Le Contrôle-Commande Numérique

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
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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
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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
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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.
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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.
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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
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
Besoin
POUR QUELLES
APPLICATIONS ?
depuis la THT
HT
MT
jusqu ’à la BT
APPLICATIONS
Transport & Distribution
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Usines et bâtiments
Industries
Trains / Métro
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
Solutions
Années
80
SCADA
RTU
Supervision
Contrôle simple
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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
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
Les fonctions de base d’un système de
contrôle-commande numérique
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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)
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- grandeurs analogiques tension et courant
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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
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X
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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
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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
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
Les nouvelles fonctionnalités du
système de contrôle-commande
numérique
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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
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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
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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)
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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.
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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
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
Intégration du système de contrôlecommande numérique dans un Poste
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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
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
Conclusion
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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.
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
Exemples d’applications
Délestage fréquencemétrique
Restauration Automatique du Réseau
Reconfiguration Automatique de Boucles
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
Délestage
Délestage dynamique
90kV
Fréquence
30kV
P139
Câblé
P923
RS485
Départ1
IHM
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Départ2
Départ3
RJ45
Départ4
Calculateur
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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)
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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
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RJ45
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
APR
Restauration automatique du réseau
- IHM utilisateur :
(APR : Automatic Power Restoration)
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
APR
Restauration automatique du réseau - Modélisation
33kV
11kV
11kV
3,3kV
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33kV
415V
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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».
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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 »
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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
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Démarrage
de l’APR
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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
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LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES
RABBIT
Reconfiguration automatique de boucle – Schéma
POSTE DE LIVRAISON
DEPART 2
M
M
M
M
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M
POSTE B
M
M
POSTE A
M
DEPART 1
POSTE C
POSTE D
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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
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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
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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
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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
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M
POSTE B
M
OUVERTURE:
POSTE D
FERMETURE AUTOMATIQUE DE CE POINT
POUR ALIMENTER LE POSTE B
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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
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