Introduction aux tranches électriques

L’objectif de ce document est de donner un éclairage  sur les liens entre les équipements de terrain et la représentation de leurs états au niveau des systèmes de surveillance et de conduite. Cette présentation est volontairement simpliste, et, elle ne traduit pas la complexité réelle des choses (Le diable est dans le détail….)

Le poste électrique

La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) définit un poste électrique comme la «  partie d’un réseau électrique, située en un même lieu, comprenant principalement les extrémités des lignes de transport ou de distribution, de l’appareillage électrique, des bâtiments, et, éventuellement, des transformateurs »
Un poste est structuré en différentes parties rassemblant chacune un ensemble de matériels et de circuits à haute et basse tensions liés géographiquement et fonctionnellement à une partie déterminée du poste.

Les tranches électriques
Chacune de ces parties est appelée tranche électrique.
Elle est organisée de façon à pouvoir être totalement isolée du reste du poste tant en HT qu’en BT.
Elle comprend
•    une tranche haute tension, ou cellule, constituée par l’ensemble du matériel HT (disjoncteurs, sectionneurs, transformateurs et réducteurs de mesure, jeux de barres, liaisons HT)
•    une tranche basse tension, constituée par le matériel et les circuits BT destinés à la conduite et au contrôle de la partie correspondante du poste.

Examinons le poste électrique ci-dessous :

 

C’est un poste a deux jeux de barres (BO 1 &BO 2). Sont représentés, un couplage de barres, un sectionnement, deux lignes et un transformateur.
Pour que l’on puisse surveiller et conduire ce poste autrement qu’au pied des appareils,  un certain nombre d’équipements et de circuits sont nécessaires : ils sont regroupés par tranche basse tension.

La tranche BT
Vouloir être exhaustif, nous entraînerait dans une trop grande complexité. Aussi, nous avons préféré illustrer par quelques exemples ce que pouvait être une tranche basse tension.

Dans une tranche basse tension, nous pouvons rencontrer des équipements nécessaires pour :

•    Connaître les états des différents composants de la tranche (HT et BT) :

o    Position des appareils de coupure (sectionneur, disjoncteur… en position ouverte ou fermée, mais aussi en invalidité (incohérence entre capteurs ouvert et fermé)
o    Etat des automates (position des réenclencheurs, par exemple)
o    Fonctionnement des protections (déclenchement par protection de distance, par exemple)
o    Valeur des mesures (puissance active, réactive, tension, fréquence…)
o    Traces des perturbations de l’onde électrique.

•    Commander différents composants de la tranche

o    Position des organes de coupure
o    Position des automates (AMU en ou hors service par exemple, retour à la prise prédéterminé des régleurs de transformateur)
o    Différentes actions (passage de plots pour les régleurs, sélection du régime des protections de surcharge…)

•    Assurer des fonctions d’exploitation à l’aide d’automates ou de protections

o    Automate de manœuvre des disjoncteurs
o    Automate de reprise de service
o    Protection contre les courts circuits
o    Protection de surcharge

•    Assurer l’alimentation en énergie électrique à basse tension de l’ensemble des matériels précédant.

o    En assurant une continuité d’alimentation, y compris en cas d’incident sur la partie haute tension du poste (présence de batteries dédiées, et, d’alimentation externe au niveau poste (diesel, ligne de secours..)
o    En assurant une sous répartition des alimentations au sein de la tranche pour éviter des pertes simultanées de fonctionnalités sur simple défaut électrique (alimentation séparée pour la protection de distance principale et celle de secours)

•    Assurer la surveillance interne des points traités ci-dessus

o    Surveillance des alimentations
o    Surveillance des transmissions
o    Autotests d’un certain nombre d’équipements

