Remplacement de l’automatisme de propulsion et des … · seront également l’occasion de réaliser des travaux d’entretien « lourds » nécessaires au navire pour assurer

Département : Infrastructures Marines et Numériques

Unité : Navires et Systèmes Embarqués

Auteur(s) : Jean-Luc Jaouen, Olivier Brenner

Bibliographie : CEGELEC, Mr Briand

Référence : NE-2016-263

Remplacement de l’automatisme

de propulsion et des

convertisseurs du N/O Thalassa

– Dialogue compétitif

1

ère phase du dialogue compétitif : programme fonctionnel

N° Ifremer : N° 16/2 214 967

Visibilité Archimer :

Internet

Intranet Ifremer

Equipe :

Groupe d’utilisateurs :

Confidentiel

Diffusion :


Remplacement automatisme et convertisseurs Version : 0 Programme fonctionnel

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Seule la version électronique de ce document est gérée

Date de création : 02/02/2016


N° Action : A322001

N° Contrat : 16/2 214 967

Nombre pages : 15

Nombre figures : 8

Nombre d'annexes : 0

Sujet/Titre :

Remplacement de l’automatisme de propulsion et

des convertisseurs du N/O Thalassa

- Programme fonctionnel

Résumé : L’objet de ce document est de présenter les fonctions et les contraintes pour l’étude, la réalisation, la

fourniture et les essais du remplacement de l’automatisme de propulsion et des convertisseurs du N/O Thalassa.

Cette spécification est le programme fonctionnel du dialogue compétitif en objet.

Mots clés : Touret, sismique, flûte, navires

Révisions

Indice Objet Date Rédigé par Vérifié par Approuvé par

0 Création 02/02/16 J.L. Jaouen

O. Brenner

S. Duduyer

O. Lefort



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Sommaire

1 Objet du dialogue compétitif .......................................................................................................... 4

2 Présentation de la propulsion actuelle ........................................................................................... 4

2.1 Généralités ............................................................................................................................... 5

2.2 Automatisme de propulsion ..................................................................................................... 8

3 Remplacement de l’automatisme de propulsion et des convertisseurs ......................................... 11

3.1 Généralité .............................................................................................................................. 11

3.2 Avant travaux ........................................................................................................................ 11

3.3 Mise à niveau du système ...................................................................................................... 12

3.4 La formation .......................................................................................................................... 14

3.5 L’assistance technique ........................................................................................................... 14

3.6 Recette ................................................................................................................................... 14



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1 Objet du dialogue compétitif

Le navire Thalassa (longueur 74 m), livré en 1995, est un navire océanographique principalement

orienté vers les missions de service public dans le domaine de l’halieutique (DCF), la recherche

halieutique et l’océanographie physique. L’Ifremer a décidé de moderniser ce navire en élargissant

l’éventail de ses missions au-delà de l’halieutique et de l’océanographie physique en le dotant

d’équipements permettant de conduire pleinement des missions dans le domaine des géosciences ou de

l’environnement profond.

Ses travaux de modernisation prévus entre juin et août 2017 en Europe (lieu défini ultérieurement)

seront également l’occasion de réaliser des travaux d’entretien « lourds » nécessaires au navire pour

assurer ses missions pour une vingtaine d’années complémentaires. A ce sujet, la propulsion électrique

a présenté ces deux dernières années des pannes dues au vieillissement des composants de son système

de gestion, qui doit être entièrement refait.

Ainsi, dans le cadre du projet de modernisation du N/O Thalassa, l’Ifremer a décidé de remplacer

l’automate de propulsion et les convertisseurs associés, objet de ce dialogue compétitif.

2 Présentation de la propulsion actuelle Le schéma de la propulsion actuelle est représenté ci-dessous (pas de réducteur sur le N/O THALASSA)



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2.1 Généralités

2.1.1 L’énergie propulsive

La propulsion du navire est réalisée par 1 moteur Synchrone :

• Marque : Alsthom

• Type RP 38 P12-12P

• Puissance 2200KW en 600 V triphasé, +/- 15 Hz, 2X1270 A, 2x 1100 kW

• Excitation : 380V 180A 50Hz par gradateur

• Nombre de paires de pôles : 6

• Refroidissement par hydro-réfrigérant

Le moteur synchrone est muni de deux enroulements statoriques imbriqués, couplés en étoile, et

alimentés avec un décalage de 30° (moteur double-étoile).

