html{display:none} Histoire de la modernisation de PNM | Schweitzer Engineering Laboratories
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La technologie propulse les entreprises de services publics dans une nouvelle ère de protection des réseaux électriques

Histoire de la modernisation de PNM

Le deuxième jour de test, il savait. Henry Moradi voyait non seulement une solution pour son réseau électrique, mais avait également un avant-goût de l’avenir de la protection des réseaux électriques. C’est ce qu’on appelle la protection de ligne à domaine temporel SEL-T400L. Le 7 mai 2018, PNM devient la première entreprise de transport d’électricité au monde à utiliser les relais SEL-T400L associés à la technologie de domaine temporel pour déclencher des disjoncteurs de ligne : une étape significative de la prochaine phase dans le secteur de la protection des réseaux électriques.

Moradi travaille pour la Public Service Company of New Mexico (PNM) comme responsable de l’ingénierie réseau. Sa direction et lui-même ont entamé une mise à niveau majeure du système de protection de leur réseau électrique, et l’une des premières lignes de transport du projet pose déjà problème.

Il s’agit d’une ligne de 345 kV compensée en série qui relie le nord du Nouveau-Mexique à la région d’Albuquerque. PNM construit une interconnexion sur cette ligne pour un autre client. Cependant, la division de la ligne entraîne une surcompensation sur la première portion d’environ 150 pour cent. Cette portion de ligne semble bien plus courte, sur le plan électrique, ce qui engendre une mauvaise coordination et des écarts inhérents dans la protection des relais.

Les systèmes différentiels de courant de ligne offerts par les relais de protection classiques auraient pu fonctionner, mais si les relais perdaient les communications, les systèmes d’impédance de distance basés sur les phaseurs poseraient problème. Ces systèmes seraient dans l’incapacité de garantir une coordination correcte et une protection rapide.

Toutefois, PNM a entendu parler d’un nouveau relais de protection développé par Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) qui sort de l’ordinaire.

Le 12 mars 2018, Moradi et son équipe arrivent au siège de SEL à Pullman, dans l’État de Washington, pour effectuer un essai de réception en usine d’une durée d’une semaine à l’aide du SEL-T400L. Ces essais utilisent une simulation numérique pour modéliser des répliques du réseau électrique, ce qui permet aux ingénieurs de tester toutes sortes de scénarios en conditions réelles avec un nombre quelconque de variables avant la mise en service.

Au lieu d’utiliser des mesures de phaseur, le nouveau relais fonctionne dans le domaine temporel, en s’appuyant sur des quantités incrémentales et des principes d’ondes progressives. Ce relais est unique au monde. 

La Public Service Company of New Mexico (PNM) est le plus grand fournisseur d’électricité de l’État, desservant plus de 500 000 résidents et clients professionnels au Nouveau-Mexique. Elle s’engage à préserver l’environnement en procédant à des mises à niveau technologiques à l’échelle du réseau qui feront la différence pour les générations à venir.

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« Au départ, nous envisagions d’utiliser le relais, mais seulement en mode de surveillance », affirme Moradi. « Puis nous avons effectué la simulation. »

Moradi appelle son supérieur, Alwyn Vanderwalt, directeur technique du transport et de la distribution chez PNM, et lui décrit les résultats du test. Le SEL-T400L est si rapide qu’il n’a même pas vu la surcompensation. Le problème est réglé.  

« Lorsque nous avons effectué la simulation, nous avons compris que, quoiqu’il arrive, le relais était conçu spécifiquement pour la sécurité », déclare Moradi. « Nous avons observé qu’il comblerait les lacunes de la protection classique, et qu’il ne se déclencherait pas de façon intempestive. Pour nous, c’était un choix logique de mettre en œuvre cette technologie dernier cri pour répondre aux besoins de notre réseau. »

Vanderwalt ajoute « Autoriser l’utilisation du relais en mode de déclenchement était une décision facile. » 

« Je suis dans le métier depuis un bon bout de temps, et c’est la première fois depuis le relais numérique que je vois une telle évolution en matière de fonctionnalité des relais. »
—Todd Fridley
Vice-président des opérations au Nouveau-Mexique, PNM

Il n’y a pas deux systèmes identiques

La décision de PNM d’utiliser le SEL-T400L touche un sujet plus profond à l’échelle du secteur : la nécessité de moderniser le réseau électrique.

