Le pouvoir de la précision : Comment les systèmes à ondes progressives révolutionnent la localisation des défauts et améliorent la fiabilité du réseau

Dans le monde interconnecté d'aujourd'hui, la fiabilité de l'approvisionnement en électricité est primordiale. Les coupures de courant perturbent les vies, les entreprises et les infrastructures essentielles, entraînant des pertes économiques et des problèmes de sécurité. Les services publics s'efforcent constamment de réduire la durée des pannes et d'améliorer la résilience du réseau.

Un facteur clé pour atteindre cet objectif est la capacité à localiser rapidement et précisément les défauts sur les lignes de transmission. Cet article de blog traite de la technologie innovante de localisation des défauts par ondes progressives (TWFL) et de son impact sur la localisation des défauts et la fiabilité du réseau.

L'urgence de la localisation rapide des défauts

Lorsqu'un défaut se produit sur une ligne de transmission, il est impératif d'isoler la section défectueuse, d'entamer les réparations et de rétablir le fonctionnement normal aussi rapidement que possible. Cette urgence découle des implications économiques de pannes prolongées et des pressions réglementaires visant à maintenir une qualité d'approvisionnement élevée.

Les services publics sont tenus de minimiser les "minutes perdues par les clients", un indicateur de performance clé utilisé par les régulateurs pour évaluer leur efficacité. La nécessité d'une localisation rapide des défauts est d'autant plus grande dans les réseaux de sous-transmission fonctionnant en dessous de 100 kV. Ces réseaux sont souvent plus étendus, moins robustes et ont une redondance limitée, ce qui les rend sensibles aux pannes et augmente l'impact sur les interruptions de service des clients.

Spectre des défauts : Permanent, intermittent et transitoire

Les défauts sur les lignes de transmission aériennes peuvent se manifester dans trois catégories principales : permanents, intermittents ou récurrents et transitoires.

Traditionnellement, les défauts intermittents et transitoires recevaient moins d'attention. Cependant, l'importance croissante accordée à la qualité de l'approvisionnement et la possibilité que ces défauts se transforment en défauts permanents ont modifié cette perspective.

Limites des méthodes traditionnelles basées sur l'impédance

Les méthodes traditionnelles de localisation des défauts reposaient principalement sur des calculs d'impédance. Ces techniques, bien qu'utiles, manquent souvent de la précision et de la cohérence nécessaires pour localiser avec précision le défaut, en particulier pour les événements intermittents ou transitoires.

Entrez dans les systèmes à ondes progressives : Un changement de paradigme dans la localisation des défauts

Les systèmes modernes de localisation des défauts par ondes progressives (TWFL) ont changé la donne, en offrant une alternative extrêmement précise et fiable aux méthodes traditionnelles.

Les marqueurs temporels capturés sont ensuite transmis à un emplacement central, où des algorithmes sophistiqués, combinés à des informations sur la longueur de la ligne et la vitesse de propagation des ondes, calculent la distance jusqu'au défaut. Cette méthode à double extrémité (type D) élimine le besoin d'intervention de l'opérateur et fournit des données automatisées en temps réel sur la localisation des défauts.

Précision redéfinie : Déchiffrer la précision de TWFL

La haute précision et la cohérence fournies par TWFL donnent aux ingénieurs d'exploitation une confiance sans précédent dans les données de localisation des défauts.

• Déploiement rapide des équipes de réparation : La localisation précise des défauts permet aux services publics d'envoyer des équipes de réparation directement sur le site du défaut, éliminant ainsi le temps perdu à chercher l'emplacement du défaut. Cela se traduit par des réparations plus rapides et un rétablissement plus rapide du service.
• Maintenance préventive ciblée: La TWFL fournit des informations précieuses sur la nature et l'emplacement des défauts intermittents ou transitoires. L'analyse des tendances de ces événements permet aux services publics d'identifier les problèmes récurrents, tels que les isolateurs pollués ou endommagés ou l'empiètement de la végétation, et d'y remédier de manière proactive par une maintenance ciblée. Cette approche proactive minimise le risque que ces défauts se transforment en pannes permanentes.
• Amélioration de la compréhension des causes des défauts: Les données TWFL peuvent aider à identifier les causes profondes des défauts. Par exemple, la corrélation entre l'emplacement des défauts et les systèmes de détection de la foudre fournit des preuves solides de l'existence de défauts provoqués par la foudre. Dans d'autres cas, le TWFL a révélé que l'activité des oiseaux était à l'origine de pannes initialement attribuées à la foudre, ce qui souligne la capacité du système à découvrir des causes moins évidentes et à améliorer la précision de la classification des pannes.
• Amélioration de la restauration du système: L'identification rapide et précise de l'emplacement des pannes facilite un retour plus rapide à des conditions de fonctionnement normales pour les réseaux en panne. Cela permet de réduire les temps d'indisponibilité des clients et d'améliorer la fiabilité globale du système.

Infrastructure de communication : L'épine dorsale de la localisation des défauts à double extrémité

La méthode de localisation des défauts à double extrémité (type D) employée par la TWFL repose sur l'échange transparent d'informations entre les extrémités de la ligne et un site de traitement central.

