LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Jérôme Hostein Training and Maintenance Manager – SAS Montpellier Expert DCS LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Du conventionnel au contrôlecommande numérique Journée d’études SEE – Lille 2010 2 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Présentation Le contrôle-commande conventionnel Relais de protection électromécanique ou analogique statique non communicants Séparation des protections et du contrôle-commande de poste OU Journée d’études SEE – Lille 2010 3 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Présentation Inconvénients - Câblage important (Relais - Organes de coupures) - Pas de communication avec les relais de protections - Importance du personnel • • • Maintenance périodique Surveillance du poste Détection d’erreur, analyse de défaut - Synoptique peu convivial - Encombrement des équipements (14U) - Nombre de relais de protection Avantage + Coût faible Journée d’études SEE – Lille 2010 4 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Présentation Le Contrôle-Commande Numérique Protections numériques - Multifonctions • Protection (courant, tension, thermique …) • Perturbographie - Autocontrôles cycliques - Communication (différents protocoles) • MODBUS • Courrier • VDEW • IEC 61850 Consignateur d’état -> Calculateur - Numérisation des données électriques Les équipements numériques permettent d’avoir une approche Système. Journée d’études SEE – Lille 2010 5 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Présentation Le système de contrôle commande numérique (SCCN) - des logiciels - du matériel communicant • Interface Opérateur • • • • Relais de protection Calculateurs Ordinateurs Bus de communication • Configuration • Outils de maintenance Utilisant la technologie numérique - Puissance de traitement (microprocesseur) - Capacité mémoire (vive et sauvegardée) - Réseaux de communication - Équipements multifonctions - Autotest cyclique Le SCCN permet d’accéder à distance aux événements, aux commandes et aux paramètres et permet d’assurer des fonctions supplémentaires au niveau de tout le POSTE. Journée d’études SEE – Lille 2010 6 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Présentation Avantages du CCN numérique + Personnalisation de l’interface de supervision en fonction des besoins de l’utilisateur + Augmentation des capacités de traitement et de stockage de l'information (événements, perturbographie, réglages, …) + Présentation sélective des informations permettant une prise de décision rapide + Les équipements assurent plusieurs fonctions et sont autonomes + Communication sous différents protocoles IEC, interopérabilité + Amélioration de la disponibilité de l’installation + Intégration de séquences automatisées + Réduction du matériel dans la salle de contrôle et des coûts de câblage Inconvénients + Réduction du personnel d’exploitation et d’intervention - Investissement plus lourd - Formation du personnel - Dépendance du client vis a vis de son fournisseur Journée d’études SEE – Lille 2010 7 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Besoin POUR QUELLES APPLICATIONS ? depuis la THT HT MT jusqu ’à la BT APPLICATIONS Transport & Distribution Journée d’études SEE – Lille 2010 Usines et bâtiments Industries Trains / Métro 8 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Solutions Années 80 SCADA RTU Supervision Contrôle simple Journée d’études SEE – Lille 2010 Années 90 SCADA Aujourd’hu i DCS Ethernet/Protocole propriétaire ou type 103, MODBUS Supervision Protection Automatismes lents DCS Ethernet/Protocole standardisé IEC 61850 Supervision / Protection Automatismes rapides Ingénierie standardisée 9 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Les fonctions de base d’un système de contrôle-commande numérique Journée d’études SEE – Lille 2010 10 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Fonctions de base MISSIONS PRINCIPALES Acquisition et traitement informatisé des données du procédé Datation à la source - Permettre une datation précise et commune à tout le système - Synchronisation de chaque équipement avec une précision de 1ms Emettre les informations de sortie pour les