« La plupart des défis de l’industrie actuelle relèvent exactement du sujet de ce projet », affirme Todd Fridley, vice-président des opérations de PNM au Nouveau-Mexique, « et cela consiste à essayer de trouver une manière d’intégrer une technologie plus intelligente et plus efficace pour améliorer notre infrastructure afin de maintenir des niveaux extrêmement élevés de fiabilité du réseau électrique et du service à nos clients. »

Fondamentalement, un service public se doit d’être au service du public. Les individus veulent être connectés, ils veulent de l’électricité sans avoir à y penser, ils veulent des factures peu élevées et ils veulent éviter les coupures d’électricité.

Le devoir de fournir ce type de service en continu, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, incombe aux services publics. Ils doivent entretenir, protéger et exploiter leurs réseaux jour et nuit et souvent en dépit d’un équipement obsolète, de systèmes de protection divers et de normes industrielles en constante évolution.

« Nous devons rester concentrés et agir de manière stratégique sur nos investissements pour moderniser notre réseau, et nous devons réfléchir à la manière dont ces types de nouvelles technologies s’intègrent à nos objectifs à court terme et à long terme pour maintenir des niveaux élevés de service à la clientèle », explique Fridley. « C’est un point dont les services publics doivent tenir compte, car nous poursuivons notre mission de subvenir aux besoins électriques futurs de nos clients. »

Pour Moradi, Vanderwalt et Fridley, cette situation est plutôt stimulante. Ils ont en commun un penchant pour la technologie moderne et la prise de décision. Lorsqu’ils observent le réseau électrique de PNM dans une perspective à long terme, ils sont conscients du besoin de modernisation.

« Au fil des années, très peu d’efforts ont été entrepris pour fournir une protection standardisée du réseau de transport de PNM », affirme Vanderwalt. « Il n’y a pas deux systèmes de protection identiques, et cela a entraîné des systèmes complexes en matière d’entretien et d’exploitation. »

Poste électrique de Cabezon, le site où les premiers relais SEL-T400L ont été installés.

C’est un piège dans lequel il est facile de tomber. Au fil du temps, les ingénieurs travaillant sur l’infrastructure au cours de différentes périodes élaborent et développent de nouveaux systèmes de protection et mettent en service de nouveaux relais. Au fil des changements de personnel, chaque système est légèrement modifié, un ajustement par-ci, un ajustement par-là.

La lourde tâche retombe sur les techniciens de relais qui entretiennent ces systèmes de protection et relais. Sans standardisation, ils doivent comprendre et appréhender le fonctionnement de chaque système, la configuration, la logique de déclenchement et les réglages. Et pour couronner le tout, de nombreuses entreprises de services publics d’électricité, dont PNM, ont toujours un fort pourcentage de relais électromécaniques en service.

« Selon moi, les relais électromécaniques, étant donné leur âge et le peu d’informations qu’ils transmettent après un défaut, constituent un argument solide en faveur d’une transition rapide vers des éléments de protection plus modernes et plus précis », déclare Vanderwalt. « En cas de coupure de courant liée à des relais électromécaniques, il est bien plus difficile d’analyser le défaut et d’y remédier. »

Il explique que certaines coupures ont été aggravées en raison d’erreurs d’application des relais et du manque de fonctionnalité.

« Une seule de ces coupures peut toucher des dizaines de milliers de clients », explique Vanderwalt. « Il était clair pour moi que nous ne pouvions pas continuer sur cette voie. Nous avons décidé qu’il nous fallait une approche plus large, plus holistique de mise à niveau de nos systèmes de protection. »

Nous ne nous contentons pas du « suffisant »

« Cette transition garantira la cohérence de la conception et l’amélioration des systèmes pour nos ingénieurs et techniciens de relais, de sorte qu’ils puissent mieux gérer nos systèmes de protection de réseau », affirme Moradi.

