Relais de protection

La fonction principale du relais de protection est de détecter le plus rapidement possible les défauts ou les surcharges du côté primaire. Il utilise des disjoncteurs pour isoler de manière sélective les éléments ou les parties du réseau concernés du reste du réseau ou de la sous-station. Cela permet de protéger les équipements concernés ou adjacents ainsi que les personnes, de limiter au maximum les coupures de courant et joue un rôle clé dans la fourniture d'un approvisionnement hautement fiable et la garantie d'une grande disponibilité. Cela permet également un fonctionnement rentable, car la perte d'équipements et les coupures de courant prolongées entraînent des coûts considérables. Les relais de protection doivent être testés régulièrement afin de s'assurer qu'ils peuvent fonctionner correctement en cas d'urgence.

Le calendrier et la fréquence des tests dépendent des réglementations spécifiques à chaque pays et des stratégies individuelles définies par le système.

D'une manière générale, le cycle de vie d'un relais de protection comprend quatre phases, au cours desquelles différents types d'essais sont effectués :

• Les essais de type et les essais de réception en usine sont effectués pendant les phases de production et de développement par les fabricants de relais de protection
• Les essais en laboratoire sont réalisés lors de la conception de nouvelles sous-stations
• Les essais de réception sur site et les essais de mise en service sont effectués dans les sous-stations
• Des essais fonctionnels et de maintenance périodiques sont effectués sur site pendant l'exploitation

Les conditions-cadres relatives aux essais lors de la mise en service et de la maintenance régulière auxquelles les compagnies d’électricité doivent se conformer sont spécifiées par des directives spécifiques à chaque pays, telles que celles du Forum Netztechnik/Netzbetrieb (FNN) en Allemagne ou de la North American Electric Reliability Corporation (NERC) aux États-Unis. Les fabricants de relais de protection vérifient ensuite leur conformité, par exemple avec la norme CEI 60255, qui définit les règles et les exigences relatives aux relais de mesure et aux équipements de protection.

Cette question ne peut être tranchée qu'au cas par cas par les exploitants de chaque système. Elle peut être régie, dans une certaine mesure, par des directives ou des réglementations spécifiques à chaque pays. En principe, il est conseillé de procéder à des tests si, après les essais de mise en service initiaux, un changement est constaté dans le système de protection, tel qu’une mise à jour du micrologiciel. Cependant, les relais de protection restent en service pendant de longues périodes, et des changements non détectés peuvent survenir. Les intervalles de maintenance et les étendues de test correspondantes sont définis pour détecter ce type de changements.

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

• La criticité de la section de réseau protégée pour la sécurité globale de l'approvisionnement
• L'âge et le type du relais de protection
• Les lois, réglementations ou directives spécifiques au pays
• Le nombre d'ingénieurs de protection disponibles et leur niveau de formation
• Leur niveau d'expérience avec certains types d'appareils

Ces facteurs étant variables, les intervalles de test peuvent également évoluer de manière dynamique. Il est donc nécessaire de mettre en place une stratégie de test uniforme, dont la documentation soit intégrée dans un système général de gestion de la qualité.

Lorsque vous effectuez des essais sur des relais de protection, votre sécurité est la priorité absolue. Avant de commencer les essais, vous devez vous assurer que toutes les mesures de sécurité et de protection nécessaires ont bien été respectées.

Aspects des essais sur les relais 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 ajustement des réglages du relais de protection aux exigences prédéfinies
4. Vérification du bon fonctionnement du relais par le test des fonctions de protection individuelles
5. Vérification que les valeurs de temps de déclenchement et de coupure se situent dans les limites définies
6. Vérification du comportement du relais d'un point de vue système

Oui, les plans de test peuvent être facilement adaptés dans les deux sens. Il suffit de disposer des licences pour les modules Test Universe concernés.

Pour adapter efficacement les plans de test à une configuration de test IEC 61850, utilisez les données du langage de configuration système (SCL) comme point de départ. Cela accélère la configuration et évite les erreurs.

Dans Test Universe, le passage de GOOSE aux E/S binaires conventionnelles s'effectue simplement en ajoutant ou en supprimant le module de configuration GOOSE. Vous pouvez ensuite réutiliser les plans de test existants créés pour les relais de protection conventionnels de vos postes numériques en remplaçant le câblage par la messagerie GOOSE.

L'adaptation d'un plan de test existant aux valeurs échantillonnées est également simple, car toutes les sorties analogiques sont configurées en un seul endroit. Dans Test Universe, certaines adaptations de l'équipement à tester peuvent être nécessaires, car la plupart des plans de test dans Test Universe sont basés sur des valeurs secondaires, tandis que les valeurs échantillonnées sont définies comme des valeurs primaires. Dans les applications typiques, nous recommandons de modifier le rapport du transformateur de mesure à 1 et de vérifier les facteurs résiduels et les valeurs maximales définis.

Dans le cadre des tests de bout en bout, toutes les extrémités d’un tronçon de ligne protégée ou d’une zone d’installation électrique protégée sont testées simultanément. Les routines de test à toutes les extrémités doivent être synchronisées entre elles. Un test de bout en bout basé sur le système peut porter à la fois sur la vérification des fonctions de protection individuelles et sur le bon fonctionnement du système de protection dans son ensemble.

Le plus grand défi des tests de bout en bout réside dans la coordination des tests. Les solutions de test de protection qui facilitent l'exécution des tests et documentent les résultats à partir d'un seul côté réduisent considérablement la complexité des tests et les coûts de personnel. L'utilisation de tests basés sur le système avec RelaySimTest vous permet d'exécuter le test à partir d'une seule extrémité et d'effectuer des ajustements si nécessaire.

