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Comme dans tout système,
les performances unitaires des composants
influent sur celles de l’ensemble.
RTE - Poste 225 kV
©RTE 200479
Les dispositions prisesdans le domaine matérielpour garantir la sûreté du Système
Les dispositions prisesdans le domaine matérielpour garantir la sûreté du Système
3.1 Les critères de structuration du système électrique
3.2 Les performances attendues des ouvragesde production et de transport
3.2.1 Les ouvrages de production3.2.2 Les ouvrages de transport : les postes
3.3 Les protections et les automates d’exploitation
3.4 Les réglages automatiques de la fréquenceet de la tension
3.5 Le système de téléconduite
33
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Les postes constituent un risque
de mode commun fort pour la sûreté.
Des dispositions constructives et d’exploitation
sont prises pour limiter ce risque.
La complexité du Système, très maillé,
impose une priorité :
la réduction des modes communs.
RTE - Poste 225 kV sous enveloppe métallique (PSEM)
©RTE 200481
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.1 Les critères de structuration
du système électrique
Très en amont, la recherche d'équilibres production-consommation dans
des zones électriquement homogènes est un élément fondamental pourpréserver l'intégrité du réseau en cas de grandes perturbations.
La séparation des fonctions d'interconnexion et de répartition simplifiel’observabilité et le contrôle des interactions entre niveaux de tensionpour les opérateurs de conduite et facilite les stratégies de résolution desincidents.
Le maillage du réseau d'interconnexion (français et européen) est un
élément favorable pour améliorer la sûreté de fonctionnement vis-à-visdes aléas courants sur les ouvrages de transport ou sur la production. Lecontrôle de ce système et en particulier la prévention des grandsincidents suppose des échanges de données et une concertationapprofondie entre dispatchings des réseaux interconnectés.
Au niveau des composants, outre la réduction du taux de défaillanceunitaire, la réduction des modes communs doit constituer une priorité.
Les postes demandent, de ce point de vue, une attention particulière
puisqu'ils constituent un point de convergence pour les lignes dont il fautéviter la mise hors tension simultanée. Des dispositions constructives sontprises -comme, par exemple, l'augmentation du nombre de jeux de barreset de sommets- pour réduire l'impact des défauts en exploitation.
Par ailleurs, des règles simples en matière d’exploitation -comme lequinconçage des arrivées de lignes- permettent d’éviter que desouvrages allant dans la même direction soient raccordés sur un mêmesommet électrique et risquent d’être mis hors tension simultanément.
L'action sur les lignes de transport elles-mêmes est plus délicate ; lasûreté demande d'éviter les structures trop complexes ("piquages" en li-gne, par exemple), mais les contraintes d'encombrement et d'envi-ronnement peuvent jouer en sens inverse et conduire, par exemple, àconstruire des lignes multiples sur supports communs.
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Des dispositions spécifiques ont été prises
à Gravelines pour éviter que le bouchage
des prises d’eau par les groseilles de mer
n’entraîne la perte du site.
L’obstruction des prises d’eau
des centrales nucléaires et thermiques classiques
constitue un mode commun
vis-à-vis de la perte de plusieurs groupes.
EDF - CNPE de Gravelines
©RTE 200483
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.1 Les critères de structuration
du système électrique
Les sites de production représentent aussi un enjeu important.
L'augmentation de la taille des groupes et des sites, résultat d’unerecherche d’optimum technico-économique, nécessite de prendre encompte un impact plus grand en cas d’aléa. L'adoption de bons schémasélectriques pour le raccordement des centrales au réseau etl'alimentation de leurs auxiliaires est un élément important pour lasûreté du Système. Cependant, les modes communs ne sont pas touscontrôlables par la seule action sur les structures électriques(température des sources froides, groseilles de mer, algues, contraintesd'environnement).
Enfin, les méthodes de développement du réseau sont déterminantes en
matière de sûreté puisqu'elles orientent les décisions d'investissement.
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Connaître et garantir les performances
des composants dont ils ont la charge :
un enjeu pour chacun des métiers concourant
à la sûreté du système électrique.
EDF - Intervention au CPT du Havre
©RTE 200485
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
Comme dans tout système, les performances unitaires des composants
influent sur celles de l'ensemble.
Cependant, la notion de performance propre à chaque composant doitêtre maniée avec prudence, car l'accroissement de la sûreté de chacun
des composants (centrales, lignes, postes) n'entraîne pas forcément un
accroissement de la sûreté de fonctionnement de l'ensemble. Toutdépend de l'usage que l'on fait du progrès (une voiture qui a de meilleursfreins n'accroît pas la sécurité de la conduite si l'on s'en sert pour roulerplus vite). C'est le problème de la conduite aux limites.
La définition des performances d'un composant doit se faire en tenantcompte de ses interactions avec le reste du Système et des conditionsd'exploitation actuelles, mais aussi des conditions d'exploitation à longterme pour que le composant réponde aux besoins tout au long de sadurée de vie.
3.2.1 LES OUVRAGES DE PRODUCTION
Une bonne insertion des groupes de production dans le système électriqueest essentielle. Elle doit permettre de tirer du moyen de production lesmeilleures performances et assurer la sûreté du Système.
Les principales performances ont été déterminées à partir d'un cataloguede situations dites "de référence" qui permettent de décrire les différentsmodes de fonctionnement attendus du groupe raccordé au Système. Cessituations sont au nombre d’une centaine.
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Les centrales hydrauliques sont essentielles
à la sûreté du système électrique
de par leurs performances spécifiques :
• rapidité de couplage,
• capacité à monter rapidement en charge
et à s’arrêter.
