Méthode de sureté de fonctionnement pour une - univ

Quatrième Conférence Internationale sur le Génie Electrique CIGE’10, 03-04 Novembre 2010, Université de Bechar, Algérie
Méthode de sureté de fonctionnement pour une maintenance efficace
Application à un poste électrique (60/10KV)
Chaker.A , Benaicha.H
Laboratoire SCAMRE- ENSET Oran- BP 1523 El M’Naouer
Oran - Algérie.
Résumé— La maitrise des techniques de la
sûreté de fonctionnement des systèmes
électriques pose de sérieuses difficultés en
Algérie au sein de la société de distribution
d’électricité. Le choix des composants du
réseau est surtout basé sur une approche
pratique. Afin de pallier à cette carence,
nous proposons dans le présent article,
l’utilisation des
méthodes de sûreté de
fonctionnement pour mener efficacement
une étude de sécurité des systèmes électriques
pour le choix des composants permettant un
gain en temps et en coûts .Elle sera basée sur
une
analyse
fonctionnelle,
puis
la
modélisation du fonctionnement du système
en phase d’écoulement normal de puissance.
Sur la base du modèle ainsi obtenu, on
donnera L'évaluation des caractéristiques
probabilistes de sûreté de fonctionnent du
système. Afin de montrer l’avantage de ces
méthodes, nous illustrons le travail par une
étude sur un poste réel de distribution
électrique de 60/10 KV.
Mots Clés : Maintenance, Réseau électrique,
Poste HT 60/10KV, FMD, Fiabilité, sûreté de
fonctionnement.
I. INTRODUCTION
Le 24 Aout 2008, une défaillance technique
survenue dans le poste d’Oulet Fayet en Algérie avait
généré une importante coupure en privant des milliers de
foyers d’électricité. Les exemples de ce type d’incidents
sont devenus très fréquents à cause des défaillances dans
le réseau et les installations ,le vieillissement des
équipements des systèmes électriques, des difficultés de
pouvoir placer de nouveau pylônes et de nouveaux
postes électriques . De plus ces coupures à répétition
sont inacceptables pour les clients qui exigent et
demandent une énergie électrique de bonne qualité en
termes de tension, de fréquence et de forme d’onde, à
meilleur prix, qui doivent être maintenus à l’intérieur de
certains écarts.
Journal of Scientific Research N° 0 vol. 2 (2010)
Pour assurer l’intégrité physique du système et pallier
aux coupures d’électricité il faut garantir la sûreté de
fonctionnement (Sdf ) du système électrique dont le but
est d’assurer le fonctionnement du système , limiter le
nombre d’incidents et éviter les grands incidents [1] .
L’étude de la Sdf est un outil très utilisé comme moyen
d’évaluation des risques induits par les coupures
d’énergie électrique et d’amélioration de la fourniture de
l’énergie électrique.
L’idée directrice de ce travail est d’assurer la sûreté
du
poste
électrique
60/10
KV
de
la
SONELGAZ(Algérie) .Notre but est de diminuer la
durée et le nombre des coupures dues à
des défaillances ou à des actes de malveillances …etc.
Les principales questions que nous avons soulevés et
auxquelles nous avons tenté d’amener des éléments de
réponses sont les suivantes :
- Quels sont les facteurs d’influences menant vers
des dysfonctionnements du poste électriques dans son
ensemble ou de certains de ses composants ?
- Quels sont les valeurs des taux de coupures et de
réparation utilisés pour nos calculs ?
- Quels sont les composants qu’il soit préférables
de réparer les premiers et ceux dont les performances
FMD doivent être améliorées afin d’améliorer les
performances globales du système ?
Pour cela le poste doit être mis sous surveillance et
contrôlé en permanence
par la mise en place des systèmes d’aide au diagnostic
des pannes.
Dans cet article, on présente les différentes étapes
permettant de réaliser
l’étude de sûreté de
fonctionnement du poste.