Jusqu’à récemment, 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. C’est pourquoi OMICRON a développé l’accessoire TWX1, la première solution au monde permettant de tester facilement les fonctions de protection à onde de propagation, même avec des équipements de test de protection classiques.

Le montage de test est identique à celui d'un test de bout en bout, avec l'ajout de deux accessoires TWX1. Avec RelaySimTest, le test peut être effectué depuis un seul côté, et les résultats sont automatiquement documentés. À cette fin, les données du système et de la ligne sont saisies dans RelaySimTest. Les cas de test souhaités sont définis en plaçant différents types de défauts aux emplacements souhaités dans le modèle du réseau électrique. La simulation calcule alors automatiquement le signal transitoire et les impulsions d'onde de propagation. Pendant 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 triphasées avec une précision de l'ordre de la nanoseconde. Le signal généré permet de tester efficacement à la fois la protection à onde de propagation et la fonction de localisation des relais de protection à onde de propagation.

Tester facilement les relais de protection à onde de propagation

Les normes IEC 60255-1xx définissent les exigences fonctionnelles relatives aux fonctions de protection. Dans cette série de normes, « xx » correspond au numéro de la fonction de protection IEEE/ANSI C37.2 ; par exemple, la norme CEI 60255-151 définit les exigences relatives à la protection contre les surintensités (51), mais couvre également des fonctions connexes telles que la protection contre les sous-intensités (37) et la protection contre les surintensités de système inverse (46).

Les normes IEC 60255-1xx spécifient également les exigences en matière de précision en régime permanent et de performances transitoires de la fonction de protection. En général, Test Universe est bien adapté pour vérifier la précision en régime permanent, tandis que RelaySimTest couvre les performances transitoires.

De nombreux fabricants de relais s'appuient sur notre solution pour effectuer des tests de type approfondis sur leurs relais et leurs IED afin de vérifier leur conformité à ces normes. Les compagnies d’électricité peuvent effectuer un sous-ensemble de ces tests pour comparer et sélectionner les types de relais appropriés (tests de réception).

OMICRON Engineering Services apporte son soutien pour ces tâches de test.

On peut distinguer l'approche par paramètres pour les essais des relais de protection (actuellement la plus répandue) de l'approche par système. En outre, on peut faire la distinction entre l'exécution manuelle et l'exécution automatisée.

Avec un minimum d'effort, les essais de protection basés sur le système permettent de vérifier que les composants individuels d'un système de protection se comporteront correctement en tant que groupe lors d'un défaut. 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 fournit les outils dont vous avez besoin pour préparer et exécuter des essais de système de manière optimale.

Les tests de protection basés sur les paramètres se concentrent sur les fonctions de protection et les valeurs de réglage associées de chaque relais de protection. Les relais de protection modernes offrent des milliers de réglages, c'est pourquoi les tests automatisés sont bien supérieurs à une approche manuelle. Test Universe offre une gamme étendue d'options de standardisation et d'automatisation, y compris la génération entièrement automatique de rapports de test. Les plans de test vous permettent de tester avec un éfficacité maximal. En les combinant avec les fonctionnalités étendues de notre logiciel de test, vous bénéficiez de la flexibilité nécessaire pour tester en détail les relais de protection et autres éléments secondaires.

Approches de test

• Tests de protection basés sur le système : RelaySimTest
• Tests de protection basés sur les paramètres : Test Universe

Regarder la vidéo

Pour une analyse approfondie, écoutez notre podcast : Tests de protection – Approches basées sur les paramètres et sur le système

Le terme « automatisation » est souvent utilisé à tort et à travers, notamment en matière de tests de protection. En réalité, les ingénieurs en protection sont confrontés à des éléments provenant de nombreux fabricants différents, ce qui rend l’automatisation complète des procédures de test bien plus difficile. 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 atteindre un haut degré d’automatisation des essais de protection, il faut disposer de modèles de test adaptables aux relais de protection de différents fabricants et pouvoir combiner de manière flexible des modules d’essai individuels dans les plans d’essai. Le éfficacité peut être amélioré en définissant des normes uniformes pour les essais des relais de protection. La documentation entièrement automatisée des résultats d’essai est également une exigence fondamentale, car elle implique un effort considérable lorsqu’elle est effectuée manuellement. Notre Protection Testing Library (PTL) vous permet d'utiliser des procédures de test automatisées pour un large éventail d'applications avec Test Universe et RelaySimTest. De plus, ces modèles de test peuvent être facilement personnalisés pour répondre à vos besoins spécifiques, ce qui renforce encore davantage l'automatisation. Par rapport aux efforts de test de protection manuels, une réduction pouvant atteindre 80 % peut être obtenue.

Modèles de test disponibles

Nous proposons une suite de logiciels de test performants ainsi que divers modules complémentaires, notamment

• Test Universe
• RelaySimTest
• CMC CT-Check
• CMC Swift
• EnerLyzer
• CMEngine

Vous pouvez adapter ces options à vos besoins ou choisir l'un des quatre ensembles logiciels disponibles pour utiliser le CMC 500 et le CMC 430 :

• Essential
  offre des fonctions et des modules de base, qui peuvent être étendus individuellement.
• Standard
  fournit tous les modules généralement utilisés pour les tests de protection basés sur les paramètres.
• Enhanced
  étend le pack Standard avec des fonctions pour les tests basés sur le système et la simulation transitoire, ainsi qu'une interface de programmation flexible.
• Complete
  couvre toutes les fonctions et tous les modules logiciels fournis pour l'équipement de test CMC.

Notre outil de configuration peut vous aider à sélectionner la meilleure combinaison pour vos applications.