Tests des relais de protection

 

Les relais de protection jouent un rôle clé dans les systèmes énergétiques modernes. Ils doivent donc fonctionner de manière fiable à tout moment. Seuls des relais de protection fonctionnant correctement protègent votre équipement principal contre les dommages et contribuent à la fiabilité du réseau électrique. C’est pourquoi les relais de protection doivent être soumis à des tests approfondis, tout au long de leur cycle de vie ; du développement et de la fabrication jusqu’à la mise en service et la maintenance régulière pendant l’exploitation.

NOS SOLUTIONS DE TEST

Les défis des tests des relais de protection

 

Trois évolutions sont actuellement à l’origine d’une augmentation significative du nombre d’équipements nécessitant des tests, ce qui représente un défi de taille pour de nombreuses compagnies d’électricité.

Une demande d’énergie en forte croissance

Les prévisions actuelles indiquent que la demande d’énergie électrique continuera à augmenter de manière significative au cours des prochaines décennies. Les pompes à chaleur, l’électromobilité et la demande accrue des utilisateurs industriels en sont les principaux moteurs. Le réseau de transport et les postes existants ne peuvent plus répondre à cette demande ; le réseau doit être étendu. Pour les compagnies d’électricité, cela signifie de nombreux nouveaux projets, des investissements importants et une lourde charge en général.

Une complexité croissante du réseau

L’intégration d’installations de production d’énergie décentralisées accroît la complexité du réseau et pose des défis supplémentaires aux compagnies d’électricité. Les postes doivent être modernisés et des technologies telles que la norme CEI 61850 sont de plus en plus utilisées pour maîtriser cette complexité et atteindre la flexibilité nécessaire.

Une transformation numérique

Les ingénieurs en charge des systèmes de protection sont confrontés à de nouveaux types et fonctions d’équipements de protection, rendus possibles par la transformation numérique. Ils doivent désormais maîtriser non seulement les tests dans les postes classiques, mais aussi dans les environnements CEI 61850. En outre, les mises à jour des firmwares sont plus fréquentes pour garantir la cybersécurité, ce qui signifie que les intervalles de test de protection peuvent être plus courts.

 

En raison de cette demande supplémentaire, les spécialistes sont très recherchés, tant par les compagnies d’électricité que par les prestataires de services, et il est actuellement difficile d’en trouver. Il est donc plus important que jamais de réaliser des tests efficaces. Nos solutions de test de protection vous aident à relever les défis liés au test des relais de protection et d’autres équipements, ainsi qu’à la création des rapports de test associés, de la façon la plus efficace possible.

Utilisez nos solutions de test de protection pour effectuer les tests suivants :

Universel,
multi-phase

Équipement de test universel pour tous types et générations de relais, y compris les relais électromécaniques à forte charge et les relais différentiels numériques


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produit du CMC 356

Extrêmement précis,
multi-phase

Équipement de test de relais et dispositif d’étalonnage haute précision pour compteurs d’énergie, transducteurs et analyseurs de qualité d’énergie


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du CMC 256plus

Ultra-portable
et précis, triphasé

Équipement de test de relais et dispositif d’étalonnage extrêmement précis et portables pour compteurs d’énergie, transducteurs et analyseurs de qualité d’énergie


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produit du CMC 430

Réseaux de distribution,
triphasés

Équipement de test de relais triphasé puissant pour presque tous les types et toutes les générations


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produit du CMC 353

Manuel,
triphasé

Équipement compact de test de relais pour des tests triphasés manuels rapides et faciles


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produit du CMC 310

Manuel,
monophasé

Équipement de test ultra-portable pour injection primaire et secondaire et essais simples de protection


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du COMPANO 100

Tendances actuelles des tests de protection

Questions sur les tests des relais de protection

 

Pourquoi les relais de protection doivent-ils être testés ?

La fonction principale d’un relais de protection est de détecter les défauts ou les surcharges du côté primaire aussi rapidement que possible et d’isoler sélectivement les équipements ou les parties du réseau affectés du reste du réseau ou du poste à l’aide de disjoncteurs. Cela permet de protéger les équipements et les personnes concernés ou adjacents, de réduire les pannes au minimum et de jouer un rôle clé en assurant un approvisionnement très fiable ainsi qu’une grande disponibilité. Cela permet également une exploitation rentable, car la perte d’équipements et les pannes prolongées sont synonymes de coûts énormes. Les relais de protection doivent être testés régulièrement pour s’assurer qu’ils fonctionnent correctement en cas d’urgence.

Les délais et les intervalles de test dépendent des réglementations nationales et des stratégies individuelles définies par l’opérateur de système.

À quel moment les relais de protection doivent-ils être testés ?

D’une manière générale, le cycle de vie d’un relais de protection comporte quatre phases, au cours desquelles différents types de tests sont appropriés.

