Comment les enregistreurs de perturbations multifonctionnels permettent aux services publics d'économiser des millions en coûts de réseau électrique

Les opérateurs de réseaux électriques sont soumis à une pression croissante pour réduire les coûts tout en améliorant la fiabilité. C'est là qu'intervient l'enregistreur de perturbations multifonctionnel, une technologie qui change la donne et qui aide les services publics à identifier les problèmes avant qu'ils ne se transforment en pannes coûteuses. L'IDM+ de Qualitrol combine six méthodes d'enregistrement dans un seul boîtier pour offrir une visibilité sans précédent sur le comportement du réseau, la plupart des compagnies d'électricité réalisant un retour sur investissement complet dès la première année.

Qu'est-ce qui distingue les enregistreurs de perturbations multifonctionnels ?

Contrairement aux équipements de surveillance traditionnels qui ne capturent qu'un seul type de données, l'IDM+ intègre six fonctions d'enregistrement essentielles dans une seule plate-forme : enregistrement des perturbations rapides, enregistrement des perturbations lentes, surveillance de la qualité de l'énergie, localisation des défauts d'ondes progressives, enregistrement des séquences d'événements et mesure des phasers en continu. Cette approche globale permet aux services publics de prendre des décisions fondées sur des données qui augmentent la fiabilité, améliorent la qualité de l'énergie et réduisent les pertes de réseau.

Plus important encore, ces appareils aident les opérateurs à repérer les problèmes en prévision des pannes ou des pertes de réseau, ce qui leur permet de résoudre les problèmes avant qu'ils ne causent des dommages financiers importants.

Slashing Fault-Finding Costs with Pinpoint Accuracy

Les méthodes traditionnelles de localisation des défauts reposent sur des calculs d'impédance avec une précision de 1 à 15 % de la longueur de la ligne. Cela signifie que les équipes de patrouille passent souvent des heures à parcourir des kilomètres de lignes pour trouver le point de défaillance réel. La localisation des défauts par ondes progressives change complètement la donne, en offrant une précision sur une seule portée de pylône, quelle que soit la longueur de la ligne.

_{Tableau 1 - Coût de l'envoi d'une équipe de patrouille au sol}

Les économies réalisées sont substantielles. Le tableau 1 donne une estimation des dépenses encourues lorsque les équipes de patrouille doivent rechercher des zones étendues en raison d'une localisation imprécise des défauts - en supposant que l'IDM+ ne surveille que deux circuits, les économies réalisées grâce à la réduction du temps de patrouille justifient à elles seules l'investissement. Lorsque les défauts se produisent sur un terrain accidenté nécessitant l'assistance d'un hélicoptère, la différence de coût devient encore plus spectaculaire, comme le montre le tableau 2.

_{Tableau 2 - Coût de la patrouille aérienne sur le processus de recherche de défauts}

Au delà de la réponse immédiate, la localisation précise des défauts aide à prévenir les problèmes récurrents. Les défauts intermittents qui peuvent être refermés laissent souvent des dommages partiels sur le site du défaut. S'ils ne sont pas localisés et inspectés avec précision, ces dommages peuvent provoquer des déclenchements ultérieurs et des chutes de tension, qui finissent par entraîner des coupures permanentes de la ligne. Le tableau 3 quantifie ces coûts de défaillance évitables.

Tableau 3 - Coût des défauts de ligne liés à des défauts évitables

Rattraper les problèmes de disjoncteur avant qu'ils ne se multiplient

Les disjoncteurs sont des dispositifs de protection essentiels, mais de nombreux problèmes passent inaperçus pendant le fonctionnement normal. Les mécanismes bloqués, les temps de fonctionnement lents et les dégagements de défaut prolongés restent souvent cachés jusqu'à ce que le disjoncteur tombe en panne lors d'un défaut ultérieur, entraînant le déclenchement d'une zone plus large que nécessaire.

