DIAGNOSTIC A DISTANCE DES RESEAUX DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE ALAIN GILOT SCHNEIDER ELECTRIC, FRANCE Dans un premier temps, nous rappelons comment la performance d un réseau peut se dégrader en terme d adéquation aux besoins ou de fiabilité intrinsèque. Cela est dû aux évolutions de la charge, au vieillissement des matériels, à la modification de la configuration d un réseau. En outre, des facteurs externes peuvent avoir un impact sur le niveau de performance requis comme les exigences nouvelles liées à la dérégulation, la privatisation ou l évolution des métiers cœurs. Tout ceci contribue à augmenter le besoin d une connaissance plus fine de l état du réseau et des besoins d amélioration ou d adaptation. L avènement des technologies de l information permet d envisager des solutions innovantes pour répondre à ces besoins : -par une instrumentation des appareillages, la collecte d information au niveau local (diagnostic, mesure, ) devient disponible avec des capacités élargies. -le développement des réseaux de communication y compris le WEB et l intégration de manière compétitive du point de communication offre des possibilités de concentration d information en tout lieu et venant de diverses sources. -enfin, le développement de logiciel de traitement permettant de faire un diagnostic dynamique du réseau, donnant son évolution passée et prévisible. mais qui est ponctuel dans le temps et l espace et, a donc une portée limitée. Les décisions qui en découlent sont à «l emporte-pièce», et ne permettent de traiter que ce qui a trait au matériel. Grâce aux nouveaux développements décrits cidessus, on peut envisager la mise sous surveillance permanente des installations, les informations étant accessibles selon les besoins en tout lieu, à tout instant et par tout opérateur. Le traitement consolidé des informations donne une formation plus fine et plus pertinente permettant : - d intervenir d une façon plus précise : le juste nécessaire quand c est nécessaire - de couvrir plus que l appareillage en traitant l ensemble des fonctionnalités de l installation et du comportement du réseau. - d optimiser les dépenses que se soit en terme d investissement ou de maintenance. Ces logiciels intègrent : - des savoir-faire et du «savoir interpréter» dans des bases de connaissance, voisins des systèmes experts. - des capacités de «data-miming» pour déterminer des analyses statistiques ou des analyses de tendance. - des capacités de simulation d impact sur les réseaux d incidents passés ou en prévisionnel. En conséquence, les offres de diagnostic évoluent. Traditionnellement, l analyse, à un instant donné, permet un diagnostic intéressant
DIAGNOSTIC A DISTANCE DES RESEAUX DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE Auteur : Alain GILOT SCHNEIDER ELECTRIC, FRANCE DEFINITION DE LA «PERFORMANCE» D UN RESEAU DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE ELEMENTS DETERMINANT LA PERFORMANCE GLOBALE D UN RESEAU DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE : La performance globale d un réseau est la résultante de 2 évaluations, l une technique et l autre économique. D une part, la performance technique d un réseau s apprécie sur 2 notions : disponibilité et qualité de l énergie distribuée. L inverse de ces notions est plus facile à mesurer, sur une période donnée : - le temps cumulé de non-disponibilité, sur la période de mesure, pendant lequel le flux d énergie vers les clients consommateurs est nul. - la durée et la gravité de non-qualité du flux d énergie sur la période de mesure, correspondant au temps cumulé pendant lequel les paramètres techniques sont inférieurs aux différents seuils convenus avec les clients consommateurs d énergie (niveau de tension, puissance accessible, taux de distorsion harmonique). D autre part, la performance économique du réseau peut être évaluée par le rapport entre le nombre de TWh livrés et le coût global du réseau (capitaux immobilisés et frais d exploitation) Le but ici n est pas d élaborer un indice de performance mais seulement de présenter une méthode et un processus de diagnostic visant à améliorer cette performance. Les paramètres basiques et statiques: Il s agit des paramètres qui affectent directement le montant des investissements en équipement, pour une capacité déterminée d énergie à livrer, dont : les caractéristiques d architecture du réseau, qui doivent être en adéquation avec la quantité d énergie à livrer et la quantité de consommateurs à alimenter : - son arborescence, de la haute tension à la basse tension - son dimensionnement : diamètres, longueurs et matériau des câbles les caractéristiques des équipements répartis sur le réseau pour assurer la sécurité des biens et des personnes, en corrélation avec l architecture du réseau: - leurs seuils fonctionnels - leur limite opérationnelle la capacité à résoudre les incidents inévitables qu ils soient d origine accidentelle (panne, bris, force majeure, etc. )ou opérationnelle (surcharge, déséquilibre, etc), par des techniques telles que: - le maillage du réseau, qui peut contribuer à palier à ces incidents par la possibilité de modifier le cheminement de l énergie - la redondance d équipements critiques, qui permet de restaurer la fonctionnalité du réseau, totalement ou partiellement - la mise en œuvre de systèmes correctifs, qui permet d éliminer les caractéristiques indésirables (énergie réactive, harmoniques)