EDF - Station de transfert d’énergie par pompage (STEP) de Grand-Maison
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Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
Les principales performances spécifiées vis-à-vis du système électriquepeuvent être analysées suivant deux axes :
3.2.1.1 Le comportement des moyens de production
en régime normal
Il est caractérisé par trois domaines :
● le dimensionnement général de l’installation
Les caractéristiques concernées sont :
- sa puissance unitaire,
- ses domaines de fonctionnement en fréquence et en tension,
- son apport maximal de puissance de court-circuit,
- ses capacités de surcharge temporaire en actif et en réactif,
- ses possibilités au minimum technique.
● l'adaptation de la production à la consommation en actif
Les caractéristiques visées sont celles qui ont une incidence sur la capa-cité du Système à faire face à un déséquilibre transitoire ou prolongéentre la production programmée et la demande.
Les performances que l'on cherche à déterminer sont celles relatives :
- aux réglages primaire et secondaire fréquence-puissance (volume de réserve, gradient, disponibilité) ;
- à la capacité de modulation des groupes, c'est-à-dire leur aptitude àeffectuer des variations de la puissance active programmées qui sontnécessaires pour suivre les variations journalières de la courbe decharge nationale ou des échanges avec l’étranger. Les principalesperformances concernées par ce dernier point sont : le minimumtechnique auquel la tranche peut fonctionner, la vitesse de variation depuissance possible, l'amplitude de la variation, le nombre de variationset la durée des paliers de puissance entre deux variations ;
- au comportement des tranches vis-à-vis des gradients de variation de charge (aptitude à la baisse d’urgence, au passage à Pmax, ...).
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La performance des moyens de production
est définie suivant deux axes :
En régime
normal
• Dimensionnement général de l’installation
• Adaptation de la productionà la consommation en actif
• Adaptation de la productionà la consommation en réactif
• Stabilité des groupes faceaux aléas de faible amplitude
• Tenue des groupesen présence de perturbations
• Aptitude à l’îlotage
• Fonctionnementen réseau séparé
• Comportement lorsd’une reconstitution de réseau
En régime
exceptionnel
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Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
● l'adaptation de la production à la consommation en réactif
Les groupes de production jouent un rôle fondamental dans le réglage etla tenue de la tension du système électrique ; ils constituent des points àtension tenue autour desquels s'articule le plan de tension en fonctiondes transits de puissances active et surtout réactive sur le réseau.
Ces transits résultent des charges appelées, du plan de production, deséchanges avec l’étranger, de la topologie du réseau et des moyens decompensation en service.
Pour assurer ce rôle, les groupes doivent disposer de performancessuffisantes en termes de :
- capacité de fourniture ou d'absorption de puissance réactive. Celle-ciest caractérisée par la puissance réactive que le groupe peut absorberou livrer au réseau, en fonction de la tension HTB ;
- possibilité d'excursion de la tension à leurs bornes.
3.2.1.2 Le comportement des moyens de productionen situation perturbée
Il est caractérisé par les quatre points suivants :
● la tenue des groupes en présence de perturbations
La tenue des groupes en présence de perturbations conditionne la sûretédu Système. En cas de perturbations modérées, le maintien des groupessur le réseau permet d'éviter la dégénérescence en incident. En cas deperturbations plus importantes, telles que l'écroulement de tension ou larupture de synchronisme, un comportement satisfaisant des groupeslimite l'étendue et la profondeur de l'incident. À ce titre, il est indis-pensable de garantir une parfaite cohérence entre le fonctionnement desgroupes et leurs systèmes de protection associés et le plan de défense.
La philosophie générale est de maintenir les groupes couplés au réseaule plus longtemps possible :
- en mettant en œuvre des dispositifs permettant de limiter l’excursiondes grandeurs physiques dans un domaine compatible avec ledimensionnement des matériels,
©RTE 200490
Le comportement des régulateurs de vitesse
et de tension s’avère toujours déterminant
lors de grands incidents.
Leur bon réglage est un paramètre
important pour la sûreté du Système.
EDF - CNPE de Flamanville - Turbo-alternateur 1 300 MW
©RTE 200491
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
- le temps de permettre de résorber la perturbation sous l’action dessystèmes de protection du réseau,
- sans toutefois compromettre le repli de l’installation dans un état per-mettant une reprise de service rapide, ce repli étant commandé parles dispositifs de protection de la centrale, alternateur compris.
Le comportement des dispositifs de limitation des régulateurs de vi-
tesse et de tension est ici déterminant.
● l’aptitude à l'îlotage
L’îlotage peut survenir suite à une perturbation localisée sur la liaisond'évacuation ou suite à un incident sévère sur le Système.
Dans le premier cas, un seul groupe est concerné et les conséquencesd'un succès ou d'un échec ne sont qu'économiques, la productionperdue devant être compensée par celle d'un groupe dont le coûtd'exploitation est souvent plus élevé.
En revanche, dans le second cas, l'ensemble des groupes d'une régionpeut être concerné. Le succès de l'îlotage et la tenue des groupes enîlotage conditionnent alors la rapidité de la reconstitution du Système. Lacapacité d'îlotage est donc bien un besoin du Système.
● le fonctionnement en réseau séparé
Le bon fonctionnement des groupes en réseau séparé est également unfacteur important pour la sûreté du Système. Un bon fonctionnementdans ce domaine, intervenant par exemple suite à des pertes de lignes encascade, est absolument nécessaire pour éviter l'effondrement généraldu réseau.
● le comportement lors d'une reconstitution de réseau
Consécutivement à un incident de grande ampleur, une, voire plusieursrégions peuvent se retrouver totalement hors tension.