Ce projet comprend non seulement les relais de protection, mais également les schémas du système de protection, les modèles, les processus de documentation, les calculs de paramètres et le matériel.

« Nous réduirons les dysfonctionnements et les coupures de courant, mais si coupure il y a, nos équipes disposeront d’une logique améliorée pour mieux déterminer et localiser la cause de cette coupure », déclare Moradi. « Ils savent déjà à quoi ressemble le système, ils connaissent la logique, ils peuvent effectuer de meilleures analyses des défauts, et nous réduirons le nombre d’heures d’entretien et diminuerons les coûts pour nos clients. »

Aperçu de l’intérieur du poste électrique de Cabezon, où les premiers relais SEL-T400L de PNM ont été installés.

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Les mises à niveau d’infrastructure constituent un engagement considérable, sans compter l’énorme investissement. Pour certains, elles peuvent même sembler sans intérêt. Mais pour PNM, ces mises à niveau et ces projets ont injecté une énergie nouvelle à la société, en particulier au service transport et distribution. C’est passionnant et contagieux.

« Notre industrie peut parfois avoir tendance à se contenter d’attendre et à espérer que rien de grave ne se produise », constate Fridley. « Nous devrions anticiper les besoins futurs et veiller à ce que nos investissements soient stratégiques et ciblés pour fournir le service que nos clients souhaitent et méritent. Nous modifions le positionnement de l’industrie, et nous ne devons pas nous laisser décourager par l’ampleur de la tâche, en matière de difficultés, de temps ou d’investissement. »

Même si un relais unique ne compose pas un réseau électrique, rien ne représente mieux l’état d’esprit progressiste de PNM que le SEL-T400L.

« Nous n’avons pas cherché à standardiser à partir de quelque chose de “suffisant” », explique Moradi. « Nous avons décidé que si nous devions consacrer du temps et des efforts à ce projet, nous devions installer le système de protection le plus récent et le plus robuste et l’intégrer à notre conception actuelle. »

Le génie en toute simplicité

Au départ, PNM souhaitait appliquer la même approche avec le SEL-T400L que les autres entreprises de services publics qui l’avaient acheté. Elles voulaient l’utiliser, ce qui est un bon départ, mais seulement en mode de surveillance, et donc pas pour la résolution des défauts.

Elles jouent la carte de la sécurité. Ce qui inquiète la plupart des entreprises de services publics, c’est le délai de réaction du relais : elles craignent que le système ne fonctionne pas correctement, c’est-à-dire qu’il se déclenche pour un défaut hors zone, ce qui est superflu. En parallèle, l’indifférence à l’égard de la vitesse de déclenchement est générale. Nombreux sont ceux qui pensent qu’il n’y a aucun intérêt à ce qu’un relais se déclenche en quelques millisecondes.

Si le réseau électrique doit tout de même attendre que le disjoncteur s’ouvre, la vitesse importe-t-elle vraiment ? Pour PNM, la réponse est « oui ».

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« La technologie appliquée ici avec ces nouvelles capacités de relais est simplement stupéfiante en matière de délai de résolution des défauts », affirme Fridley. « Et il ne s’agit pas que d’un léger gain de temps ; ce sont de multiples gains de temps. Si l’on regarde vraiment la cause des défaillances et de la dégradation de l’équipement dans le temps, c’est la durée pendant laquelle ces niveaux extrêmement élevés de courant de défaut destructeurs demeurent sur le réseau. Une diminution des délais de résolution et du nombre de défauts se traduit directement par une détérioration moindre de l’équipement dans le temps, une augmentation de sa durée de vie et, pour finir, une réduction des coûts d’entretien et d’investissement. »

Néanmoins, les nouvelles technologies présentent aussi des inconvénients. On dirait un jeu épuisant qui consiste à se mettre au courant au regard des nouveautés qui sortent chaque jour ou chaque semaine et qui vous faciliteront la vie ou vous permettront de faire quelque chose de mieux.