Les paramètres évolutifs et dynamiques: Pendant la durée d exploitation du réseau, au moins 3 phénomènes vont modifier l aptitude du réseau à remplir sa mission initiale : - l usure et le vieillissement des équipements qui peuvent induire un risque de non-fonctionnement, pour manœuvre ou protection - l évolution permanente du profil des charges, qui peut dériver au point de provoquer une «défense» du réseau par intervention des protections, c est-à-dire une interruption plus ou moins longue du flux d énergie - les interférences provoquées par les manœuvres sur le réseau ou par la nature des charges, qui se propagent et affectent un nombre plus ou moins grand de clients consommateurs LA METHODE DE DIAGNOSTIC D UN RESEAU La méthode se décompose en 3 étapes : 1/ La réalisation d analyses préliminaires : leur but est de faire un état des lieux et un bilan d aptitude opérationnelle; 3 examens sont proposés : - une évaluation rapide du réseau pour établir un relevé des équipements (fonctionnalité, localisation, âge, valeur d inventaire) et une liste des équipements critiques, pour leur état ou leur rôle - une étude complète de fiabilité de l architecture, pour identifier la probabilité de défaillance des divers nœuds du réseau Ces analyses permettent de constituer une base de données référence, technique et économique. 2/ L instrumentation du réseau : le but est de suivre les évolutions du réseau avec un dispositif d observation comprenant, par exemple : - des capteurs de mesures électriques diverses - un système de communication (transfert des mesures vers un centre de traitement) - un système d enregistrement des observations pour déterminer des corrélations et des tendances - un examen détaillée de la fiabilité des éléments critiques, appareillages et équipements.
3/ Le processus du diagnostic : l objectif est d évaluer en permanence la performance globale du réseau, par l interprétation des nombreuses données saisies par l instrumentation. LE PROCESSUS CONTINU DE DIAGNOSTIC D UN RESEAU 4 actions sont réalisées simultanément et en permanence : 1 - La collecte de données opérationnelles en cours d exploitation : Les données saisies par les différents capteurs répartis dans le réseau, sont envoyées par téléphonie GSM vers un serveur dédié sur un réseau Extranet. La fréquence de collecte est définie en fonction du nombre de points en observations et du niveau de criticité de certains points. Ce dispositif permet d observer les paramètres électriques en de nombreux points, les comportements des matériels et les évènements intervenus sur le réseau, sans construire de réseau de communication. 2 - L édition des données opérationnelles Ces données sont éditées de manière à en faciliter la lecture et l interprétation. Tableaux et graphiques sont disponibles sur le serveur pour toutes les personnes autorisées, à partir de tout terminal disposant d un accès à un réseau Extranet. 3 - La mise à jour des données référence et l identification des tendances Toutes les informations opérationnelles significatives (paramètres électriques, comportement de matériels et évènements ) sont sélectionnées pour être répercutées dans la base de données référence du réseau pour refléter l évolution de l état du réseau et de ses équipements, donc de son aptitude fonctionnelle. Les frais opérationnels sont également documentés pour refléter l évolution des paramètres économiques (maintenance, réparations, remplacements ) Cette base de données est consultable également via Extranet, par toutes les personnes autorisées. 4 - L analyse, interprétation et localisation des évènements opérationnels et qualitatifs Des experts vérifient régulièrement l évolution de la base de données du réseau, alertent l exploitant en cas de problèmes ou anomalies. Un diagnostic de l état du réseau est formulé en cas d évolution importante et des recommandations sont élaborées pour résoudre les problèmes et clarifier les anomalies. De plus, des messages automatiques peuvent être générés par le dispositif de mesure (sur dépassement de seuils prédéfinis) pour provoquer intervention urgente : des e-mails sont envoyés directement, sans attendre les conclusions des analyses et interprétations détaillées.