  • Essais type et tests de réception en usine pendant les phases de production et de développement chez le fabricant du relais de protection.
  • Tests en laboratoire lors de la planification de nouveaux postes.
  • Tests de réception sur site et tests de mise en service dans le poste.
  • Tests fonctionnels et tests de maintenance récurrents sur le site pendant l’exploitation.
  •  

Les conditions générales pour les tests pendant la mise en service et la maintenance régulière que les compagnies d’électricité doivent respecter, sont spécifiées dans des directives nationales, par exemple par le Forum Netztechnik/Netzbetrieb (FNN) en Allemagne ou la North American Electric Reliability Corporation (NERC) aux États-Unis.
Les fabricants de relais de protection les testent à leur tour pour vérifier leur conformité, par exemple, à la norme CEI 60255, qui définit les règles et les exigences relatives au comportement des relais de mesure et des équipements de protection.

À quelle fréquence les relais de protection doivent-ils être testés ?

C’est une question à laquelle chaque opérateur de système ne peut répondre qu’au cas par cas, mais qui est dans une certaine mesure stipulée par des directives ou des réglementations spécifiques à chaque pays. En principe, il est conseillé de procéder à des tests après les tests de mise en service initiaux, chaque fois qu’une modification a été apportée au système de protection, par exemple après une mise à jour du firmware. Cependant, les relais de protection fonctionnent pendant une longue période et des changements non détectés peuvent se produire. Afin de détecter ces changements, des intervalles de maintenance et les tests correspondants sont définis.

De nombreux facteurs doivent être pris en compte lors de la définition des intervalles de test, tels que :

  • L’importance de la partie protégée du réseau pour la sécurité globale de l’approvisionnement
  • L’âge et le type de relais de protection
  • Les lois, réglementations ou directives spécifiques à chaque pays
  • Le nombre d’ingénieurs d’essais de relais protection disponibles et leur niveau de formation
  • L’expérience acquise avec certains types d’équipements
  •  

Ces facteurs étant variables, les intervalles de test peuvent également changer rapidement. Par conséquent, une stratégie de test uniforme doit être établie avec une documentation intégrée dans un système général de gestion de la qualité.

Que faut-il prendre en compte lors des tests des relais de protection ?

Lors des tests des relais de protection, vous devez avant tout veiller à votre propre sécurité. Lorsque vous vous préparez à tester les relais de protection, toutes les mesures de sécurité et de protection pertinentes doivent être respectées avant le début des tests.

Le plan de protection
1.    Évaluation visuelle de l’état du relais.
2.    Vérification du câblage après la mise en service ou le recâblage.
3.    Test et comparaison des paramètres du relais de protection avec les exigences prédéfinies.
4.    Vérification de la fonctionnalité du relais par le biais de tests des différentes fonctions de protection.
5.    Vérification de la conformité des valeurs de temps d’excitation et de déclenchement avec les limites définies.
6.    Vérification du comportement du relais du point de vue du système.

Quels sont les avantages de la norme CEI 61850 ?

Pour comprendre les avantages de la norme CEI 61850, il est utile de se familiariser avec les deux inconvénients majeurs des postes classiques par rapport aux postes CEI 61850. Tout d’abord, dans un poste classique, tous les équipements doivent être reliés individuellement aux autres composants par des liaisons filaires. Deuxièmement, les équipements de différents fabricants ne sont pas conçus pour communiquer directement entre eux.

Avec la norme CEI 61850, en revanche, la communication entre les équipements s’effectue via un réseau Ethernet partagé. La norme CEI 61850, indépendante du fabricant, constitue la base de la communication numérique dans le réseau du poste. Les équipements et systèmes de différents fabricants sont capables d’échanger des données, commandes et valeurs mesurées facilement, à l’aide d’un ensemble de protocoles normalisés. Les IED (Dispositifs électroniques intelligents) sont utilisés comme équipements de protection, d’automatisation et de commande dans les environnements CEI 61850.

Les Sampled Values sont utilisées pour transmettre des valeurs analogiques du système énergétique, par exemple des transformateurs de courant et de tension, via un réseau numérique. Les informations d’état sont échangées entre les équipements via des messages GOOSE, tandis que les signaux sont transmis au système SCADA à l’aide d’une communication client/server (MMS).

L’utilisation de la norme CEI 61850 pour la communication entre les équipements dans les postes et le centre de téléconduite permet de limiter les opérations de câblage nécessaires. En outre, une base flexible, indépendante du fabricant et évolutive est fournie, ce qui contribue à accroître la fiabilité, la sécurité et l’efficacité du réseau électrique.

Qu’est-ce qu’un test de protection de bout en bout ?

Lors d’un test de bout en bout, une section d’une ligne protégée ou une zone protégée d’une installation électrique est testée simultanément à toutes les extrémités. Il est essentiel que les routines de test de toutes les extrémités soient synchronisées entre elles. Le test peut se concentrer sur la vérification des fonctions de protection individuelles, ainsi que sur le comportement correct du système de protection dans son ensemble, lors d’un test de bout en bout basé sur le système. Lisez la suite pour découvrir les différences entre ces deux approches de test.

Étude de cas sur les tests de bout en bout

Que doit offrir une solution de test de bout en bout ?

