Jérôme Hostein - Laboratoire d’Informatique Signal et ...choquel/see-nord-www/conferences/2010/... · - analogiques à boucle de courant (télémesures) - numériques (données

LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTES

Jérôme HosteinTraining and Maintenance Manager – SAS Montpellier

Expert DCS

Journée d’études SEE – Lille 2010 2


Du conventionnel au contrôle-commande numérique



� Relais de protection électromécanique ou analogique statique non communicants

� Séparation des protections et du contrôle-commande de poste

OU

Le contrôle-commande conventionnel

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

Présentation



� Protections numériques- Multifonctions

• Protection (courant, tension, thermique …)

• Perturbographie

- Autocontrôles cycliques- Communication (différents protocoles)

• MODBUS• Courrier

Le Contrôle-Commande Numérique

• VDEW• IEC 61850

Présentation

� Consignateur d’état -> Calculateur- Numérisation des données électriques

Les équipements numériques permettent d’avoir une approche Système.



� Le système de contrôle commande numérique (SCCN)- du matériel communicant

• Relais de protection

• Calculateurs• Ordinateurs

• Bus de communication

� Utilisant la technologie numérique- Puissance de traitement (microprocesseur)- Capacité mémoire (vive et sauvegardée)- Réseaux de communication- Équipements multifonctions- Autotest cyclique

- des logiciels• Interface Opérateur• Configuration

• Outils de maintenance

Présentation

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.



� 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 + Réduction du personnel d’exploitation et d’intervention� Inconvénients- Investissement plus lourd- Formation du personnel - Dépendance du client vis a vis de son fournisseur

Présentation



Transport & Distribution Usines et bâtiments Industries Trains / Métro

depuis la THT HT MT jusqu ’à la BT

APPLICATIONS

POUR QUELLES APPLICATIONS ?

Besoin



DCSEthernet/Protocole standardisé

IEC 61850

� Aujourd’hui

Supervision / ProtectionAutomatismes rapidesIngénierie standardisée

RTU

� Années 80

SupervisionContrôle simple

SCADA

DCSEthernet/Protocole propriétaire

outype 103, MODBUS

� Années 90

SupervisionProtection

Automatismes lents

SCADA

Solutions



Les fonctions de base d’un système de contrôle-commande numérique



� 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)- grandeurs analogiques tension et courant

MISSIONS PRINCIPALES

Fonctions de base



� 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

PROTEGER

XDisjoncteur

Fonctions de base



� 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

CONTROLER

� Commandes Sécurisées- habilitation du point de conduite,

mot de passe, autocontrôles, inter-verrouillages, ...

Fonctions de base

Permettre d’agir sur le procédé (via les calculateurs et/ou les IED) tout en respectant les « sécurités » client



� Supervision du procédé électrique- Visualiser l’état des organes de

coupures- Affichage des mesures temps réel

SUPERVISER

Fonctions de base

Représenter le procédé électrique conformément aux besoins du client

Permettre le diagnostic rapide d’une défaillance d’un équipement du système par un jeux de couleur intuitif

� Supervision Système- Vue dédiée à l’état de

fonctionnement des éléments du système



Les nouvelles fonctionnalités du système de contrôle-commande

numérique



� Redondance du calculateur de tranche

� Redondance de Poste Opérateur

� Stockage des données

Conserver une supervision totale de la tranche même en cas de défaillance d’un calculateur

ARCHITECTURES RESEAUX

Autres fonctions

Conserver une supervision totale du système même en cas de défaillance d’un poste opérateur et sécuriser les données archivées



� Différentes architectures basées sur le protocole IEC61850

Architecture simple : en cas de défaut sur le Switch

Ethernet on perd la communication avec tous les

calculateurs

calculateur

La solution la plus répandue :protégé contre une rupture de

communicationbon rapport qualité prix

(économie du Switch Ethernet)

Interface Opérateur

Étoile

Switch

Architecture la plus sûre car elle tolère davantage de

défaillance (excepté la perte simultanée des 2 Switch)

AnneauInterface Opérateur

Double étoileInterface Opérateur

Switch A

Switch B

Autres fonctions



FONCTIONS INTEGREES

Autres fonctions

� Fonctions Ré-enclenchement- Permettre d’effectuer un ré-enclenchement automatique

après un défaut en définissant les paramètres adaptés

� Fonction Vérification de Synchronisme- Permettre le couplage sécurisé de 2 réseaux en vérifiant que

les conditions de synchronismes sont compatibles

� 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.