II. LES DIFFERENTES ETAPES DE L’ETUDE DE SDF D’UN
POSTE HT/BT
L’étude comprend les étapes suivantes:
- Initialisation
- Analyse fonctionnelle du système,
- Calcul des indicateurs et fonctions de fiabilité,
maintenabilité et disponibilité du système,
- Calcul des facteurs d’importance des composants du
système,
- Analyses des résultats obtenus et conclusion.
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III.
INITIALISATION
Lors de cette étape, le groupe de travail décrit la
problématique de l’étude, son contenu et ses limites. Il
réunit les données nécessaires à la conception, la
fabrication et l’exploitation du poste et se met d'accord
sur ce qui est exactement attendu de l’étude en mettant
en place les supports papiers et informatiques
nécessaires au bon déroulement de l’étude. Il établit le
planning des réunions et fixe clairement les limites
matérielles du système et les objectifs attendus dans le
cadre de la ou les situations de vie considérées (missions
et phases de fonctionnement).
A. Description du poste électrique (60/10KV)
Le poste HT/BT relie plusieurs sections d’un réseau il
permet de répartir l’électricité sur les différentes lignes
et de la faire passer d’une tension à l’autre grâce aux
transformateurs. Le poste regroupe un ensemble
d’équipement destiné à en assurer la protection et
faciliter
l’exploitation. Avant une étude
FMD, il est essentiel d’écrire le poste de distribution
HT/BT d’Oran Est [4].Il s’agit de détailler tous les
composants du poste essentiels à son utilisation et sa
protection. Les postes sont équipés essentiellement d’un
jeu barres connectées à deux arrivées de puissance 60
kV. Les arrivées
comprennent chacune une cellule
disjoncteurs, une cellule sectionneurs, et une cellule
transformateurs qui servent à abaisser le niveau de
tension de la source à 10 KV. Les deux demi jeux de
barres sont alimentés respectivement par les deux
arrivées, le disjoncteur de couplage étant ouvert .La
défaillance de l’une des deux sources, entraine la
fermeture du disjoncteur de couplage au même moment
les deux demi jeux de barres sont alimentés par l’autre
source. En cas de défaut sur un demi jeu de barre (ou
maintenance de celui-ci), une partie seulement des
départs n’est plus alimentée.
IV. ANALYSE FONCTIONNELLE DU POSTE
Pour l’étude de Sdf du poste, l’analyse fonctionnelle
est un préalable obligatoire. Elle consiste à raisonner en
termes de besoins à satisfaire, exprimés sous forme de
fonctions à remplir avec des critères de valeurs dans un
environnement donné [12].
Pour faire une étude pertinente de Sdf d’un système,
il est impératif de connaître ses décompositions
matérielle et fonctionnelle, les facteurs d’influence
internes et externes qui concourent à l’amélioration de
sa Sdf et ceux qui, au contraire, constituent une entrave
et mènent vers des dysfonctionnements probables.
L’analyse fonctionnelle permet, grâce à une très bonne
prise de connaissance de l’ensemble des facteurs
matériels, humains et environnementaux, de rendre
l’étude de la Sdf plus pertinente et plus juste. Pour cela,
deux types d’analyse peuvent être envisagés : Une
analyse fonctionnelle externe et une analyse
fonctionnelle interne.
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A. Expression et analyse du besoin
La réduction du nombre de coupures électriques et de
leurs durées fait appel à des équipements de redondance
et de remplacement d’ouvrages nécessitant entre autres
des reconfigurations des schémas électriques au niveau
des postes. Ces techniques sont coûteuses et ne suffisent
pas à elles seules pour résoudre tous les problèmes. Par
conséquent, seule une étude pertinente FMDS pourrait
garantir la Sdf de ces postes. Cette étude permettra de
déterminer les reconfigurations des schémas électriques
en fonction de la disponibilité des ouvrages pour
répondre aux besoins de continuité de fonctionnement.
Elle définira la politique de maintenance optimale qui
s’adapte le mieux aux besoins de l’exploitant et des
clients dans le cadre d’une démarche de qualité et de
productivité.