Le système de régulation et de contrôle de ce navire est assuré par 2 équipements : C 350 et Syconum

d’Alsthom-CEGELEC. Ces équipements datent de la construction de ce navire (1996).

La variation de vitesse du moteur est réalisée par un convertisseur statique de fréquence auto-

synchrone (cf schéma de commande ci-dessous).



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2.1.2 L’énergie de production électrique

La production électrique du navire est réalisée par :

• 4 moteurs Diesel DEUTZ MWM, type TBD 604 BV12 - 1128 kW 1500 tr/mn

• 4 alternateurs Alconza de1250 kVA en 380V triphasé à 1500tr/mn

2.1.3 Les transformateurs élévateurs

Le navire a 2 transformateurs élévateurs de tension 380/600V, 1500 kVA

Le détail du couplage de ces transformateurs est donné ci-dessous :

Au primaire (indice p) les enroulements sont connectés en triangle. Au secondaire (indice s) PT est

connecté en triangle et ST en étoile. A partir des deux diagrammes vectoriels nous pouvons déduire

que les tensions Vs sont en retards de 30° sur les tensions Us.



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2.1.4 Les filtres d’harmonique

L’armoire « Filtre Réactif » est composée de :

• Filtre d’harmoniques de rang 5

• Filtre d’harmoniques de rang 11

Les deux filtres d’harmoniques partagent une même batterie de condensateurs montée en triangle (cf

schéma ci-dessous)

.

Les deux filtres garantissent un THD (Total Harmonic Distortion) minimum afin de ne pas dépasser

les valeurs maximales de pollution spécifiées dans le règlement du Bureau Veritas.

Remarque : En plus de filtrer les harmoniques, les filtres contribuent à fournir de la puissance réactive

au réseau. Ainsi, la consommation en puissance réactive du pont réseau sera compensée en partie par

les alternateurs, en partie par les filtres.



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2.2 Automatisme de propulsion

2.2.1 Généralités

L’automatisme de propulsion est réalisé par des automates programmables ALSPA C 350 et Syconum

pour le pilotage des convertisseurs induit et inducteur. Cet automate est capable d’envoyer les

informations nécessaires à la commande du variateur de vitesse et de recevoir des informations sur

l’état de la machine commandée. Il possède donc des entrées logiques permettant la prise en compte

d’informations en provenance de capteurs, fins de course, etc,… des entrées analogiques, des sorties

logiques. L’ensemble de ces fonctions permet une commande rapide et efficace des processus.



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2.2.2 Régulateur Syconum

C’est un régulateur numérique à haute fréquence. Dans cette structure, les composants hybrides,

convertisseurs CAN et CNA sont nécessaires pour interfacer les grandeurs physiques de

l’asservissement avec le processeur.

L’asservissement portant sur une grandeur analogique, un correcteur numérique est introduit dans le

système.

Synoptique Syconum



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2.2.3 Automate ALSPA C 350

Son rôle est :

• gestion des configurations de commande.

• contrôle commande propulsion

• contrôle auxiliaire propulsion

• contrôle alimentation principale

• acquisition et traitement des mesures

• référence des vitesses

• signalisation des alarmes de déclenchement

• gestion du plastron

• maintenance

• gestion et surveillance du système automate

• filtre harmonique

• PMS

• interface avec Syconum

Synoptique du C350



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3 Remplacement de l’automatisme de propulsion et des convertisseurs

3.1 Généralité

L’objectif de ces travaux est la modernisation de la régulation de la propulsion et des convertisseurs

dans le but de maintenir le navire en condition opérationnelle pour les 20 prochaines années et de

respecter les normes en vigueur.

Le fonctionnement de la propulsion devra être assuré pour tenir une vitesse de 15 nœuds à la puissance

nominale tout en respectant obligatoirement les normes suivantes ICES 209, Bureau Veritas et

CEM en vigueur à toutes les allures. Une attention particulière sera portée au filtrage des harmoniques réseau et machine.

Le système de propulsion ne devra pas dépasser les limites acceptables par la norme Bureau Veritas en

vigueur.

