Fonctionnalités de mise en œuvre de P&C à la sous-station numérique intégrale de Portovaya

Dans le secteur de l’électricité, diverses solutions pour la numérisation du secteur sont activement mises en œuvre, notamment dans le domaine de la protection et de l’automatisation des réseaux (RPA). Un aspect clé consiste en la création d’un bus de processus conformément à la norme IEC 61850. Certains aspects relatifs à l’application pratique des informations numériques décrits au chapitre 9-2 de la norme [1] ont été repris dans la norme IEC 61850-9-2LE [2]. L’entreprise NPP « Ekra » dispose d’une expérience avérée dans la mise en œuvre de projets de sous-stations numériques, tant en phase pilote qu’en exploitation industrielle. À l’été 2018, la société OJSC « Setevaya Company » a décidé de moderniser la sous-station Portovaya, en construction, en une sous-station numérique. Le fait que la décision de construire l’installation en tant que sous-station numérique ait été prise à un stade assez avancé a eu un impact significatif sur les délais de fabrication, de livraison et de mise en service de l’équipement.

Bus de processus

L’obtention d’informations numériques concernant les courants et les tensions des différentes connexions dans une sous-station numérique se fait à l’aide de convertisseurs de signaux analogiques (ASU) ou, lors de l’utilisation de transformateurs de courant (CT) et de transformateurs de tension (VT), de convertisseurs autonomes de signaux analogiques (IASU) (voir figure 1). La collecte des échantillons numériques des signaux analogiques dans les ASU et les IASU est effectuée à l’aide de convertisseurs analogique-numérique (ADC). L’enregistrement simultané des échantillons numériques pour toutes les grandeurs électriques utilisées permet d’éliminer les déphasages incertains dans les signaux traités. La norme IEC 61850 prévoit l’utilisation de la synchronisation locale pour les protections fonctionnant au sein d’une même sous-station, ou d’une synchronisation globale, par exemple pour les protections composées de deux semi-unités installées dans des sous-stations différentes. Comme on le sait, pour échanger des données entre les équipements de RPA et les unités d’interface (IU), telles que les ASU, les IASU et les convertisseurs de signaux discrets (DSC), on utilise des équipements de communication qui constituent ce qu’on appelle le bus de processus et le bus de station. La synchronisation peut être effectuée à l’aide d’un bus séparé (protocoles 1PPS, IRIG-B) ou à l’aide d’un réseau Ethernet existant (bus de processus) via le protocole PTPv2 décrit dans la norme IEC 61588:2009. Lors de l’utilisation du protocole PTPv2 comme protocole de synchronisation temporelle pour l’organisation du réseau, on utilise des commutateurs gérés prenant en charge ce protocole. Actuellement, les fabricants nationaux ne peuvent pas proposer d’équipement adapté, et, comme l’expérience l’a montré, la période de livraison des commutateurs peut varier de un mois à six mois. Dans le cas de la sous-station numérique (DS) « Portovaya », peu avant la date prévue d'expédition, des inquiétudes sont apparues quant à la possibilité de livrer l'équipement de communication dans les délais requis. Une décision a été prise de changer le fabricant de commutateurs afin de réduire au maximum le délai de livraison. Grâce au travail professionnel des spécialistes à toutes les étapes de la livraison de l'équipement, ces difficultés potentielles ont été évitées.

Tests complets

L’un des avantages bien connus d’une sous-station numérique (DS) est la possibilité de réaliser des tests complets de tout l’équipement (système d’automatisation de la sous-station (SAS), sous-station numérique (DSS), protection et automatisme (RPA) et armoires de télécommunication), y compris l’interaction des informations via les protocoles de la norme IEC 61850, même avant l’expédition vers le client, directement sur les installations du fabricant. À condition que l’ingénieur de mise en service reçoive les paramètres approuvés, il est possible d’effectuer une mise en service intégrée lors des essais d’acceptation en usine. Cette approche permet de réduire le temps consacré à la mise en service de l’équipement directement sur site.

Pour la DS « Portovaya », les armoires RPA (110 kV), les USO (unités d'alimentation sans interruption) et les armoires de télécommunication ont été fabriquées par le NPP « Ekra ». Grâce aux spécialistes de « Setevaya Kompaniya » (société de réseau), les paramètres approuvés avaient été obtenus au moment où les tests complets ont eu lieu. La combinaison des faits susmentionnés a permis de mettre en service le complexe d’équipement assurant la protection des équipements 110 kV de la DS « Portovaya ». Le processus de tests complets a été combiné avec succès à un processus de formation pour les représentants du client – « Setevaya Kompaniya ». La valeur particulière de cette formation réside dans le fait qu’elle est effectuée sur l’équipement réel qui sera ensuite expédié sur site.