fonctions : - d’exploitation (conduite locale, téléconduite, maintenance, analyse d’incident électrotechnique, accès distant) - de protections et automates. Les informations à traiter peuvent être de type : - logiques (entrées "Tout ou Rien"), - analogiques à boucle de courant (télémesures) - numériques (données reçues par la communication) Journée d’études SEE – Lille 2010 - grandeurs analogiques tension et courant 11 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Fonctions de base PROTEGER Protéger le réseau électrique le plus intelligemment possible en agissant sur le disjoncteur associé - Coupure minimum - Enregistrement des défauts - Reprise de service … - Délestage/ Relestage C’est le rôle des relais de protections Disjoncteur Journée d’études SEE – Lille 2010 X 12 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Fonctions de base CONTROLER Agir sur les organes de coupures ou les prises transformateurs à l’aide de commandes - locales (depuis le calculateur) - depuis le Poste Opérateur - depuis la Supervision distante Commandes Sécurisées - habilitation du point de conduite, mot de passe, autocontrôles, interverrouillages, ... Permettre d’agir sur le procédé (via les calculateurs et/ou les IED) tout en respectant les « sécurités » client Journée d’études SEE – Lille 2010 13 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Fonctions de base SUPERVISER Supervision du procédé électrique - Visualiser l’état des organes de coupures - Affichage des mesures temps réel Représenter le procédé électrique conformément aux besoins du client Supervision Système - Vue dédiée à l’état de fonctionnement des éléments du système Permettre le diagnostic rapide d’une défaillance d’un équipement du système par un jeux de couleur intuitif Journée d’études SEE – Lille 2010 14 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Les nouvelles fonctionnalités du système de contrôle-commande numérique Journée d’études SEE – Lille 2010 15 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Autres fonctions ARCHITECTURES RESEAUX Redondance du calculateur de tranche Conserver une supervision totale de la tranche même en cas de défaillance d’un calculateur Redondance de Poste Opérateur Stockage des données Conserver une supervision totale du système même en cas de défaillance d’un poste opérateur et sécuriser les données archivées Journée d’études SEE – Lille 2010 16 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Autres fonctions Différentes architectures basées sur le protocole IEC61850 Étoile Anneau Double étoile Interface Opérateur Interface Opérateur Switch Interface Opérateur Switch A Switch B calculateur Architecture simple : en cas de défaut sur le Switch Ethernet on perd la communication avec tous les calculateurs Journée d’études SEE – Lille 2010 La solution la plus répandue : protégé contre une rupture de communication bon rapport qualité prix (économie du Switch Ethernet) Architecture la plus sûre car elle tolère davantage de défaillance (excepté la perte simultanée des 2 Switch) 17 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Autres fonctions FONCTIONS INTEGREES Fonction Vérification de Synchronisme - Permettre le couplage sécurisé de 2 réseaux en vérifiant que les conditions de synchronismes sont compatibles Fonctions Ré-enclenchement - Permettre d’effectuer un ré-enclenchement automatique après un défaut en définissant les paramètres adaptés Fonction Régulation de tension - Permettre de réguler la tension pour compenser les fluctuations de charge du réseau Même si le calculateur peut remplacer certaines fonctions des « relais », il reste préférable de séparer la partie protection de la partie contrôle pour garantir la protection du réseau en cas de défaillance calculateur. Journée d’études SEE – Lille 2010 18 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Autres fonctions AUTOMATISMES Utilisation de la logique séquentiel (PLC) de type GRAFCET suivant la norme IEC1131-3 pour : - Séquences de commandes particulières - Transfert de jeux de barres Utiliser des automatismes séquentiels pour effectuer des actions sécurisées n’impliquant l’opérateur que lors du démarrage/arrêt de la séquence Utilisation de la