Le nouveau système de commande de la propulsion devra s’interfacer avec les nouveaux systèmes de

gestion d’énergie, de supervision et de gestion des alarmes, ainsi que le nouveau système de

positionnement dynamique. Le protocole de transmission devra être indiqué.

Tout le système de supervision, Contrôle/Commande, sera comme suit :

• 1 poste de supervision local par convertisseur,

• 1 poste de supervision Salle Contrôle Machine,

• 1 poste de supervision pupitre Timonerie AV écran jour/nuit (quart passerelle),

• 1 poste de supervision pupitre Timonerie AR écran jour/nuit (quart passerelle),

• 1 poste de diagnostic indépendant ou intégré au PC Machines.

La jouvence de l’équipement peut prendre en compte le remplacement des convertisseurs par un

nouveau système de type MLI (Modulation de la Largeur d’impulsion), avec cellules débrochables si

possible ou du moins rapidement interchangeables.

Si le système actuel était conservé, il devra prendre en compte le remplacement des filtres de

protection des thyristors, thyristors, cartes d’allumage et d’amplification. Ainsi que la fourniture d’une

cellule press-pack de rechange permettant un remplacement rapide, tout en respectant les normes

citées ci-dessus.

La température ambiante des locaux du MEP peut atteindre + 45 °C avec une humidité relative de

95%.

3.2 Avant travaux

Des mesures seront effectuées avec la société retenue pour constater les niveaux de bruits ambiants,

bruits rayonnés et niveaux vibratoires, ainsi que le fonctionnement du navire sur 1, 2 ou 3 groupes

électrogènes à différentes allures.

Le protocole d’essai sera transmis ultérieurement.



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Ces mesures et constats seront enregistrés et co-signées.

Le fournisseur est en charge de la dépose de l’existant et de l’intégration de son matériel. Les

composants déposés (démontage non destructif) restent la propriété de l’armateur.

3.3 Mise à niveau du système

L’objectif est de remplacer le système pour optimiser la fiabilité tout en respectant les normes

exigibles et s’affranchir de l’obsolescence des composants.

Le système de contrôle intègrera la dernière technologie de contrôle pour :

• se conformer aux normes suivantes : ICES 209 et BV en vigueur,

• améliorer la fiabilité intrinsèque des équipements,

• réduire les temps d’arrêt en cas de panne à l’aide d’outil de diagnostic (par exemple :

pertubographie -enregistrement de variables avant toute anomalie)

• visualiser en temps réel et transmettre en ligne, les différents paramètres et courbes suivant les

besoins,

• rechercher des variables,

• navigation sur l’interface offrant une meilleure convivialité et compréhension pour les

opérateurs,

• permettre un suivi durant les 20 prochaines années.

Le fournisseur réalisera les études suivantes :

• étude d’un nouveau schéma électrique comprenant les systèmes auxiliaires, les alimentations

électriques et la protection du système de propulsion,

• étude du schéma de commande,

• calcul des paramètres de commande,

• étude des séquences fonctionnelles,

• étude pour le respect de la norme ICES 209 Et plus particulièrement pour réduire les bruits

solidiens rayonnés présents actuellement et ne pas en induire de nouveaux.

A noter que les différentes mesures de bruits et analyses déjà effectuées à ce sujet seront transmis aux

candidats éligibles au dialogue compétitif après signature d’une clause de confidentialité.



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Le nouveau système aura les mêmes fonctions que le système actuel, notamment sur les aspects

suivants :

• régulation de la propulsion,

• roue libre (entrainement par sillage) pour une consigne de vitesse nulle,

• gestion du frein mécanique de ligne d’arbre (interdiction d’enclenchement pour une vitesse

supérieure à ±10 tr/min),

• rampes à définir avec l’armateur en fonction des modes (manœuvre, limitation de puissance,

DP, commande locale) ; actuellement, il existe trois rampes possibles,

• mise en service du graissage des paliers,

• réchauffage à l’arrêt de l’installation.

Les points suivants seront pris en compte dans le nouveau système :

• image de la puissance consommée en fonction des mesures courant et tension,

• défaut du convertisseur (gestion d’une avarie) : dans cette situation, le système doit maintenir

les auxiliaires de propulsion en service (ventilation et graissage paliers),

• défaut d’écart consigne vitesse/ mesure sur un temps donné (à définir avec l’armateur),

• alarmes de défaut sur la propulsion. Ces alarmes regroupent actuellement plusieurs défauts,

leurs intitulés sont peu explicites et non-intuitives.