La capacité des tranches à pouvoir enchaîner rapidement les actions né-cessaires à la reconstitution conditionne la rapidité avec laquelle la clien-tèle sera réalimentée.
©RTE 200492
L’enveloppe des performances
est décrite par le diagramme
de fonctionnement de l’alternateur.
Les limites du domaine correspondent à diverses contraintes physiques :
limite liée à l’échauffement des zones d’extrémité du stator (combinaison des flux stator et rotor),
limite d’intensité stator (problème d’échauffement des circuits statoriques),
limite de courant rotor (problème d’échauffement des circuits magnétiques dû aux pertes fer) (cas des turboalternateurs),
limite de l’induction dans l’entrefer (échauffement des tôles du circuit magnétique dû aux pertes fer) (cas des turboalternateurs),
À chaque valeur de la tension stator correspond un diagramme différent.
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Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
L’enveloppe des performances est décrite par le diagramme de fonc-
tionnement de l’alternateur. Celui-ci précise l'évolution des grandeurspuissance active et puissance réactive aux bornes de l'alternateur et pourlesquelles il doit rester raccordé au réseau.
Le diagramme de fonctionnement de l'alternateur tient compte des situa-tions suivantes de fonctionnement du réseau :
- la situation normale,
- les transitoires de passage en réseau séparé et d'îlotage,
- les situations d'écroulement de tension,
- les situations de reconstitution.
La garantie des performances attendues des groupes de production vis-à-vis de la sûreté du Système est assurée par la qualité des processussensibles relatifs :
- au réglage des paramètres importants pour la sûreté concernant lesfonctions de régulation turbine et alternateur ainsi que laprotection des alternateurs,
- à la maîtrise du RST,
- à la maîtrise des fonctions de sauvegarde.
3.2.1.2 Contrôle des performances
Malgré cette garantie, le retour d'expérience sur les incidents grands etpetits met souvent en évidence des écarts par rapport à ce qui est spécifiéet attendu de la part des moyens de production et de délestage vus desgestionnaires de réseaux de transport. Le contrôle des performances estindispensable pour maintenir le niveau de sûreté, en identifiant ettraitant les problèmes bien avant l'occurrence de tels incidents.
Les installations de production, vu leur rôle, constituent la premièrepriorité pour un tel contrôle.
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Les défaillances au niveau des postes
peuvent occasionner la perte
de plusieurs ouvrages de production et de transport
et conduire à des incidents hors dimensionnement.
RTE - Poste 400 kV
©RTE 200495
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
3.2.2 LES OUVRAGES DE TRANSPORT : LES POSTES
3.2.2.1 Généralités
Les postes HTB sont les carrefours du réseau, les nœuds où les ligness'interconnectent. Ils assurent les principales fonctions suivantes :
- raccordement des centrales au réseau,
- interconnexion avec les pays voisins,
- répartition de l'énergie sur le territoire en 400 kV,
- transformation du niveau de tension de l'énergie,
- protection du réseau, afin d'éviter de dégrader les matériels en cas dedéfaut électrique.
Ce risque fort de mode commun doit être pris en considération depuis laconception jusqu'à la conduite temps réel.
3.2.2.2 Les équipements Haute Tension du poste et leurs fonctions
Un poste comprend les principaux matériels HTB suivants :
- des jeux de barres, qui assurent la matérialité des sommets du réseau ;
- des disjoncteurs qui assurent la coupure des courants de court-circuitet de transit et la déconnexion des ouvrages ;
- des sectionneurs qui assurent, après coupure des courants par lesdisjoncteurs, un rôle d'isolement et d'aiguillage des ouvrages sur l’unou l’autre des jeux de barres ;
Les défaillances au niveau des postes sont particulièrement graves
sur le plan de la sûreté, car elles peuvent occasionner la perte de
plusieurs ouvrages de production et de transport et conduire à des
incidents hors dimensionnement.
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La structure des postes est organisée en "cellules".
Une cellule regroupe l'ensemble des équipements
relatifs à un même ouvrage :
cellule ligne
cellule transformateur
cellule couplage
etc.
Elle comprend :
La connexion entre les cellules se fait
par l’intermédiaire des jeux de barres.
la tête de cellule qui regroupe les équipements
de contrôle, de protection et d'isolement,
la partie aiguillage qui permet de connecter
l'ouvrage à l'un ou l'autre des jeux de barres.
le disjoncteur,
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Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
- des transformateurs ou autotransformateurs de puissance quipermettent de transformer le niveau de tension pour l'adapter auxutilisations ;
- des transformateurs de mesure, tension et courant, destinés àl'alimentation des appareils de mesure, l'alimentation des systèmesde protection et des automatismes de reprise de service ;
- des réactances de compensation de l'énergie réactive.
Les principales agressions auxquelles sont soumis les postes sont de na-ture électrique. Ce peut être des agressions d'origine interne (surten-sions de manœuvre) ou externe (coups de foudre). Il y a aussi lesconditions atmosphériques (givre, pollution saline, …).
Enfin, il convient de prendre en considération les indisponibilités fortuites(suite à une panne, par exemple) ou programmées (pour entretien ouréparation), qui peuvent momentanément fragiliser l'exploitation.
3.2.2.3 Les facteurs concourant à la sûreté des postes
A - Prévention
Dans le domaine de la prévention, la sûreté des postes repose sur lesdispositions constructives qui concernent :
- le dimensionnement des équipements, sur les plans électrique etmécanique ;
- les dispositions topologiques permettant de limiter les répercussionsdes incidents.
