle. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte l’étape : - si un événement anormal est détecté dans l’isolant du conducteur électrique, calculer une fréquence d’apparition de l’événement anormal, la fréquence d’apparition de l’événement anormal étant égale au rapport de la valeur du compteur d’événement anormal et du nombre d’échantillons acquis. La fréquence d’apparition de l’événement anormal peut ainsi être une fréquence de décharge partielle. Autrement dit, la fréquence d’apparition de l’évènement anormal est dans ce cas un taux d’occurrence de décharge partielle dans le conducteur électrique. Selon un aspect du procédé, le procédé comporte l’étape : - si la fréquence d’apparition de l’événement anormal atteint un deuxième seuil prédéterminé, émettre un signal d’alerte. Selon une variante de mise en œuvre, le procédé comporte l’étape : - si le compteur d’événement anormal atteint un troisième seuil prédéterminé, émettre un signal d’alerte. Selon un mode de réalisation, le troisième seuil prédéterminé Nmax du nombre d’événements anormaux acceptables est égal à 1. Autrement dit, dans ce cas aucun évènement anormal n’est toléré et les utilisateurs de l’appareil sont avertis dès la première apparition d’un évènement anormal. Selon un mode de réalisation, le troisième seuil prédéterminé Nmax du nombre d’événements anormaux acceptables est compris entre 2 et 5. Selon un exemple de mise en œuvre, le signal d’alerte est un code défaut mémorisé dans une unité électronique de contrôle. Selon une variante ou de manière complémentaire, le signal d’alerte est un allumage d’un voyant. Selon une autre variante ou de manière complémentaire, le signal d’alerte est un signal sonore. Selon un mode de réalisation, si le compteur d’événement anormal atteint le troisième seuil prédéterminé ou si la fréquence d’apparition de l’événement anormal atteint le deuxième seuil prédéterminé, un procédé de classification de l’évènement anormal est initié. L’invention se rapporte également à un appareil électrique de moyenne tension ou de haute tension, l’appareil électrique comportant : - un conducteur électrique, - un capteur configuré pour fournir un signal vibratoire associé à un isolant du conducteur électrique, - une unité électronique de contrôle configurée pour mettre en œuvre le procédé de détection tel que décrit précédemment. Selon un mode de réalisation, le capteur est configuré pour fournir un signal représentatif d’une accélération de l’isolant du conducteur électrique. Le capteur d’accélération est fixé à une surface extérieure du conducteur électrique. Le capteur d’accélération est un capteur de type piézo-électrique. Selon un mode de réalisation, la bande passante du capteur de vibration est comprise entre 1 kHz et 1000 kHz. Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, le capteur d’accélération délivre un signal analogique. En variante, le capteur d’accélération délivre un signal numérique. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : est une représentation schématique d’un appareil électrique sur lequel le procédé selon l’invention est mis en œuvre, est une représentation schématique de détail de l’appareil électrique de la , est une représentation schématique de l’évolution temporelle de paramètres du procédé selon l’invention, est une autre représentation de l’évolution temporelle de paramètres du procédé selon l’invention, est une représentation temporelle illustrant une étape particulière du procédé selon l’invention, est un schéma-bloc illustrant différentes étapes du procédé selon l’invention. Procédé de détection d’événement anormal dans un isolant (5) d’un conducteur électrique (1) d’un appareil électrique (2) de moyenne tension ou de haute tension, le procédé comportant les étapes : - acquérir un ensemble (S n ) d’échantillons successifs (E 1 , …, E n ) d’un signal vibratoire (V) associé au conducteur électrique (1), (étape 50) - déterminer une valeur modélisée (M n+1 ) d’un échantillon suivant (E n+1 ) à partir de l’ensemble (S n ) d’échantillons acquis et d’un modèle de prédiction, (étape 51) le modèle de prédiction étant obtenu par apprentissage automatique du signal vibratoire (V) à partir d’un ensemble (V p ) d’échantillons acquis dans des conditions de référence (CRef) dans lesquelles le conducteur électrique (1) est exempt d’évènement anormal, - acquérir l’échantillon suivant (E n+1 ) du signal vibratoire (V), (étape 52) - calculer une différence (D n+1 ) entre la valeur de l’échantillon acquis (E n+1 ) et la valeur modélisée (M n+1 ), (étape 53) - Si la différence calculée (D n+1 ) est supérieure à un seuil prédéterminé (Th), détecter un évènement anormal dans le conducteur électrique (1). (étape 54) Procédé selon la revendication 1, comportant l’étape : - Si la différence calculée (D n+1 ) est inférieure ou égale au seuil prédéterminé (Th), détecter une absence d’évènement anormal dans le conducteur électrique (1). (étape 55) Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’événement anormal détecté est une décharge partielle. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les conditions de références (CRef) dans lesquelles l’apprentissage automatique est réalisé sont une période de fonctionnement débutant à la première mise en service de l’appareil électrique (2) et de durée égale à une première durée d’utilisation prédéterminée (D1) de l’appareil électrique (2). Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les conditions de références (CRef) dans lesquelles l’apprentissage automatique est réalisé sont une période de fonctionnement débutant à la première mise en service du conducteur électrique (1) et de durée égale à une deuxième durée d’utilisation prédéterminée (D2) de l’appareil électrique (2). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’ensemble (S n ) d’échantillons successifs (E 1 , …, E n ) du signal vibratoire pris en compte pour déterminer une valeur modélisée (M n+1 ) de l’échantillon suivant (E n+1 ) comprend un nombre fixe d’échantillons, le nombre fixe d’échantillons étant compris entre 10 et 20. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comportant l’étape : - si un événement anormal est détecté dans l’isolant (5) du conducteur électrique (1), incrémenter un compteur d’événement anormal. Procédé selon la revendication précédente, comportant l’étape : - si un événement anormal est détecté dans l’isolant (5) du conducteur électrique (1), calculer une fréquence d’apparition de l’événement anormal, la fréquence d’apparition de l’événement anormal étant égale au rapport de la valeur du compteur d’événement anormal et du nombre d’échantillons acquis. (étape 56) Procédé selon la revendication précédente, comportant l’étape : - si la fréquence d’apparition de l’événement anormal atteint un deuxième seuil prédéterminé (Fmax), émettre un signal d’alerte. (étape 57) Appareil électrique (2) de moyenne tension ou de haute tension, l’appareil électrique (2) comportant : - un conducteur électrique (1), - un capteur (3) configuré pour fournir un signal (V) vibratoire associé à un isolant (5) du conducteur électrique (1) - une unité électronique de contrôle (10) configurée pour mettre en œuvre le procédé de détection selon l’une des revendications précédentes. Appareil électrique selon la revendication précédente, dans lequel le capteur (3) est configuré pour fournir un signal représentatif d’une accélération de l’isolant 5 du conducteur électrique (1).