• dans la nouvelle architecture, il est demandé de mettre à disposition de la centrale d’alarmes

ces défauts de manière individuelle, de mieux les cerner afin de les rendre compréhensibles

par un nouvel opérateur.

Ci-après sont décrits quelques points d’interface et précisions techniques à prendre en compte dans le

cadre de la modernisation de l’automatisme et de la régulation de la propulsion :

• pour les éléments d’interface avec d’autres systèmes (DP, PMS, IAS, …), il faudra prévoir une

validation des points énoncés ci-après avec les différents prestataires du chantier.

• modules de calcul de puissance pour le MEP et la distribution : Ils seront remplacés par du

matériel de nouvelle génération.

• le nouveau système fournira au système de gestion d’énergie les signaux nécessaires.

• interfaces avec le système de commande/contrôle/signalisation ‘normal’ (platines des

différents pupitres passerelle, machine, DP).

• signalisations/indications de divers paramètres en face avant des armoires des convertisseurs

dans le nouveau système.

• dans le nouveau système, il est demandé de conserver les mêmes entrées/sorties disponibles.

• les principes du traitement des alarmes et des sécurités devront être conservés par le

fournisseur.



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3.4 La formation

Une formation devra être réalisée avec pour objectifs :

• savoir utiliser le système de propulsion électrique dans tous les modes de fonctionnement,

• fournir rapidement un diagnostic de premier niveau,

• mener à bien un dépannage sur un défaut.

Cette formation aura lieu à bord pour une dizaine de personnes.

3.5 L’assistance technique

La prestation d’assistance technique n’est pas prévue au contrat ; elle pourra être contractualisée

ultérieurement par l’armateur.

3.6 Recette

3.6.1 Mesures de bruits et niveaux vibratoires

Des mesures seront effectuées avec la société retenue pour constater les niveaux de bruits ambiants,

rayonnés et niveaux vibratoires, au point de fonctionnement du navire à différentes allures. Ces

mesures auront lieu avant et après les travaux de modernisation.

En aucun cas, les mesures après travaux ne pourront être de niveau inférieur (c’est-à-dire les bruits ne

pourront être supérieur) à celles d’avant travaux.

3.6.2 Réglementation

Le nouveau système devra être conforme aux règles et recommandations de l’OMI. L’étude de la

modernisation devra être soumise à la société de classification (Bureau Veritas), le matériel utilisé

devra être homologué et approuvé par ce même organisme. Le matériel devra être conforme aux

directives européennes maritime en vigueur.

La société de classification devra être consultée dans la phase de réception afin de garantir que les

modifications apportées sont conformes avec les réglementations en vigueur et qu’elles n’ont pas de

conséquence sur la sécurité du navire et de ses passagers.

La prestation Bureau Veritas est à la charge du fournisseur.

3.6.3 Documentation

Les plans électriques, liste de pièces, liste de pièces détachées pour les premier et second niveaux de

maintenance, documentation technique et manuel utilisateur devront être fournis en 5 exemplaires

papiers ainsi qu’en copie électronique.

Le fournisseur devra fournir l’ensemble des certificats ainsi que les rapports complets de mise en

service à bord.



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3.6.4 Commissioning et essais mer

Le fournisseur est en charge de l’installation bord et du commissioning de ses équipements. Il est à

noter que ses travaux seront réalisés dans le cadre de travaux de modernisation plus généraux du

navire et que le fournisseur est en charge de s’adapter aux interfaces présentes à bord. Il devra

également consillier ses interventions avec celles réalisés pour le reste des travaux du chantier de

modernisation.

Des essais mer seront effectués à la sortie des travaux pendant lesquels le fournisseur sera présent à

bord. Les essais comporteront des essais de bon fonctionnement du système aux différentes allures, le

contrôle des différentes fonctionnalités demandées ainsi que des mesures de bruits rayonnés, ambiants

et des niveaux vibratoires.

Documents

Remplacement de l’automatisme de propulsion et des … · seront également l’occasion de réaliser des travaux d’entretien « lourds » nécessaires au navire pour assurer