Elle repose aussi sur les dispositions de qualification et de maintenancepréventive des matériels.
Le dimensionnement
Il s'agit de l'ensemble des dispositions permettant, au niveau de laconception des postes, d'assurer la tenue des matériels sur les plansélectrique, thermique et mécanique en régime normal et pour certainessituations contraignantes (courts-circuits, pollution, ...).
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Le dimensionnement des matériels et des structures
tient compte des contraintes locales :
courant de court-circuit, pollution, …
RTE - Matériels 400 kV
©RTE 200499
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
La tenue diélectrique des matériels est caractérisée par les niveaux de
tenue aux différents types d’ondes que l’on rencontre en exploitation.
Pour les postes 400 kV, le dimensionnement permet de tenir sans amorçage :
- 420 kV en régime permanent ;
- 520 kV (phase-terre) à fréquence industrielle pendant une durée d'uneminute ;
- 1 050 kV (950 kV pour les transformateurs) sur une durée de 250 à 2 500 µs (tension de tenue aux chocs de manœuvre) ;
- 1 425 kV (1 175 kV pour les transformateurs) sur une durée de 1,2 à 50 µs (choc de foudre).
La tenue au courant maximal de court-circuitest un paramètre essentiel quiconditionne le dimensionnement des structures (charpentes, massifs,supports de barres, ...) par rapport aux efforts électrodynamiques qu'ilengendre, et qui détermine le pouvoir de coupure des disjoncteurs.
Pour les disjoncteurs 400 kV, les valeurs normalisées sont :
- 40 kA 1 s ;
- 63 kA 1 s (pour certains postes particuliers).
La tenue thermique est définie par la puissance assignée des matérielscompte tenu des exigences de surcharge et des niveaux d’échauffementliés aux courants de court-circuit.
Les jeux de barres ainsi que l’appareillage hors disjoncteurs sont
dimensionnés systématiquement pour 63 kA.
Pour la tenue mécanique, les calculs sont menés pour les trois hypothè-ses contraignantes suivantes :
- vent fort ;
- givre moyen ;
- court-circuit avec vent fort.
Des dispositions spécifiques sont prises au niveau de la préparation desterrains pour assurer l’intégrité des fondations. Les dispositifs d’accrochagesont renforcés pour éviter la chute des matériels.
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Des murs pare-feu sont disposés
entre les autotransformateurs
pour éviter la propagation des incendies.
RTE - Autotransformateur 400/225 kV
©RTE 2004101
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
Les dispositions topologiques
Il s’agit de l’ensemble des dispositions de génie civil et électrique prisespour éviter ou limiter les répercussions en cas de défaillance affectant unélément.
Ainsi, au niveau du génie civil, les jeux de barres sont réalisés en position
haute au-dessus des cellules pour éviter qu'en cas de chute d'uneconnexion, les jeux de barres ne soient impactés.
Pour limiter les effets thermiques et mécaniques d'explosions éventuelles,des murs écrans sont disposés entre les cellules ayant une importanceparticulière (évacuation de centrale, par exemple). Par ailleurs, entretransformateurs ou autotransformateurs voisins, des murs pare-feu sont
installés pour éviter la propagation éventuelle d'incendies, et les câblesrelatifs à des cellules et transformateurs ayant un rôle analogue empruntentdes tracés différents à l'intérieur du poste.
Les schémas électriques sont eux aussi déterminants. En cas de défautsur une ligne arrivant au poste ou sur un élément du poste, l'objectif estque le défaut soit éliminé rapidement par un nombre de disjoncteursaussi réduit que possible et que le fonctionnement des ouvrages sainssoit préservé.
Un autre facteur important est la répartition des départs entre lesdifférents sommets : la perte de toutes les lignes dans une directiondonnée est généralement plus grave que la perte du même nombre dansdes directions électriques différentes. Le raccordement des lignes doitaussi être réparti entre ces sommets de façon à limiter les courants decourts-circuits.
102©RTE 2004
La périodicité et la profondeur des actions d'entretien
sont définies en fonction
de la criticité des défaillances, des matériels
calculée sur la base des principaux enjeux que sont :
• la sécurité des personnes et des biens,
• la sûreté de fonctionnement du système
électrique,
• la qualité de fourniture,
• l'environnement,
• le maintien du patrimoine.
RTE - Thermographie infrarouge d’une ligne par hélicoptère
©RTE 2004103
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
Pour satisfaire à ces objectifs, les dispositions suivantes sont prises :
● les postes 400 kV présentent en général quatre sommets distinctsconfigurables par manœuvres des sectionneurs et disjoncteurs ;
● sur les grands postes, trois jeux de barres permettent de conserverl'exploitation à quatre sommets pendant les périodes de consigna-tion ou d'exploiter, dans certains cas, à six sommets.
La maintenance préventive
La politique de maintenance OMF (Optimisation de la Maintenance par laFiabilité) vise à détecter les anomalies latentes sur les matériels par desactions d'entretien dont la périodicité et la profondeur dépendent de lacriticité des défaillances des matériels. Elle repose sur les opérations cléssuivantes :
● la visite des matériels (contrôle visuel des matériels HTB) ;
● les manœuvres périodiques des disjoncteurs et des sectionneurs (dé-grippage des organes en mouvement, modification des portées declapets et des surfaces portantes, auto-nettoyage des contactsélectriques et des articulations, vérification du bon fonctionnementde la chaîne de téléconduite) ; ces manœuvres périodiques per-mettent aussi la détection de pannes latentes éventuelles à unmoment choisi à l’avance, mais ce n’est pas leur vocation première ;
● la thermographie infrarouge (recherche de points chauds sur lesmatériels HTB et leurs connexions) ;
● le contrôle (vérification du bon fonctionnement des matériels aveccontrôle des signalisations et tests fonctionnels) ;
● la vérification des matériels (maintenance approfondie tous les six àsept ans) ;
● la révision des matériels (maintenance plus approfondie tous lesdouze à treize ans).