Le principal défi des tests de bout en bout est la coordination des tests. Les solutions de test de protection, qui facilitent l’exécution des tests et la documentation des résultats à partir d’une extrémité, réduisent considérablement la complexité des tests et les coûts de personnel. Les tests de bout en bout basés sur un système utilisant RelaySimTest vous permettent d’exécuter le test à partir d’une extrémité puis de faire des ajustements à tout moment, si cela s’avère nécessaire pendant le test.

Comment puis-je tester un relais de protection à onde de propagation ?

En général, les tests des fonctions de protection à onde de propagation n’étaient pas effectués lors de la mise en service des relais, car cela s’avérait très difficile. OMICRON a donc développé l’accessoire TWX1, la première solution au monde qui permet de tester les fonctions de protection à onde de propagation de manière simple, même avec des équipements de test de protection classiques.

Le montage de test correspond à celui d’un test de bout en bout avec l’ajout de deux TWX1. Avec RelaySimTest, le test peut alors être effectué à partir d’une extrémité et les résultats sont documentés de manière entièrement automatique. Pour ce faire, les données du système et les données de ligne sont saisies dans RelaySimTest. Les tests souhaités sont définis en plaçant différents types de défauts aux positions souhaitées dans le modèle du réseau électrique. La simulation calcule alors automatiquement le signal transitoire et les impulsions d’onde de propagation. Lors de l’exécution, l’équipement de test CMC fournit le signal transitoire et l’accessoire TWX1 superpose les impulsions d’onde de propagation de tension et de courant triphasé avec une précision de l’ordre de la nanoseconde. Le signal généré peut être utilisé pour tester efficacement la protection à onde de propagation ainsi que la fonction de localisation des relais de protection à onde de propagation.
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Tests faciles des relais de protection à onde de propagation (PDF, en anglais)

En quoi consistent les tests de type selon la norme CEI 60255 ?

Des tests de type complets sont réalisés au cours du développement et de la certification des relais de protection. Ils démontrent que le relais en question répond aux spécifications et aux normes et qu’il peut être utilisé dans les installations électriques. Pour simplifier ces essais, nous proposons des packages d’essais de type spéciaux pour la norme CEI 60255, qui couvrent la plupart des aspects du comportement des relais. Vous pouvez également intégrer facilement notre système de test dans votre environnement de test existant via une interface de programmation d’application ouverte.

Tests de type conformes à la norme CEI 60255 (PDF, en anglais)

Quelles sont les approches en matière de tests de protection ?

On distingue l’approche basée sur les paramètres pour les tests des relais de protection (actuellement l’approche dominante) et l’approche innovante basée sur les systèmes. En outre, il est possible de distinguer l’exécution manuelle et l’exécution automatique.

Les tests de protection basés sur le système peuvent être utilisés pour vérifier, avec un minimum d’effort, si les différents composants d’un système de protection se comportent correctement en tant que groupe en cas de défaillance. Cette approche permet de détecter les erreurs cachées dans les réglages, la logique et la conception des systèmes de protection, quel que soit le type de relais ou le fabricant. RelaySimTest vous fournit les outils nécessaires à la préparation et à l’exécution optimales des tests de système.

Les tests de protection basés sur les paramètres se concentrent sur les fonctions de protection et les valeurs de consigne associées à chaque relais de protection. Les relais de protection modernes offrent des milliers de réglages, c’est pourquoi les tests automatisés sont de loin supérieurs à une approche manuelle. Test Universe vous offre un large éventail d’options en termes de normalisation et d’automatisation, y compris la création entièrement automatique de rapports de test. À l’aide de plans de test, vous pouvez réaliser des tests avec une efficacité maximale. En plus de l’immense plage de fonctionnement, notre logiciel de test vous offre également la flexibilité nécessaire pour effectuer des tests détaillés sur les relais de protection et autres équipements secondaires.

Approches de test

Regarder la vidéo [en anglais] 

Comment automatiser les tests de protection ?

L’automatisation est un terme souvent utilisé de manière un peu prématurée, surtout lorsqu’il s’agit de tests de protection. En réalité, les ingénieurs chargés de la protection sont confrontés à des équipements provenant de nombreux fabricants différents, ce qui rend beaucoup plus difficile l’automatisation complète des procédures de test. Dans certains cas, les fournisseurs parlent d’automatisation alors que leur solution n’automatise que certaines parties des tests de protection. La prudence est donc de mise.

Pour obtenir un degré élevé d’automatisation dans les tests de protection, il faut à la fois des modèles de test adaptables aux relais de protection de différents fabricants et la possibilité de combiner avec souplesse des modules de test individuels dans les plans de test. On peut encore améliorer l’efficacité en définissant des normes uniformes pour tester les relais de protection. La documentation entièrement automatisée des résultats de test est également une exigence fondamentale, car elle implique des efforts considérables lorsqu’elle est réalisée manuellement. Notre Protection Testing Library (PTL) et le OMICRON Control Center (OCC) vous permettent d’utiliser des procédures de test personnalisées en fonction de vos besoins, qui peuvent être exécutées de manière presque entièrement automatique. Comparativement aux tests de protection manuels, l’effort de test peut être réduit de jusqu’à 80 %.

Modèles de test disponibles

 

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