I. Analyse fonctionnelle externe
Lors de cette phase, on doit définir avec précision les
limites du système étudié, ses situations de vie, ses
milieux extérieurs et ses fonctions principales et de
contraintes.
a) Les limites du système
Notre étude ne prendra en considération que les
composants de base du poste HT/BT. Les connexions
(fils et câbles) n’ont pas été concernées par cette étude.
b) Les situations de vie du système
Les situations de vie du système étudié sont nombreuses
et chacune d’elle peut faire l’objet d’une étude Sdf et
peut être elle-même décomposés en plusieurs phases.
Chaque phase correspond à une configuration spécifique
du schéma électrique du poste ou une séquence
particulière
du
fonctionnement (par exemple le
déclenchement d’un disjoncteur ou la manœuvre d’un
sectionneur) mettant en jeu une combinaison d’ouvrages
remplissant chacun une fonction définie. Dans notre
étude, nous considérons la phase d’écoulement normal
de puissance correspondante à la configuration de la
figure 1. La puissance aux deux arrivées répartie sur
les départs concernés selon un plan de répartition
optimale des puissances mis en
application par
l’exploitant du réseau électrique.
c) Les milieux extérieurs et les fonctions du système
1) La recherche des milieux extérieurs pris en compte
dans l’étude se fait par les situations de vie du système
données sur la figure 1
2) Une fois tous les milieux extérieurs ayant une
liaison avec le fonctionnement du poste recensés il faut
ensuite déterminer les fonctions du poste. Il y’a deux
sortes de fonction de service.
- La fonction principale (FP1): détermine les raisons
pour lesquelles le système a été crée .Elle correspond à
une relation entre deux milieux extérieurs.
FP1 : Répartir le flux de puissance vers les demi-jeux
de barre.
C. Analyse fonctionnelle interne
a) La décomposition fonctionnelle
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Le système global ou « Site » représentant le poste dans
son environnement a été décomposé en deux sous
systèmes : le poste 60/10KV et le milieu ‘Extérieur’,
eux-mêmes décomposés en trois niveaux. L’étude
concerne l’étage inférieur du découpage arborescent du
système global dont les blocs sont montrés sur la figure
2 [8].
b) La décomposition fonctionnelle
Les fonctions de services (fonctions principales et de
contraintes) mises en jeu lors du fonctionnement du
poste ont été identifiées à partir de l’inventaire des
milieux extérieurs en phase d’écoulement normal de
puissance dans le cadre de la mission considérée. Ces
fonctions représentent le support des différents types
d’interaction exercés entre les blocs fonctionnels
« feuilles » du système. L’état de sortie d’une fonction
de sortie d’un bloc « feuille » est le résultat d’un
polynôme logique dont les variables sont les états des
fonctions d’entrée de ce bloc et les états du bloc luimême. La réalisation des fonctions principales entrant
dans le cadre de la phase et la mission de
fonctionnement choisie se traduit par le réseau
fonctionnel de la figure 3.
V CALCUL DES INDICATEURS DU POSTE
Le diagramme de fiabilité correspondant au système
étudié pour la mission «Répartition optimale de la
puissance sur les départs issue des arrivées A1 et A2 »
est donné sur la figure (4).
La représentation du poste HT/BT lors de
l’accomplissement de la mission est sous forme de blocs
en redondance , le diagramme normalisé affiche alors un
bloc de couleur différente (jaune) des blocs de la
modélisation (boite noire).Ce bloc peut être visualisé
sous la forme de la figure(5). Dans notre étude, l’analyse
des performances de la sûreté de fonctionnement
s’appuie sur les données de fiabilités (remis sur le poste
par la SONELGAZ pour une mission de durée arbitraire
d’une année) permettant d’estimer les taux de coupures
et de réparation. Ainsi, pour des valeurs constantes des
taux de coupures électrique et de réparation et une loi
de répartition
exponentielle des défaillances des
composants, on peut calculer les indicateurs et les
fonctions Fiabilité, Maintenabilité et Disponibilité du
système à l’étude. Les valeurs de ces derniers calculées
pour des taux de coupures et de réparation pris sur les
références [3], sont données dans le tableau 1.