Les interventions correspondantes s'appuient sur des procéduresformalisées qui font l'objet d'une application rigoureuse.
©RTE 2004104
La surveillance des équipements de transport
est assurée par les PCG
à l’aide du nouvel outil PEXI.
Les organes de coupure sont télécommandés
depuis les PCG et les dispatchings régionaux.
RTE - Salle de commande d’un PCG/PEXI
RTE - Dispatching régional de SERAA
©RTE 2004105
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.2 Les performances attendues des ouvrages
de production et de transport
B - La surveillance des équipements
Cette mission, confiée aux exploitants des postes, est primordiale pour lasûreté du Système puisqu'elle constitue, entre autres, un moyenprivilégié de détection des anomalies naissantes.
La surveillance des équipements s'exerce à deux niveaux :
● en temps réel, où les paramètres significatifs de l’état de fonction-nement des équipements font l'objet d'enregistrements mémorisés etgénèrent des alarmes émises vers les PCG et, pour certaines d'entreelles, vers les dispatchings régionaux. Ces données constituent uneaide au diagnostic et à la décision en cas d'avarie de matériel et lors desincidents affectant les postes ;
● en temps différé, où l'analyse fine du fonctionnement des équipe-ments (lors des séquences d'élimination de défaut, par exemple)permet de détecter d'éventuelles anomalies latentes.
C - Les moyens d'action
Pour être en mesure d'agir rapidement vis-à-vis des anomalies temps
réel, les organes de coupure sont télécommandés depuis les PCG et lesdispatchings régionaux, ce qui permet :
● d'isoler les ouvrages en défaut à des fins d'interventions rapides ;● d'adapter le schémadu poste à la nouvelle configuration de disponibilité
des ouvrages.
En temps différé, des actions sont menées pour détecter et corriger lesanomalies génériques. Ainsi, les anomalies des matériels HTB, repéréeslors des incidents ou par la surveillance des équipements, font l'objet de
la saisie d'une fiche d'anomalie informatisée.
Les données ainsi collectées permettent, dès que leur volume devient re-présentatif, de mener des études de comportement détaillées en vued'orienter les politiques de maintenance et de qualification desmatériels, et de rétroagir face à d'éventuelles dérives de fabrication ouanomalies génériques.
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Les protections limitent les conséquences
des incidents en isolant de façon :
- rapide,
- sûre,
- sélective,
les ouvrages en défaut.
©RTE 2004
RTE - Protection différentielle de barres
©RTE 2004107
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.3 Les protections et les automates d’exploitation
a) Les protections contre les défauts d'isolement
Les éléments du réseau HTB tels que lignes, transformateurs et jeux debarres, peuvent être affectés par des défauts d'isolement d'origine interneou externe. Ces défauts peuvent avoir des conséquences graves surl'intégrité du matériel (par l'effet des courants de court-circuit eux-mêmesou des forces électrodynamiques résultantes) ou sur la sécurité despersonnes au voisinage du défaut, mais aussi sur le fonctionnement dusystème : chutes de tension profondes, perte de synchronisme d'unités deproduction.
Le rôle du système de protection contre les défauts d'isolement est
d'éliminer l'élément de réseau concerné en ouvrant les organes decoupure adéquats, après avoir détecté et localisé le défaut.
Il importe que cette action soit à la fois rapide et sélective :
● La rapidité d'action de ces protections est essentielle, en particulierpour éviter les pertes de synchronisme ou la perforation des postes sousenveloppe métallique.
● Leur sélectivité permet d'éviter la mise hors tension d'un trop grandnombre d'ouvrages qui pourrait, à son tour, avoir des conséquencesgraves pour le système électrique telles que reports de chargeincontrôlables, pertes de synchronisme, écroulements de tension.
Il en résulte des "plans de protection", par nature complexes, qui décriventles fonctions et les performances attendues du système de protection et quidoivent présenter une cohérence globale sans faille pour assurer cesperformances de rapidité et de sélectivité avec une grande fiabilité.L’annexe A.1.6 présente leur organisation et leur évolution depuis 1975.
b) Les automates et protections d'exploitation
Les automates d'exploitation ont été introduits très tôt sur les réseauxHTB pour décharger les opérateurs de certaines actions prédéfinies, oupour exécuter celles qui doivent l'être dans un délai très bref.
La plupart de ces automates réalisent, au niveau d'un poste, une actionlocale sur critère local, telle que :
- protection des lignes et transformateurs contre les conséquences detous ordres d'échauffements excessifs (protection de surcharge) ;
- facilitation de manœuvres délicates (télécoupleur, …) ;
©RTE 2004108
L’automate de zone, installé au poste
de Saint-Vulbas, commande l’îlotage
d’un groupe présélectionné de Bugey
en cas d’apparition d’une surcharge
sur certains ouvrages de la zone.
RTE - Automate de zone de Saint-Vulbas
©RTE 2004109
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.3 Les protections et les automates d’exploitation
- retour du système dans une position favorable pour la reprise du service après incident (automate de manœuvre de disjoncteur sur manque detension -AMU-, réenclencheur de ligne, bascule de poste, …) ;
- action de "défense du système" (délestage fréquencemétrique dans les postes-sources HTB/HTA, débouclage du réseau THT sur rupture de synchronisme, …).