logique booléenne (PSL) via les portes logiques classiques (dont les bascules RS) pour : - les équations d’inter verrouillage - les automatismes répartis (RABBIT, Restauration automatique du réseau) - l’automatisme de poste « classique » Utiliser des automatismes répartis très rapides et sécuriser le passage de commande Journée d’études SEE – Lille 2010 19 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Intégration du système de contrôlecommande numérique dans un Poste Journée d’études SEE – Lille 2010 20 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Intégration Poste neuf (intégrer dès la phase étude du Projet) Remplacement d’un système obsolète (ingénierie et tests réduits) Rénovation d’un poste en filerie conventionnelle - solution adaptée à toutes les topologies de postes - s’intègre facilement aux paliers techniques existants - migration progressive en conservant les données du conventionnel sur le synoptique et la partie migrée sur le Poste Opérateur ; donne la possibilité de rénover tout ou partie de l’installation - Temps de coupure réduit - Intégration de nouvelles protections, de nouveaux La rénovation va se faire pas-à-pas sans stopper l’ensemble du posteprotocoles Journée d’études SEE – Lille 2010 21 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Conclusion Journée d’études SEE – Lille 2010 22 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Conclusion Avantage pour le client - Priorité donnée à la disponibilité de l’installation - Réduction des pannes et meilleur niveau de fiabilité - Plus de fonctionnalités - Maintenance simplifiée par les autocontrôles permanents - Bénéfice d’une nouvelle technologie - Système flexible qui permet d’intégrer plus facilement les évolutions - Remplacement des équipements devenus difficiles à maintenir et réduction des coûts d’entretien La migration vers ces nouvelles technologies améliore la disponibilité de vos équipements, stabilise votre installation et vous permet d’être prêt pour les extensions futures. Journée d’études SEE – Lille 2010 23 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Exemples d’applications Délestage fréquencemétrique Restauration Automatique du Réseau Reconfiguration Automatique de Boucles Journée d’études SEE – Lille 2010 24 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Délestage Délestage dynamique 90kV Fréquence 30kV P139 Câblé P923 RS485 Départ1 IHM Journée d’études SEE – Lille 2010 Départ2 Départ3 RJ45 Départ4 Calculateur 25 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Délestage Délestage Fréquencemétrique Principe Etape 1 : - Au niveau de l’IHM, l’opérateur rempli la matrice de délestage définissant pour quelle valeur de fréquence, chaque départ doit être délesté - La matrice de délestage n’est pas figée => dynamique - La matrice de délestage est envoyé à chaque modification au calculateur (via le réseau Ethernet) - Le calculateur transmet à chaque P139, les informations de la « colonne associée » f1 f2 f3 f4 NO Départ1 Départ2 Départ3 Départ4 X X X X Etape 2 : - La P923, dont les 4 seuils de fréquence sont câblés sur chaque P139, ferme ses contacts de sortie dès lors que le seuil de fréquence est atteint (f1, f2, f3 & f4) Journée d’études SEE – Lille 2010 26 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES Délestage Etape 3 : - Dès que la P139 détecte que la valeur de fréquence reçue de la P923 devient identique à la valeur définie dans la matrice, le relais ouvre le disjoncteur associé pour délester le départ Départ 4 : si F = f2 ; décl. 30kV U P139 P923 f2 Matrice Départ 1 f1 Départ1 Départ2 Départ3 Départ4 f2 f3 f4 NO Départ 2 Départ 3 Matrice Départ 4 f X X X X Journée d’études SEE – Lille 2010 RJ45 27 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES APR Restauration automatique du réseau - IHM utilisateur : (APR : Automatic Power Restoration) Journée d’études SEE – Lille 2010 28 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES APR Restauration automatique du réseau - Modélisation 33kV 11kV 11kV 3,3kV Journée d’études SEE – Lille 2010 33kV 415V 29 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES APR Restauration automatique du réseau – Principe 33kV 11kV 11kV Si les 2 DJ sont