Intégration de solutions de mesure pour le réseau d’approvisionnement énergétique en Suisse romande
Romande Energie SA, l’un des cinq plus grands distributeurs d'énergie de Suisse, a recours aux bornes EL3453 de Beckhoff ainsi qu’à d’autres bornes EtherCAT pour mesurer la puissance de ses sous-stations et garantir la disponibilité du réseau. Le projet a consisté à intégrer un système d’acquisition des données secondaire capable de compenser une panne totale ou partielle du chemin d’acquisition principal.
Romande Energie produit, distribue et commercialise de l’électricité dans le canton de Vaud ainsi que dans des secteurs des cantons du Valais, de Fribourg et de Genève. En tant qu’exploitante du réseau d’alimentation, l’entreprise assure aussi le bon fonctionnement du réseau 125 kV. Elle fournit de l’électricité à plus de 300 000 clients, ce qui correspond à environ 500 000 personnes. L’infrastructure du réseau comprend 45 postes électriques (de haute à moyenne tension), 3 200 sous-stations (de moyenne à basse tension), 10 000 km de lignes électriques et 720 km de lignes à fibres optiques.
Romande Energie utilise depuis 2017 la technologie Beckhoff dans ses installations. À l’origine de ce choix se trouve le PC embarqué CX9020 qui, par sa compacité et son niveau de prix, constitue la plate-forme idéale pour l’emploi de StreamX®. Cette solution logicielle modulaire pour infrastructures énergétiques appartient au consortium conclu entre Romande Energie et les Services Industriels de Genève et a été développée dans le but de standardiser la communication pour la mise en place et l’exploitation des sous-stations électriques. Romande Energie explique qu’en choisissant les produits Beckhoff elle est parvenue à simplifier les installations existantes, à utiliser de part et d’autre un seul outil d’ingénierie et à standardiser ses applications. De plus, l’entreprise a pu se passer de quelques outils propriétaires, ce qui a permis de réaliser des économies considérables. La disponibilité sur le long terme des produits Beckhoff a aussi été un critère déterminant pour ce projet étant donné que les sous-stations ont une durée de vie d’environ 30 ans.
Circuit secondaire pour mesurer les flux d’énergie
Romande Energie gère son réseau d’alimentation depuis un centre de coordination régional qui surveille les flux d’énergie 24 heures sur 24. Les postes de transformation sont télécommandés par le circuit primaire via un réseau de communication propriétaire et chaque sous-station transmet en continu l’état de l’installation de distribution et donc de la topologie du réseau. Afin de garantir une distribution sécuritaire de l’électricité, les sous-stations contiennent des dispositifs « intelligents » prenant en charge aussi bien les fonctions de protection que de commande. En cas de panne, ces dispositifs intelligents coupent les lignes et veillent à ce que l’installation de distribution fonctionne selon les ordres émis par le centre de coordination. De plus, ces appareils transmettent des informations concernant la position des disjoncteurs et des sectionneurs ainsi que des données de mesure, tel que le niveau de tension, le courant et diverses puissances.
L’énergéticien suit les recommandations ICT Continuity de l’Association des entreprises électriques suisses, à savoir les recommandations pour assurer la disponibilité constante des technologies de l’informatique et des télécommunications dans le contexte de la continuité de l’approvisionnement. La transparence du réseau d’approvisionnement est donc nécessaire et continue, ce qui exige la création d’un système d’acquisition de données de secours. Réalisé via une boucle en fibres optiques, ce système secondaire capable de compenser une panne totale ou partielle du chemin d’acquisition des données principal fonctionne avec de nombreuses E/S EtherCAT de Beckhoff:
- Les bornes d’entrée numériques EL1712-0020 (120 VDC) acquièrent les positions des organes de coupure (disjoncteurs et sectionneurs), les informations des groupes d’alarme ainsi que les messages de dérangement (Watchdog) du dispositif de protection.