Données
Disponibilité
MTTF
MTBF
MDT
MUT
Valeurs
0,9991041
1038,26305789
1040,26325139
1,00011524
1209,54378931
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.
TABLEAU 1 Indicateurs FMD du poste HT/BT
V.
CONCLUSIONS
Cet article présente l’enchainement de différentes
méthodes de sûreté de fonctionnement permettant de
déterminer les coûts, méthodes et outils d'une
maintenance appropriée au système afin d'optimiser son
coût global. Une analyse fonctionnelle externe a permis
de mettre en évidence les relations entre le poste
électrique étudié et son milieu extérieur et de recenser
toutes les fonctions de service et de contrainte. Une
Analyse fonctionnelle Interne a permis de réaliser un
modèle de fonctionnement du système tenant compte
de tous les facteurs d’influence internes et externes et
d’établir les liens fonctionnels entre les différents
constituants dans le cadre de la phase de marche choisie.
Sur la base de ce modèle, nous avons évalué les taux de
pannes autrement dit de la fiabilité par la MTBF et les
temps de réparation par la MTTR.
Les résultats obtenus nous permettent une meilleure
planification de la maintenance et réduction des pannes.
Et enfin possession de données de base constituant de
bons atouts pour la conception de l’installation du poste
électrique suivant (nouvellement ou remplacement).
REFERENCES
1] Aguet, « Sûreté des grands réseaux électriques », Forum E’Cité –
Genève- SIG , 2005 .
[2] H. Kateb, Analyse de fiabilité, maintenabilité, disponibilité
(FMD) d’un ensemble convertisseur machine tournante, CETSISEEA 99, 4 – 5 Novembre, 1999, Université Montpellier II, France.
[3] A. Villemeur, Dependability of Industrial Systems (Eyrolles,
Inc., 1988).
[4] Sonelgaz reference, Laboratory SCAMRE- ENSET, Oran,
Algeria.
[5] M. Modarres, M. Kaminskiy, V. Krivtsoy., Reliability
Engineering And Risk Analysis : A Practical Guide (Marcel Dekker,
Inc., 1999).
[6] M. Rausand, A. Hoyland. System Reliability Theory: Models,
Statistical Methods and Applications (2nd Ed. New York, NY: John
Wiley & Sons, 2003).
[7] J. F. Espiritu, D. W. Coit, U . Prakash , Component criticality
importance measures for the power industry, (Electric Power System
Research 77 (2007) 407-420) .
[8] M. Laouer, S. Touahri, H. Kateb, A. Chaker , Modélisation d’un
réseau électrique en vue d’une étude FMD (Fiabilité, Maintenabilité et
Disponibilité) , Symposium International sur la Maintenance et la
maîtrise des risques à l’E.N.I.M , Novembre 2 - 4 ,2006, Rabat, Maroc.
[9] H.Benaicha , Analyse des stratégies de maintenance des
systèmes de production , thèse de magister, ENSET, Oran ,2002 .
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Agressions
externes
Flux
de
puissance
à
l’arrivée A1 et
A2
CDN: Centre de dispatching
National/Contrôle
Agressions
interne
Répartition optimale
de puissance
Flux de puissance
Fourni aux départs de
la rame gauche 2
HT/BT
60/10KV
Aléas de
Consommation
CDR/Commande
Aléas
météorologique
s
Flux de puissance
Fourni aux départs
de la rame droite
2
Flux de
puissance
Fourni aux
départs de la
rame droite 1
Flux de puissance
Fourni aux départs
de la rame gauche
11
Fig1. Le poste HT/BT avec ses milieux exterieurs
Fig2 : Décomposition matérielle du poste
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Fig3 : Décomposition fonctionnelle du poste
Fig4 : Diagramme de fiabilité relatif au poste
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Fig5 : La boite noire du diagramme de fiabilité
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