Il existe aussi des tranches BT qui ne sont pas liées directement avec une tranche HT. On peut citer :
•    la tranche générale qui regroupe les fonctions de sécurité, les fonctions facilitant l’exploitation du poste ainsi que la surveillance des alimentations électriques continues du poste (signalisations, alarmes, mode d’exploitation du poste, appels téléphoniques, éclairage, gestion de la présence d’un intervenant sur site etc.) ;
•    la tranche « surveillance services auxiliaires », chargée d’assurer l’alimentation alternative, secourue ou non des matériels installés dans le poste (éclairage, chauffage, appareillage HT, chargeurs de batteries) ;
•    la tranche « protection de site », chargée de prendre en compte les informations relatives au contrôle des accès et à la détection des intrusions physiques sur le site.
•    Etc…

Implantation des tranches BT

Dans la majorité des postes, ces équipements de tranches BT sont regroupés à proximité des tranches HT correspondantes dans de petits locaux nommés bâtiments de relayages (BR). Un BR abrite le plus souvent deux tranches BT.

Les BR sont reliés à un bâtiment de commande (BC) qui abrite notamment
•    le consignateur d’état qui assure l’acquisition et la restitution chronologique des signalisations des équipements du poste, de façon à garder la trace de tous les événements survenant dans le poste.
•     les interfaces avec la téléconduite
•   l’interface homme-machine locale (tableau synoptique ou poste opérateur informatique graphique) pour assurer les fonctions de conduite locale des tranches électriques.

Tranches et téléconduite

Les informations et commandes cheminent ensuite vers les différents points de conduite/commande distants (PCG, dispatchings régionaux et/ou nationaux). Ces informations sont repérées par un adressage  basé sur une hiérarchie rigide (Numéro de site, niveau de tension, puis pour les TM adresse dans le poste, et pour les TS numéro de tranche (TCM) et numéro dans la tranche). Pour faciliter la saisie de l’adressage de ces informations et diminuer ainsi la partie fastidieuse de la charge de travail et le risque d’erreurs, des « modèles » ont été créés qui prédéfinissent les adressages de la majorité des téléinformations en fonction de la nature des tranches HT concernées. Ces « modèles » sont dénommés tranche-type. Les adressages peuvent ensuite être modifiés pour s’adapter à la réalité du terrain (présence d’un automate spécifique, par exemple, non présence d’une information facultative…).

La problématique du millefeuille
Il n’aura pas échappé au lecteur attentif, qu’il existe donc une sorte de millefeuille composé de plusieurs tranches qui se recouvrent :
•    la tranche HT ou cellule qui a une existence physique et dont la dénomination découle des règles définies pour les relations d’exploitation (Code général des manœuvres, règles générales d’exploitation)
•    La tranche BT qui est structurée par son organisation physique, (alimentation et équipements de surveillance et de sécurité de la tranche (ICT – interrupteur de Consignation de tranche, ITL – interrupteur  de télécommande en local)
•    La tranche « TCM » qui est liée à la structuration de l’adressage sur le réseau.
•    On pourrait rajouter les tranches issues de la modélisation de configuration des systèmes de dispatching.

Dans l’immense majorité des cas, les tranches précédemment citées se superposent sans difficulté.

Restent, un nombre de cas particuliers qui ne rentrent pas dans cette harmonie. Ils peuvent être liés à des causes très diverses, réalisations antérieures à la normalisation, manque de place physique, structures atypiques (départ double, demi-postes ayant des équipements de transmission différents…)

Bien que limités, ces cas ont été sources de difficultés et d’erreurs à chaque changement de systèmes informatiques (Cf les travées du projet CRC), et ce point serait à examiner de façon systémique et en anticipation à chaque renouvellement de système de conduite.
Ces questions se sont bien évidemment posées pour l’ensemble des réseaux électriques internationaux, comme l’ont montré les travaux d’organismes comme le CIGRé, la CEI (Commission Electrotechnique Internationale), voir même l’ISO (International Standard Organization).

La modélisation d’un réseau électrique et de son système commande se révèle complexe. L’expérience justifie, a posteriori, l’importance d’un découpage modulaire en tranches et les efforts nécessaires pour en assurer une mise en œuvre rigoureuse et durable.

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