Mais de temps à autre, une nouveauté captive l’industrie et provoque un changement ou une adaptation de comportement. Une grande partie de cette qualité remarquable est le fruit de la conception. C’est ainsi que se positionne le SEL-T400L sur le marché de l’électricité. 

« Quand je regarde le SEL-T400L, c’est ce que je vois : le génie en toute simplicité », affirme Fridley. « C’est difficile à expliquer aux personnes qui ne comprennent pas la protection par relais, mais ce qui le différencie vraiment de nos dispositifs de protection traditionnels, c’est sa conception, sa fonctionnalité et sa simplicité. »

Sa conception comprend notamment une localisation de défaut par ondes progressives, une technologie qui peut éviter des heures et des heures de recherche de défauts. La technologie par ondes progressives du SEL-T400L permet de localiser un défaut dans le périmètre d’un pylône.

« C’est incroyablement précis, et ici à l’ouest, c’est le plus important », explique Fridley. « Nous avons des lignes de transport immenses qui parcourent de longues distances dans des régions étendues et désertes. Les inspecter prend beaucoup de temps et d’effort ; la localisation précise d’un défaut constitue donc une révolution pour nous. »

Après avoir constaté les performances du SEL-T400L en matière de localisation de défaut dans le laboratoire de simulation, PNM décide d’installer ce relais, associé au système avancé de protection différentielle, d’automatisation et de contrôle SEL-411L sur l’ensemble de ses lignes de transport de 345 kV. Elle évalue actuellement la possibilité d’installer ce duo sur les autres lignes du réseau.

Grâce à des technologies révolutionnaires dans le domaine temporel, la protection de ligne avec domaine temporel SEL‑T400L peut déclencher en toute sécurité en 1 ms, enregistrer les événements avec un échantillonnage de 1 MHz et localiser les défauts relativement au pylône le plus près.

C’est notre devoir envers l’avenir

Quel que soit le secteur, vous avez sûrement entendu quelqu’un dire « et bien, c’est ainsi que nous avons toujours procédé », en réponse à un changement proposé ou imminent.

Les personnes se sentent à l’aise. Peut-être qu’elles craignent de ne pas pouvoir suivre le rythme. Changer demande du travail. Et il y a une part d’inconnu.


« Je reviens toujours à l’époque où les entreprises de services publics d’électricité envisageaient d’installer des lignes de transport de 345 kV et 500 kV pour la première fois », déclare Fridley. « Je suis certain que les opposants au projet disaient “Pourquoi aurions-nous besoin de ces tensions énormes, c’est de la folie et les disjoncteurs coûtent un bras et les transformateurs sont hors de prix”. Je les entends d’ici. »

« Et pourtant, il s’agit littéralement de l’épine dorsale de notre système contemporain. Si les progressistes n’avaient pas eu l’idée de construire, d’investir et de relever ce défi avec des tensions plus élevées, des structures plus vastes, et un équipement plus coûteux, nous ne profiterions pas du réseau dont nous disposons aujourd’hui. »

« Aujourd’hui, nous devons faire preuve de ce même état d’esprit. Nous investissons pour l’avenir : c’est une bonne chose, c’est un effort de modernisation et c’est notre travail. C’est notre devoir envers l’avenir que de faire ces investissements aujourd’hui, pour que notre système continue de répondre à nos besoins. »


Guidée par ce courant de pensée, PNM fait évoluer l’idée même de l’entreprise de services publics. Ces pionniers intègrent un équipement de pointe à leurs réseaux électriques : ils sont le fer de lance des nouvelles technologies et ouvrent la porte aux idées nouvelles.

Pour poursuivre la modernisation du réseau et l’amélioration de la protection du système, leur objectif ultime demeure le même : être une source de confiance et de service inépuisable pour leurs clients du Nouveau-Mexique.

—Fin—

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