Lors des tests, l’impact des protections 6 kV a été simulé à l’aide d’outils logiciels et matériels. La nécessité de simuler les opérations de protection basse tension était due à l’utilisation de dispositifs provenant de différents fabricants dans la sous-station, ce qui empêche la réalisation de tests complets de tous les sous-systèmes sur les installations du fabricant.

Mise en service des équipements

Actuellement, toute installation de sous-station numérique (DS) fait l’objet d’une attention particulière à toutes les étapes. Cet intérêt se manifeste à la fois du point de vue des clients et des opérateurs d’équipements, ainsi que du point de vue des fabricants d’équipements, y compris les dispositifs de protection et d’automatisation (RPA). Lors de la mise en service de la sous-station numérique (DS) « Portovaya », presque tous les fabricants d’équipements ont assuré la présence de personnels hautement qualifiés. Certains fabricants ont impliqué directement les développeurs dans le processus de mise en service, ce qui confirme davantage l’intérêt général porté à la thématique des DS. Les employés de la « Société des réseaux » ont participé activement aux travaux à toutes les étapes de la mise en service. Malgré les exigences relatives aux dispositifs électroniques intelligents (IEDs) effectuant des fonctions de protection et d’automatisation (RPA) concernant la capacité à exporter des fichiers au format Langage de configuration de sous-station (SCL) [3], la norme ne définit pas de règles strictes pour le fonctionnement des logiciels applicatifs exécutant cette fonction. Les divergences dans la norme IEC 61850 à cet égard nécessitent certaines adaptations, y compris des modifications de la documentation as-built, lors de l’interconnexion d’équipements provenant de différents fabricants. En règle générale, tous les retards qui surviennent sont résolus assez rapidement ; néanmoins, ils n’auraient pas eu lieu si des tests complets de tous les sous-systèmes de la sous-station avaient été effectués au préalable. Les équipements provenant de différents fabricants présentent plusieurs particularités opérationnelles. Par conséquent, le personnel d’exploitation doit non seulement comprendre un certain nombre de questions fondamentales concernant le fonctionnement des équipements selon les protocoles de la norme IEC 61850, mais également prendre en compte ces particularités et posséder des compétences dans l’utilisation de différents types de logiciels applicatifs.

Conclusion

Malgré le fait que chaque appareil individuel respecte les exigences de la norme, des situations surviennent où les appareils provenant de différents fabricants ne peuvent pas interagir correctement.

Lors des travaux de mise sous tension de la DS « Portovaya », les avantages de la technologie des DS ont été mis à profit, tels que la réalisation de la mise en service dans les conditions opérationnelles et les tests complets de parties des systèmes. Lors de la mise en œuvre avec des équipements provenant de différents fabricants, malgré le fait que chaque appareil individuel respecte les exigences de la norme, des situations surviennent où les équipements ne peuvent pas interagir correctement. À la DS « Portovaya », l’interopérabilité entre les équipements provenant d’un grand nombre de fabricants a été assurée, facilitée par la résolution rapide des conflits de compatibilité des équipements concernant les protocoles de communication IEC 61850. L'équipement et les logiciels utilisés dans une sous-station numérique (DS) créent de nouvelles exigences pour le personnel d'ingénierie à tous les niveaux, de la production à l'exploitation. Par exemple, pour qu'un ingénieur en protection et automatisme (RPA) puisse travailler pleinement avec l'équipement de DS, il lui faut connaître les opérations du réseau local (LAN), les protocoles de synchronisation temporelle, et bien plus encore.

Littérature

1. Réseaux et systèmes de communication dans les sous-stations — Partie 9-2 : Mappage de services de communication spécifiques (SCL) — Valeurs échantillonnées sur ISO/IEC 8802-3. Norme internationale IEC 61850-9-2 Édition 2.0 2011-09.
2. Ligne directrice pour la mise en œuvre d'une interface numérique vers les transformateurs de mesure utilisant IEC 61850-9-2. UCA International Users Group. 2004.
3. Réseaux et systèmes de communication dans les sous-stations — Partie 6 : Langage de description de configuration pour la communication dans les sous-stations électriques liées aux EID. Norme internationale IEC 61850-6.