• Ethernet: Les connexions Ethernet offrent une large bande passante et une grande fiabilité, ce qui en fait un choix privilégié lorsqu'elles sont disponibles.
• Modems commutés: Les modems commutés constituent une solution rentable, en particulier dans les scénarios où les exigences en matière de bande passante sont limitées.
• GSM/GPRS: Les modems GSM (Global System for Mobile communications) et GPRS (General Packet Radio Service) tirent parti de l'omniprésence des réseaux de téléphonie mobile, offrant une flexibilité dans les zones où les autres options de communication sont limitées.
• Canaux SCADA: L'intégration des données du TWFL dans les systèmes SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) existants gagne du terrain, en particulier aux États-Unis. Cette approche utilise les canaux de communication établis et nécessite un logiciel spécialisé sur le maître SCADA pour traiter les données TWFL et calculer la localisation des défauts.

Installation et surveillance du signal : Considérations pratiques

Les systèmes TWFL sont souvent installés dans des sous-stations existantes, ce qui souligne la nécessité de procédures d'installation faciles et non intrusives. La méthode de surveillance du signal dépend de la configuration de la terminaison de la ligne:

• Surveillance du courant: Dans les sous-stations où plusieurs lignes sont connectées à un jeu de barres et où l'impédance de terminaison est faible, il est préférable de surveiller la composante de courant de l'onde progressive. Pour ce faire, on utilise généralement de petites pinces de courant à noyau divisé placées autour du câblage du TC dans le panneau de protection. Un espace d'air est introduit pour filtrer les signaux de puissance à basse fréquence.
• Contrôle de la tension: Lorsque les lignes se terminent par des transformateurs ou des lignes à double circuit avec la possibilité de mettre une ligne hors circuit, l'impédance de terminaison devient élevée. Dans ces cas, il est nécessaire de surveiller la composante de tension de l'onde progressive. La méthode préférée consiste à utiliser le transformateur de tension à condensateur (CVT) de la ligne, s'il est disponible. Un TC toroïdal est installé dans la prise de terre de la pile de condensateurs du CVT pour capter les composantes haute fréquence de la tension de ligne, qui sont alors amplifiées.

⁠Le signal est ensuite transmis à la salle de relais via un câble blindé et contrôlé à l'aide d'un TC standard à noyau divisé. Bien que cette technique offre un bon couplage haute fréquence, elle nécessite une coupure de la ligne pour l'installation d'un TC toroïdal et un nouveau câblage vers la salle de relais.

En complément du dispositif de surveillance du signal, une antenne GPS est généralement montée sur le toit de la sous-station, assurant une vue dégagée du ciel pour une synchronisation temporelle précise.

La TWFL en action : Études de cas et résultats sur le terrain

L'efficacité du TWFL à double extrémité dans les applications réelles est bien documentée par de nombreuses études de cas et déploiements sur le terrain:

• Écosse: Une étude de deux ans sur un circuit relativement court de 35.Les résultats obtenus sur un circuit de 140 km en Afrique du Sud sur une période de six mois ont confirmé la fiabilité de la TWFL, les patrouilles de ligne confirmant à chaque fois l'exactitude des localisations de défauts dérivées de la TWFL. En revanche, les résultats des relais d'impédance ont montré des erreurs significatives allant de 1,7 % à 23 %.
• USA: Une compagnie d'électricité aux États-Unis a équipé 12 circuits de 500 kV avec des dispositifs TWFL. Les comparaisons entre les données TWFL et les systèmes de détection de la foudre pendant un orage ont montré une forte corrélation, même dans les cas où la ligne ne s'est pas déclenchée, soulignant la sensibilité de TWFL aux ondes progressives induites par la foudre.
• Circuit 500 kV Dominion 22: Cette ligne de 39,07 miles, construite dans les années 1920 avec des tours en bois, présentait des défis pour les méthodes traditionnelles de localisation des défauts en raison des défauts à la terre typiquement à haute impédance. Cependant, la TWFL a déclenché et localisé avec succès les 10 déclenchements de ligne depuis l'installation, démontrant ainsi son efficacité dans des scénarios difficiles.

Ces exemples concrets soulignent la fiabilité, la précision et la polyvalence de la TWFL pour localiser avec précision les défauts dans diverses configurations de réseau et divers types de défauts.

Horizons futurs : Extension de la portée de la TWFL

Le succès de la TWFL dans les systèmes de transmission à haute tension a ouvert la voie à l'extension de son application aux systèmes à plus basse tension, qui présentent souvent des complexités telles que des prises et des dérivations multiples.

Conclusion : TWFL - Une pierre angulaire de la fiabilité du réseau moderne

Les systèmes à ondes progressives ont révolutionné la localisation des défauts, fournissant aux services publics un outil puissant pour améliorer la fiabilité du réseau et minimiser les durées d'interruption. La précision, l'automatisation et la capacité d'analyse de tous les types de défauts font des TWFL un atout indispensable pour les réseaux électriques modernes.

La recherche et le développement continuant à repousser les limites de cette technologie, les TWFL joueront un rôle de plus en plus critique pour assurer la stabilité, la résilience et l'efficacité du réseau électrique à l'avenir.