D'autres réalisent une action locale sur critère distant. C'est le cas de l'au-tomate de blocage des régleurs en charge des transformateurs THT/HT etHTB/HTA développé dans le cadre du "plan de défense" du Système.
La gestion des automates (mise en/hors service, changement de configu-ration) nécessite des procédures rigoureuses pour garantir l'action attendueau moment opportun.
En dehors de ces automates locaux, des "automates de zone", destinés àmaintenir la sûreté de fonctionnement du réseau par action sur la topologieou la production d'un ensemble de postes, s'avèrent aujourd'hui nécessaires.
Pour ces automates, un haut niveau de sûreté de fonctionnement est attendu,ce qui impacte fortement la conception mais aussi l’exploitation et lamaintenance.
Compte tenu de leur impact potentiel sur la sûreté du Système, laperformance des protections et des automates doit être garantie dans ladurée. Comme les matériels HTB, systèmes de protection et automa-tismes font l’objet d’une maintenance préventive (maintenance OMF),dont la périodicité et la profondeur sont fonction de l’enjeu des ouvragesconcernés ainsi que de leur technologie.
Cette maintenance repose sur les opérations clés suivantes,coordonnées avec les opérations de maintenance des matériels HTB :
- essais fonctionnels simplifiés,
- essais de maintenance approfondie.
Les interventions correspondantes s’appuient sur des procéduresformalisées qui font l’objet d’une application rigoureuse.
Les activités de calcul et d’affichage des réglages et paramètres des pro-tections et des automates sont déterminantes pour l’obtention desperformances attendues. C’est pour cette raison qu’elles font aussil’objet de procédures et de modes opératoires détaillés dans le cadregénéral de l’assurance qualité.
©RTE 2004110
Vc : tension de consigne du RST (pour le point pilote)Uex : tension d'excitation de l'alternateurVp : tension mesurée au point piloteUo : consigne primaire
Réseau
tension stator U
Groupe de production iGroupe i + 1
Groupe i + 2
Jeu de barrespiloteTransmission de la tension du point pilote Vp
Régulateurde zone
Dispatchingrégional
Consigne UoNiveauN
ParticipationQr
Boucleen
réactif
Régulateurprimaire
de tension
Uex
réactif produit par le groupe
ConsigneVc
X
Schéma de principe
du Réglage Secondaire de Tension (RST)
Le RST assure simultanément, dans chaque zone,
la régulation du plan de tension et la répartition
de la puissance réactive entre les groupes.
©RTE 2004
Les dispositions prises dans le domaine matériel33.4 Les réglages automatiques de la fréquence
et de la tension
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3.4.1 LE RÉGLAGE AUTOMATIQUE DE LA FRÉQUENCE
L'équilibre production-consommation est assuré, en fonctionnementnormal, par deux actions automatiques complémentaires : le réglageprimaire et le réglage secondaire (cf. annexe A.1.2). Leur performance estessentielle pour la sûreté du Système.
Vis-à-vis du réglage primaire, il est fondamental pour la sûreté du systèmeélectrique, lors des variations de grande amplitude, de maîtriser trèsrapidement le transitoire de fréquence afin de ne pas atteindre les premiersseuils du délestage fréquencemétrique. Sur un système interconnecté, telque celui de l'UCTE en Europe de l'Ouest, tous les partenaires contribuentsolidairement à ce réglage primaire, ce qui améliore de fait la sûreté.
Il importe, néanmoins, que chaque partenaire maintienne en perma-nence une réserve primaire suffisante sur ses unités de production. La rè-gle UCTE recommande de programmer pour la France une réserve pri-maire minimale d’environ 700 MW en été et 750 MW en hiver, avec uneénergie réglante minimale de l’ordre de 4 400 MW/Hz.
De la même manière, vis-à-vis du réglage secondaire, il importe, pour lasûreté du Système, que chaque partenaire de l’UCTE maintienne une ré-
serve secondaire suffisante sur ses unités de production, afin d’être enmesure, le cas échéant, de compenser à lui seul le déséquilibre produc-tion-consommation lorsque l’origine de celui-ci se situe dans sa zone deréglage, et de reconstituer ainsi la réserve de réglage primaire.
3.4.2 LE RÉGLAGE AUTOMATIQUE DE LA TENSION
Le réglage automatique de la tension sur le réseau THT est important pourla sûreté du Système dans la mesure où il peut prévenir l'apparition dephénomènes tels que les écroulements de tension ou les pertes de stabilité.Le plan de tension sur le réseau THT est défini en temps réel par RTE, qui fixeles tensions à maintenir en un certain nombre de points dits "points pilotes",en s’appuyant le cas échéant sur des études de réseau prévisionnelles.
Le réglage en temps réel s'appuie sur deux actions automatiquescomplémentaires dites réglage primaire et réglage secondaire detension (cf. annexe A.1.3). Là encore, la performance des équipementsconcernés est primordiale pour la sûreté du Système.
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Domaines de responsabilité
Le CNES est responsable de :
• l’équilibre production-consommation,• la maîtrise du plan de tension et des transits sur le réseau 400 kV,• la gestion des échanges aux frontières.
Les URSE ont la responsabilité sur leur territoire de :
• la surveillance du réseau 400 kV en appui du CNES,• la maîtrise du plan de tension et des transits sur les réseaux de
tension inférieure à 400 kV,• la télécommande des postes HTB.