- Les bornes d’entrée numériques ES1008 (24 VDC, 3 ms) servent à récupérer des signaux généraux, tels que des informations sur l’état des services de secours et sur la gestion locale des sous-stations (entre autres l’état de la distribution à 110 VDC, de l’alarme incendie ainsi que le personnel sur place).
Selon Romande Energie, la version « ES » enfichable des bornes EtherCAT s’est révélée particulièrement utile pour la conception des boîtiers de protection et des armoires de commande ainsi que pour le pré-contrôle et la recherche d’erreurs car les E/S peuvent être échangées sans devoir modifier le câblage.
Bornes de mesure de puissance dans les installations à haute tension
Les bornes de mesure de puissance triphasées EL3453 sont utilisées dans chacun des modules installés dans les différentes rangées. Avec une tension de mesure atteignant 690 VAC, les entrées peuvent être directement connectées côté basse tension des transformateurs de mesure. Dans les installations haute tension de Romande Energie, elles fournissent des informations de mesure, telles que des valeurs de courant, de tension et de puissance ainsi que le sens des flux énergétiques.
Auparavant, ces mesures n’étaient disponibles qu’au travers de convertisseurs de mesure car le matériel utilisé précédemment ne supportait pas directement les tensions et les courants provenant du secondaire des transformateurs de mesure. Tout est désormais simplifié grâce à l’emploi des bornes EL3453. Les bornes de mesure de puissance EtherCAT sont insensibles aux courants élevés pouvant survenir en cas de dysfonctionnement de l’installation. Le courant nominal de mesure se monte en règle générale à 1 A, mais peut aussi atteindre 60 A (maximum) pour une durée d’une seconde. Les bornes EL3453 permettent non seulement de réduire les coûts puisque les convertisseurs de mesure ne sont plus requis, mais aussi de simplifier l’installation. Il en découle un volume de matériel réduit, une solution uniforme pour le secteur haute et moyenne tension ainsi que l’utilisation du même outil d’ingénierie pour l’ensemble du système de commande et d’acquisition des données, tant pour le canal principal que secondaire.
Installations moyenne tension dans le réseau d’alimentation
Les installations à moyenne tension (de 10 à 20 kV) alimentent les transformateurs de quartier qui fournissent la moyenne et basse tension aux utilisateurs finaux. Ici, les bornes EtherCAT (ES1008) de Beckhoff délivrent des informations utilisées dans le centre de coordination à des fins de commande du réseau d’alimentation (positions des disjoncteurs et/ou commutateurs, détections de défaut à la terre et de court-circuit). De plus, elles constituent la base pour apprécier l’état du réseau ainsi que pour gérer le flux énergétique et effectuer des analyses en cas d’urgence. Les bornes de sortie de relais ES2624 (125 VAC/30 VDC) servent à transférer des ordres d’ouverture et/ou de fermeture des appareils de distribution (disjoncteurs et sectionneurs). Romande Energie n’emploie pas de bornes de mesure de puissance dans les appareillages moyenne tension car le réseau de distribution à moyenne tension ne requiert que très peu de mesures. Quelques installations comportent des appareils de mesure avec protocole Modbus ou CEI 61850 dont l’utilisation est supportée de manière optimale par la borne switch 4 ports Ethernet EL6614.
Accompagner la transition énergétique
Fabian Assion, directeur Produit E/S chez Beckhoff: «Le grand secteur de l’approvisionnement énergétique est en pleine transformation, et ce pas uniquement en raison du changement climatique. De manière générale, il s’agit plutôt de parvenir à maîtriser les bouleversements en cours dans la distribution de l’électricité. Et Beckhoff désire aider à réussir cette transition. À cette fin, nous continuerons à étoffer notre portefeuille de produits et à l’adapter aux besoins spéciaux des énergéticiens et des exploitants de réseau. À titre d’exemple, nous prévoyons la commercialisation de bornes de mesure de puissance avec une interface de 100 V, optimisées pour le raccordement à des transformateurs de tension pour le secteur moyenne et haute tension.»