A l'aide de l'enregistrement rapide des perturbations, de l'enregistrement des séquences d'événements et de l'analyse automatisée des enregistrements, l'IDM+ détecte ces problèmes à un stade précoce. Le tableau 4 estime les coûts substantiels associés aux défaillances évitables des disjoncteurs, ce qui démontre l'intérêt de détecter ces problèmes avant qu'ils ne s'aggravent.

_{Tableau 4 - Coût d'un disjoncteur défaillant évitable}

Identification précoce du mauvais fonctionnement des relais de protection

L'analyse des enregistrements de l'enregistreur numérique de défauts (DFR) révèle des schémas de mauvais fonctionnement des relais qui avertissent d'un éventuel non-fonctionnement lors de futurs défauts. Ce système d'alerte précoce permet d'éviter les défaillances en cascade qui peuvent affecter de grandes parties du réseau. Le tableau 5 présente les coûts quantifiables économisés grâce à la détection des problèmes des systèmes de protection avant qu'ils ne provoquent des perturbations majeures.

_{Tableau 5 - Coûts de l'identification des malopérations}

Analyse automatisée : D'une semaine à quatre heures

Lors d'une tempête, les réseaux peuvent générer de 200 à 300 enregistrements DFR nécessitant une analyse. L'examen manuel de ces enregistrements prend une semaine entière, même si la plupart d'entre eux révèlent un fonctionnement correct. La fonction d'analyse automatisée des enregistrements révolutionne ce processus en ne détectant que les enregistrements non conformes et en signalant les problèmes réels.

_{Tableau 6 - Coûts liés à l'utilisation de l'analyse automatisée}

L'analyse des relevés de tempête passe ainsi d'une semaine à quatre heures seulement. Le tableau 6 montre les économies réalisées grâce à l'analyse automatisée, notamment la réduction du temps d'ingénierie, la résolution plus rapide des problèmes et une meilleure affectation des ressources pendant les opérations de récupération critiques.

Les coûts cachés des problèmes de qualité de l'énergie

Une mauvaise qualité de l'énergie coûte à l'économie européenne jusqu'à 150 milliards d'euros par an, tandis que les pertes américaines se situent entre 119 et 188 milliards de dollars, selon une étude de l'EPRI. Pour les opérateurs de réseaux, ces coûts se manifestent par des dommages aux équipements, un vieillissement prématuré et des plaintes des clients.

L'IDM+ détecte tous les principaux problèmes de qualité de l'énergie avant qu'ils ne causent des dommages coûteux :

• Les chutes de tension provoquent des dysfonctionnements dans les systèmes de contrôle basés sur des microprocesseurs, ce qui peut entraîner l'arrêt de processus entiers. Les contacteurs et les relais se déclenchent inopinément, entraînant une perte de charge et de revenus. Les clients industriels sont confrontés à des arrêts de production et à des amendes potentielles.
• De très courtes interruptions (de quelques millisecondes à deux secondes) déclenchent des dispositifs de protection et provoquent des pertes de données dans les équipements de traitement. Les équipements sensibles tels que les PLC et les ASD peuvent s'arrêter s'ils ne sont pas conçus pour le ride-through, ce qui entraîne des arrêts de processus.
• Les interruptions longues (plus de 1 à 2 secondes) arrêtent tous les équipements, entraînant des pertes de revenus immédiates et des amendes réglementaires potentielles. Elles résultent généralement d'une panne d'équipement, d'un orage, de la foudre ou d'un problème au niveau du dispositif de protection.
• Les pics de tension dus à la foudre ou aux opérations de commutation peuvent détruire les composants électroniques et les matériaux d'isolation, provoquer des pertes de données et créer des interférences électromagnétiques. Bien qu'elles ne durent que quelques microsecondes ou millisecondes, les pointes peuvent atteindre des milliers de volts.
• Les hausses de tension se produisent lorsque de lourdes charges démarrent ou s'arrêtent, ou lorsque les transformateurs sont mal régulés. Elles provoquent des pertes de données, des scintillements d'écran et des dommages aux équipements lorsque la tension dépasse les valeurs nominales.
• La distorsion harmonique provenant de charges non linéaires engendre les coûts les plus sous-estimés. Les harmoniques provoquent une surcharge du neutre, une surchauffe de l'équipement, une perte d'efficacité de la machine, des interférences de communication et des erreurs de mesure. Plus grave encore, elles réduisent la durée de vie d'actifs de grande valeur tels que les transformateurs. Un transformateur censé durer 30 à 40 ans peut devoir être remplacé 10 ans plus tôt en raison de la pollution harmonique, ce qui représente une dépense d'investissement massive et imprévue.
• La fluctuation de tension provoque un scintillement lumineux visible, générant des plaintes de clients et des amendes réglementaires tout en nuisant à la réputation des services publics, même si les coûts directs peuvent être inférieurs à d'autres problèmes.
• Le bruit électrique provenant des interférences électromagnétiques provoque des pertes de données et des erreurs de traitement dans les équipements sensibles. Le déséquilibre de tension dans les systèmes triphasés crée des composantes de séquence négative, particulièrement nocives pour les moteurs triphasés, entraînant un échauffement accru, une efficacité réduite, une durée de vie plus courte et des temps d'arrêt coûteux.