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33.5 Le système de téléconduite
Les dispositions prises dans le domaine matériel
3.5.1 LES PRINCIPES DE LA CONDUITE DU SYSTÈME
La taille et la complexité du système électrique justifient uneorganisation hiérarchisée des fonctions de surveillance et de commandequi implique quatre niveaux de conduite de RTE :
• un niveau national, assuré par le dispatching national du Centre
National d'Exploitation du Système (CNES), dont les missions es-sentielles en temps réel sont l’équilibre production-consomma-tion, la gestion du plan de tension, la gestion des échanges auxfrontières et la maîtrise des transits sur le réseau 400 kV ;
• un niveau régional, assuré par les 7 dispatchings régionaux des Unités
Régionales du Système Électrique (URSE), dont les missions essen-tielles sont la surveillance des transits sur les réseaux 63 kV, 90 kV et225 kV (400 kV en appui du CNES), la maîtrise de la topologie du réseauHTB, le pilotage de la tension par zones et la surveillance des injectionsaux nœuds électriques du réseau ;
• un niveau intermédiaire, assuré par les Groupements de Postes
qui ont en charge la surveillance et la conduite des installations deTransport, ainsi que certaines fonctions de conduite du SystèmeÉlectrique à la demande du dispatching régional ;
• un niveau local situé dans chaque poste de Transport peut assurer lasurveillance et la conduite des installations en ultime secours oudans certaines phases de travaux.
Les installations des utilisateurs du Réseau de Transport : producteurs(EDF, CNR, SNET, ...), consommateurs (SNCF, RATP, industriels, ...), dis-tributeurs (EDF, ELD) communiquent avec les centres de conduite de RTEsoit directement au niveau du site soit via des points de commandecentralisée.
Par ailleurs, la nécessaire coordination entre les GRT européens pour gé-rer les flux d’énergie sur les lignes transfrontalières conduit au renforce-ment des communications en temps réel entre les dispatchings et àl’échange de téléinfomations concernant les ouvrages de chaque paysimpactés par les évolutions des flux sur les interconnexions.
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RTE - Dispatching national (CNES)
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33.5 Le système de téléconduite
Les dispositions prises dans le domaine matériel
3.5.2 LES MOYENS DE CONDUITE
Tous les centres de conduite sont équipés de systèmes informatiquescomplexes assurant l’acquisition et le traitement des informations enprovenance des installations de puissance (postes et centrales). Leurdisponibilité repose sur la redondance de leurs composantes matérielleset logicielles ainsi que de leurs bases de données. Ils bénéficient desurcroît d’une alimentation électrique de haute qualité et garantie (ycompris par des moyens de production autonomes).
Le dispatching national est doté :
• d'un système informatique de conduite principal : le SNC (SystèmeNational de Conduite) qui assure les fonctions suivantes :
- analyse primaire (acquisition, traitement, visualisation,archivage des téléinformations),
- analyse secondaire (analyse de sécurité réseau systématiqueet en mode étude),
- réglage secondaire fréquence-puissance ;• de systèmes informatiques complémentaires :
• l’Animateur du Synoptique National (ASN) qui assure les fonction-nalités minimales suivantes :
- animation du tableau synoptique assurant la représentationnodale du réseau 400 kV,
- secours de la fonction réglage secondaire fréquence-puissance.
• un terminal du système d’alerte et de sauvegarde (SAS).
Les dispatchings régionaux disposent également de deux systèmes debase complémentaires :• un système informatique de conduite principal : le SIRC (ou Système
Informatique Régional de Conduite), qui assure des fonctions d'ana-lyse primaire et secondaire identiques à celles du SNC, ainsi que la télécommande des postes transport ;
• un animateur de tableau synoptique : l'ATS qui assure la représen-tation de la topologie des postes 400 et 225 kV, des états de tension oude surcharges, de certains transits dans les lignes et les transformateurs,
ainsi que d’un terminal SAS et d’une platine de pilotage des régulateursde tension, qui assurent la fonction de Réglage Secondaire de Tension(RST) vis-à-vis des groupes de production de chaque zone.
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RTE - Machine de pose d’un COE (câble optique enroulé)
Structure d’un câble THYM
Le réseau ROSE
(Réseau de fibres Optiques de Sécurité en Étoile)
offre une infrastructure adaptée
à la sécurisation du réseau 400 kV.
• Fibres optiques fixées sur un conducteur ou un câble de garde
• Fibres optiques insérées dans un câble de garde
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33.5 Le système de téléconduite
Les dispositions prises dans le domaine matériel
Les Pupitres d’EXploitation Informatisés (PEXI), dont sont équipés lesGroupements de Postes, permettent aux opérateurs de surveiller l’état desinstallations de transport, de visualiser l’état d’un poste ou d’une zone(topologie, transits et tensions) et de télécommander, si nécessaire, lesorganes de coupure et certains automates de leur zone d’action.
3.5.3 LE RÉSEAU DE TÉLÉCOMMUNICATION DE SÉCURITÉ
Il s’agit d’un réseau de transmission, réglementairement à usage exclusif
de l’exploitation du réseau électrique.
Son infrastructure repose sur différents supports : les liaisons filaireslouées à un opérateur télécom, les liaisons hertziennes, privées oulouées à un opérateur télécom, les liaisons par courant porteur en ligne(CPL), les fibres optiques déployées sur le réseau public de transport, lesliaisons radio en cours de renouvellement.
Le réseau de sécurité permet aux agents des différents niveaux deconduite (y compris les dispatchings étrangers des GRT européens),d’échanger ordres et informations grâce au Système Téléphonique de
Sécurité (STS), constitué de platines téléphoniques installées dans lescentres de conduite et raccordées au réseau de transmission. Unprolongement de ce réseau permet de joindre les agents d’interventiondans certains postes électriques.