LES INTERETS DE LA METHODE La constitution d un référentiel initial précis et fiable Au départ de la méthode, une documentation complète est mise en place et constituera un référentiel précieux pour évaluer tout changement dans les caractéristiques du réseau donc de sa fiabilité. La mise en place d un dispositif de suivi L instrumentation, avec la collecte de données, permet de mettre en évidence les points critiques du réseau et focaliser l attention si nécessaire ; il permet de mettre à jour le référentiel et de constituer un historique opérationnel du réseau. La base de données résultante La base de données constitue un instrument essentiel pour gérer les capitaux immobilisés, réseau et le parc d équipement ; elle est mise à jour en permanence et est disponible à tout moment, à partir de n importe quel endroit, par toute personne autorisée par consultation d un serveur Extranet dédié. Une capacité à orienter et optimiser les opérations de maintenance : les résultats de cette analyse permettent d initier des interventions rapides si besoin et de programmer des interventions préventives conditionnelles dans le cadre d un plan de maintenance du réseau. Les coûts d exploitation peuvent donc être optimisés. Une capacité à localiser rapidement l origine des problèmes : Grâce au grand nombre de points observables à distance, tout problème est facilement localisé et plus rapidement résolu. L origine des problèmes de qualité est décelée et les perturbations peuvent être éliminées à la source. Les problèmes opérationnels sont repérés avec précision et les équipes d interventions urgentes sont rapidement sur place. La valeur d usage de l énergie (combinaison de disponibilité et qualité) est ainsi améliorée. CONCLUSIONS : LES AVANTAGES DU PROCESSUS Le diagnostic à distance des réseaux de distribution électrique contribue à leur performance globale, de manière évidente sur le plan technique, mais aussi sur 3 facteurs économiques: Une analyse large et continue: Tout écart (dérive par vieillissement ou incident) avec le référentiel est détecté par un processus de comparaison automatique des paramètres critiques et par l observation d experts attachés au processus. Un écart peut signifier un problème sur l un ou l autre des indicateurs de performance : disponibilité (signes de défaillance potentielle d équipements, variation de charge ) ou qualité (perturbations importantes). La connaissance du comportement du réseau permet de prendre les mesures nécessaires pour améliorer sa performance. 1/ La réduction des pertes techniques par une connaissance détaillée des flux d énergie en différents points des réseaux. 2/ L optimisation des investissements et coûts d exploitation par une information précise de l état des réseaux et de leur fonctionnement ; ces informations permettent d organiser une maintenance préventive conditionnelle (seulement où c est nécessaire, quand c est nécessaire) ; cela permet d optimiser le retour sur investissements, (en prolongeant l utilisation des équipements) sans compromis sur la performance technique du réseau. 3/ L amélioration de la disponibilité et de la qualité de l énergie par l observation des conditions de livraison, la compréhension des besoins correctifs éventuel et de leur localisation la plus efficace.