La crise du vieillissement des transformateurs

Un transformateur de distribution offre généralement une durée de service de 30 à 40 ans. Cependant, l'augmentation de la pollution harmonique peut obliger à le remplacer 10 ans plus tôt. Cela représente non seulement une dépense d'investissement imprévue, mais aussi une perte totale de la valeur restante de l'investissement. Plus inquiétant encore, ces effets restent cachés jusqu'à ce qu'une panne catastrophique ou des tests de diagnostic révèlent une dégradation critique.

Le scintillement de la lumière, bien que moins préjudiciable financièrement que les harmoniques, nuit gravement à la réputation de l'entreprise de services publics. Chaque plainte relative au papillotement nécessite l'envoi d'ingénieurs d'inspection sur les sites des clients, ce qui détourne les ressources des travaux prévus et met à rude épreuve les relations avec les clients.

Des économies globales sur l'ensemble des opérations

Le déploiement stratégique d'enregistreurs de perturbations multifonctionnels permet aux services publics de réaliser des économies dans de nombreux domaines :

• Réduction des pertes de ligne et d'équipement grâce à des courants plus faibles et à une meilleure efficacité.
• Libération de la capacité bloquée, évitant les investissements en capital dans de nouvelles infrastructures.
• Amélioration du facteur de puissance, éviter les pénalités et gagner des incitations.
• Baisse des frais de demande maximale grâce à une meilleure gestion de la charge.
• Avantages fiscaux grâce à l'amortissement accéléré de l'équipement de qualité de l'énergie.
• De meilleurs profils de tension améliorent l'efficacité de l'équipement du client.
• Réduction de la distorsion harmonique, réduisant les pertes de cuivre, de cœur et les pertes parasites.
• Prévention des dysfonctionnements de l'équipement, évitant les coûts de perte de production.
• Élimination des pannes imprévues grâce à une maintenance proactive.
• Prolongation de la durée de vie des équipements grâce à la réduction des contraintes électriques et thermiques.
• Les températures de fonctionnement plus basses maximisent le retour sur investissement de l'infrastructure.

Le bilan

Les enregistreurs de perturbations multifonctionnels transforment les services publics, qui passent de la résolution réactive des problèmes à la gestion proactive des systèmes. En offrant une visibilité complète du comportement du réseau, ces appareils aident les opérateurs à identifier et à corriger les problèmes avant qu'ils ne se transforment en pannes coûteuses, en interruptions prolongées ou en dommages aux équipements.

Avec des périodes de retour sur investissement généralement inférieures à un an et des économies de coûts couvrant la localisation des défauts, la protection des équipements, la gestion de la qualité de l'énergie et l'analyse automatisée, l'IDM+ représente un investissement stratégique dans la fiabilité du réseau et l'efficacité opérationnelle. Alors que les problèmes de qualité de l'énergie continuent de croître avec l'augmentation des charges non linéaires, disposer d'outils pour détecter et traiter les problèmes à un stade précoce devient non seulement bénéfique, mais aussi essentiel pour maintenir des opérations compétitives.