Il permet en plus d’interconnecter les systèmes de conduite desdifférents niveaux. Des services à valeur ajoutée (routage, répétition,contrôle de flux, reprise automatique de service, surveillance de laqualité et des incidents), appelés services ARTERE, sont supportés parles équipements terminaux du réseau de sécurité.
Il garantit enfin l’acheminement des signaux destinés au fonctionnementdes protections sur les ouvrages électriques ou aux téléactions pilotéespar des automatismes locaux. À cet égard, le déploiement d’un Réseau
de fibres optiques de Sécurité en Étoile (ROSE) offre une infrastructureadaptée à la sécurisation du réseau 400 kV alliant sélectivité et résistanceaux perturbations atmosphériques.
Le caractère vital pour l’exploitation du bon fonctionnement du réseaude sécurité implique la redondance des voies de transmission sur leréseau de sécurité et l’absence de modes communs entre celles-ci. Ceciest assuré par l’utilisation de supports différents entre 2 points deconcentration avec doublement des équipements de routage.
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Architecture
du système de téléconduite de RTE
L’évolution de cette architecture s’effectue dans le cadre de schémas direc-teurs qui intègrent les nouveaux besoins fonctionnels et les contraintes derenouvellement liées à l’obsolescence, chaque affaire étant ensuite gérée enmode projet.
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33.5 Le système de téléconduite
Les dispositions prises dans le domaine matériel
3.5.4 LE SYSTÈME DE TÉLÉCONDUITE
L’ensemble, moyens de conduite - réseau de sécurité, constitue le
"système de téléconduite". Celui-ci doit :
• garantir l’observabilité du Système en fournissant aux opérateursdes dispatchings et des Groupements de Postes les moyens deconnaître, à tout moment, l'état des transits, de la topologie et lavaleur des grandeurs électriques (fréquence et tension) caractéris-tiques du fonctionnement du Système. Cette observabilité doitmaintenant prendre en compte les informations issues des autresGRT européens qui permettent de gérer au mieux la complexi-té des échanges tout en assurant la sûreté de fonctionnement dusystème électrique européen ;
• garantir la commandabilité du Système en mettant à dispositiondes opérateurs dans les centres de conduite et des automatismesdans les installations, les moyens de maîtriser le fonctionnementdes ouvrages tant à travers la télécommande des organes de cou-pure permettant la répartition optimale des transits qu’à travers leréglage centralisé automatique de la fréquence et de la tension.
• alimenter en informations fiables les fonctions plus complexesd'analyse de sécurité qui permettent aux opérateurs de dispatching :
- d'anticiper les conséquences sur les transits, la tension ou la sta-bilité du Système, d'événements tels que déclenchements d’ou-rages de production ou de transport, courts-circuits,
- de préparer les actions palliatives.
Le système de téléconduite est vital pour la sûreté du Système. Aussi,des dispositions sont-elles prises pour garantir la permanence desfonctionnalités qui lui sont associées :
• le réseau de sécurité est dédié à l’exploitation et, de ce fait, ses capaci-tés ne peuvent être altérées par une saturation des réseaux publics ;
• chaque dispatching (national et régional) est doublé par un dispat-ching de repli raccordé au réseau de sécurité et équipé de moyensde conduite ;
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Le bon fonctionnement du réseau de sécurité
est vital pour la sûreté du Système.
Les voies de transmission utilisent
des supports différents.
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RTE - Circuits "bouchons" utilisés pour les télécommunications par courant porteur en ligne (CPL)
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Les dispositions prises dans le domaine matériel33.5 Le système de téléconduite
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• toutes les téléinformations sur les réseaux 400 et 225 kV et sur la pro-duction acquises et traitées au dispatching national, le sont égale-ment par les dispatchings régionaux ;
• toutes les téléinformations acquises et traitées au dispatching régio-nal le sont aussi au groupement de postes pour la zone concernée ;
• un recouvrement partiel des zones d’observabilité entre dispatchingsrégionaux est assuré par la transmission mutuelle des téléinforma-tions d’anneau de garde ;
• le calcul et la diffusion du niveau de réglage centralisé de la fréquencesont garantis par une 3ème voie indépendante ;
• le système de téléconduite intègre, pour la conduite en situation ten-due et en cas d’urgence, un système informatique spécifique detransmission d’informations et d’ordres d’alerte et de sauvegardeavec acquits vers les utilisateurs du réseau, indépendant du réseaude sécurité ;
• enfin, la garantie d’alimentation électrique des équipements detéléconduite et de télécommunication des dispatchings est assuréepar des sources externes indépendantes et internes (groupes diesel).
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Les performances de chacun des composants
du Système contribuent à la sûreté de celui-ci.
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SNET - Centrale E. Huchet
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Les dispositions prises dans le domaine matériel3Résumé
©RTE 2004
Les performances individuelles de chacun des composants du Système
contribuent de façon interdépendante à sa sûreté de fonctionnement.
La performance d'un composant est déterminée à la conception
compte tenu :
- du service attendu du composant,
- des contraintes auxquelles il sera soumis en régime permanent et en régime perturbé.
La performance de chaque composant doit être garantie à partir de sa
mise en service et tout au long de sa durée de vie ; ceci suppose :
- des essais de réception sur site menés avec rigueur,
- la mise en œuvre de politiques de maintenance adaptées,
- des modes d'exploitation respectant les capacités des matériels,
- un REX performant sur le comportement des matériels.
Le respect des performances attendues des composants du
Système est essentiel pour garantir sa sûreté de fonctionnement.