AUTOMATISMES

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 séquentiel (PLC) de type GRAFCET suivant la norme IEC1131-3 pour :- Séquences de commandes particulières- Transfert de jeux de barres

Autres fonctions

� Utilisation de la logique booléenne (PSL) via les p ortes 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



Intégration du système de contrôle-commande numérique dans un Poste



� Poste neuf (intégrer dès la phase étude du Projet)

� Remplacement d’un système obsolète (ingénierie et te sts 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

protocolesLa rénovation va se faire pas-à-pas sans stopper l’ensemble du poste

Intégration



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

Conclusion

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.



Exemples d’applicationsDélestage fréquencemétrique

Restauration Automatique du RéseauReconfiguration Automatique de Boucles



� Délestage dynamique 90kV

30kV

Départ1 Départ2 Départ3 Départ4

Fréquence

RJ45

P139

P923

CalculateurIHM

RS485

Câblé

Délestage



f1 f2 f3 f4 NODépart1 XDépart2 XDépart3 XDépart4 X

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 »

� Délestage Fréquencemétrique -Principe

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)

Délestage



30kV

Départ 1 Départ 2 Départ 3 Départ 4

RJ45

P139

P923

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

U

fMatrice

Matrice

Départ 4 : si F = f2 ; décl.

f1 f2 f3 f4 NODépart1 XDépart2 XDépart3 XDépart4 X

f2

Délestage



� Restauration automatique du réseau- IHM utilisateur :

APR

(APR : Automatic Power Restoration)



� Restauration automatique du réseau - Modélisation

33kV

11kV

33kV

11kV

3,3kV 415V

APR



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».

33kV

11kV 11kV

Si les 2 DJ sont ouverts, mémorisation de l’état de tous les DJ de la sous station

� Restauration automatique du réseau – Principe

APR



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 »

APR




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.

Démarrage de l’APROrdres de

fermeture

APR




� RABBIT : - Reconfiguration - Automatique et - Basculement des - Boucles - Industrielles - Tertiaires

RABBIT

� Reconfiguration automatique de boucle

� 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


LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTESRABBIT

� Reconfiguration automatique de boucle – Schéma

M

POSTE DE LIVRAISON

POSTE A

POSTE B

POSTE C

POSTE D

DEPART 1 DEPART 2

MM

M

MM

MM



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

RABBIT

� RABBIT – Comment ça marche ?

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



POINT NORMAL D’OUVERTURE DE LA BOUCLE

DEFAUT

DECLENCHEMENTdu DJ

LE DEFAUT EST VU PAR

RABBIT

M

POSTE DE LIVRAISON

POSTE A

POSTE B

POSTE C

POSTE D

DEPART 1 DEPART 2

MM

M

MM

MM




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

RABBIT


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



ISOLEMENT DU DEFAUT PAR

OUVERTURE:

FERMETURE AUTOMATIQUE DE CE POINT POUR ALIMENTER LE POSTE B

ZONE D’OUVERTURE DE LA BOUCLE

RABBIT

M

POSTE DE LIVRAISON

POSTE A

POSTE B

POSTE C

POSTE D

DEPART 1 DEPART 2

MM

M

MM

MM

Délestage éventuel des transformateurs



LE CONTRÔLE-COMMANDE DES POSTESRABBIT

M

POSTE DE LIVRAISON

POSTE A

POSTE B

POSTE C

POSTE D

DEPART 1 DEPART 2

MM

M

MM

MM


REFERMETURE DU DEPART

ZONE D’OUVERTURE DE LA BOUCLE

Rélestage des transformateurs

Documents

Jérôme Hostein - Laboratoire d’Informatique Signal et ...choquel/see-nord-www/conferences/2010/... · - analogiques à boucle de courant (télémesures) - numériques (données