ouverts, mémorisation de l’état de tous les DJ de la sous station Etape 1 : - Dès que le SCCN détecte l’ouverture des 2 DJs 33kV, chaque calculateur mémorise l’états des DJs, qui lui sont associés, 2s avant la détection de ce « black-out». Journée d’études SEE – Lille 2010 30 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES APR Restauration automatique du réseau – Principe Etape 2 : - Le SCCN envoi une séquence d’ordres d’ouverture pour tous les DJ (un par un via chaque calculateur). - Si l’ouverture d’un DJ échoue, une alarme est immédiatement affichée sur l’IHM mais la séquence continue Etape 3 : - Après la résolution du problème, un des deux DJ 33kV (au moins) est fermé par l’exploitant - En appuyant sur le bouton au niveau de l’IHM, l’exploitant active la séquence de « restauration automatique de la puissance » Journée d’études SEE – Lille 2010 31 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES APR Restauration automatique du réseau – Principe Etape4 : - Le SCCN envoi automatiquement des ordres de fermeture aux DJ dont l’état, avant détection du “black-out”, était fermé. - A la fin de la séquence, la situation avant “black-out” est restitué. Ordres de fermeture Journée d’études SEE – Lille 2010 Démarrage de l’APR 32 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES RABBIT Reconfiguration automatique de boucle RABBIT : - Reconfiguration - Automatique et - Basculement des - Boucles - Industrielles - Tertiaires But : - Reconfigurer rapidement pour limiter les temps de coupures de l’installation <500ms. - Solution économique pour pallier aux problèmes de sélectivité • Ex : Icc n’est pas suffisant pour faire fondre les fusibles Journée d’études SEE – Lille 2010 33 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES RABBIT Reconfiguration automatique de boucle – Schéma POSTE DE LIVRAISON DEPART 2 M M M M Journée d’études SEE – Lille 2010 M POSTE B M M POSTE A M DEPART 1 POSTE C POSTE D 34 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES RABBIT RABBIT – Comment ça marche ? Conditions initiales : - Le poste de livraison alimente les départs 1 & 2 • Le départ 1 alimente les postes A & B • Le départ 2 alimente les postes C & D - La boucle dispose d’un point normal d’ouverture Etape 1 : - Un défaut apparaît entre les postes A et B - Les relais concernés par le défaut mesurent une augmentation du courant et la transmettent au calculateur de tranche => le SCCN connaît la « zone de défaut » - La protection du départ 1 déclenche => le défaut n’est plus alimenté Journée d’études SEE – Lille 2010 35 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES RABBIT RABBIT – Comment ça marche ? POSTE DE LIVRAISON DECLENCHEMENT du DJ DEPART 1 DEPART 2 M POSTE A M M M LE DEFAUT EST VU PAR POSTE C M M M POSTE B M DEFAUT POSTE D POINT NORMAL D’OUVERTURE DE LA BOUCLE Journée d’études SEE – Lille 2010 36 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES RABBIT RABBIT – Comment ça marche ? Etape 2 : - Isolement de « la zone de défaut » par l’ouverture automatique des sectionneurs motorisés depuis le calculateur de tranche (création d’un second point d’ouverture de la boucle) - Délestage éventuel des transformateurs poste A et B - Fermeture automatique du point normal d’ouverture pour alimenter le poste B depuis le départ 2 Etape 3 : - Fermeture automatique du disjoncteur du départ 1 par le calculateur de tranche associé - Relestage éventuel des transformateurs poste A et B - Tous les postes sont à nouveau alimentés Journée d’études SEE – Lille 2010 37 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES RABBIT RABBIT – Comment ça marche ? POSTE DE LIVRAISON DEPART 2 M M M M M POSTE A M DEPART 1 POSTE C ISOLEMENT DU DEFAUT PAR ZONE D’OUVERTURE DE LA BOUCLE Délestage éventuel des transformateurs Journée d’études SEE – Lille 2010 M POSTE B M OUVERTURE: POSTE D FERMETURE AUTOMATIQUE DE CE POINT POUR ALIMENTER LE POSTE B 38 LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES RABBIT RABBIT – Comment ça marche ? POSTE DE LIVRAISON DEPART 1 DEPART 2 M M M M M POSTE A M REFERMETURE DU DEPART POSTE C M POSTE B M ZONE D’OUVERTURE DE LA BOUCLE POSTE D Rélestage des transformateurs Journée d’études SEE – Lille 2010 39