Projets

Rapport de prospective

Les régulateurs d’électricité continuent de se concentrer sur l’augmentation de la disponibilité et de la fiabilité des réseaux. De nombreux exploitants de réseaux électriques ont amélioré la performance des réseaux à haute tension, et en conséquence, une proportion significative des interruptions de clients et des minutes perdues par les clients résultent désormais de défauts de basse tension (BT). De plus, les technologies à faible teneur en carbone, telles que les véhicules électriques, les pompes à chaleur et la production décentralisée, sont de plus en plus connectées au réseau BT, changeant les flux de puissance, les profils de tension et augmentant les contraintes sur le réseau.

En raison d’un réseau vieillissant, dont une grande partie a plus de 50 ans, la gestion des défauts de BT devient de plus en plus difficile. Les temps de restauration peuvent être longs, car la majorité du réseau BT n’est ni surveillée de manière exhaustive ni contrôlée automatiquement. Les réponses aux défauts tendent à être réactives car l’état des systèmes de câbles BT à un moment donné est inconnu et il n’y a pas de capacité à prédire le moment et l’emplacement des défauts avant qu’ils ne se produisent.

Le projet Foresight implique l’utilisation d’une gamme d’équipements de surveillance du réseau BT en combinaison avec des dispositifs de commutation automatisés. L’objectif du projet est de reconnaître les signaux de pré-défaut BT, puis d’utiliser des dispositifs de surveillance à faible coût pour identifier et localiser les défauts en développement avant que des pannes de fourniture ne se produisent. Cela permet le déploiement proactif de dispositifs de recâblage et la réparation proactive des câbles avant le défaut. Les interventions planifiées plutôt que la réparation post-défaut sur les câbles produisent des avantages à la fois financiers et pour le service client.

Traditionnellement, le remplacement des câbles BT a été motivé par l’historique de fiabilité des sections de câbles, cependant, le projet Foresight a offert l’opportunité de changer radicalement cette stratégie pour intégrer des informations basées sur l’état pour guider les décisions de remplacement. C’est particulièrement important à mesure que l’âge de la base d’actifs de câbles BT avance vers la fin de sa durée de vie de conception où il y a un besoin de remplacement d’actifs rentable.

Northern Powergrid a travaillé avec EA Technology pour développer et tester de nouvelles techniques de détection et de localisation de pré-défaut à faible coût. Ces techniques se sont avérées efficaces pour détecter et localiser les défauts en développement dans les circuits BT avant un événement de perte de fourniture. Le projet a utilisé cette technologie sur différents types de réseaux et de types de câbles BT, et les données collectées sont utilisées pour développer un processus visant à prédire quand les défauts se produiront et fournir un niveau de priorisation en termes de traitement proactif des défauts avant une perte de fourniture.

En 1974, lorsque EA Technology était le Centre de Recherche sur la Distribution d’Électricité, des travaux ont commencé sur la reconnaissance de « défauts transitoires » sur le réseau BT. L’une des entreprises d’électricité collaboratrices était Yorkshire Electricity. Ces événements ont été observés comme des creux ou des encoches dans les formes d’onde de tension mesurées par, à l’époque, des équipements coûteux dans les sous-stations. Ils étaient dus à la dégradation de l’isolation des câbles à un endroit particulier qui, après un court passage de courant, s’auto-réparait avant que les fusibles ne sautent et donc avant que les clients ne subissent des pannes. En 2017, les mêmes entreprises, maintenant appelées EA Technology et Northern Powergrid, ont collaboré à nouveau pour poursuivre la recherche de ces phénomènes.

Au début du projet Foresight en 2017, l’équipe du projet s’est demandée si ces événements (maintenant nommés événements de pré-défaut) pouvaient être utilisés pour permettre une toute nouvelle manière de gérer les défauts de câbles souterrains BT. À la fin du projet en 2021, nous avons découvert qu’ils le pouvaient. Le rapport final de Foresight retrace le parcours entre ces deux dates et présente l’équipement, les systèmes et les méthodes utilisés pour passer d’une gestion des défauts réactive à une gestion basée sur l’action proactive.

Cela intervient à un moment critique au Royaume-Uni et ailleurs dans le monde. Alors que les réseaux électriques sont considérés comme un allié crucial dans la transition vers le zéro carbone et le retrait des combustibles fossiles, ils vieillissent également, la plupart ayant plus de 50 ans. L’augmentation de la probabilité de défauts en même temps qu’une dépendance accrue des clients connectés est une combinaison indésirable et appelle à un changement radical dans la façon dont la performance du réseau est gérée.

Le projet Foresight a démontré par essai que l’équipement, le système et les méthodes proposés permettront de détecter, de localiser et de mitiger de manière proactive une proportion de défauts en développement dans les premières étapes de développement, réduisant considérablement les coupures de fourniture non planifiées par rapport aux méthodes actuelles. La méthode proactive présentée de gestion des défauts BT utilise de nouveaux équipements de surveillance à faible coût/déploiement rapide (Gardes) conçus pour un déploiement généralisé. Les signatures des données de cet équipement créent un ensemble de données mesuré sur l’état des câbles. Cet ensemble de données a été utilisé à deux fins. Dans le cadre opérationnel (mois, semaines), il est utilisé pour reconnaître les circuits qui accélèrent vers la panne. Ceux-ci sont priorisés pour une intervention proactive pour atténuer l’impact du défaut en développement. L’intervention essayée impliquait le déploiement ciblé d’équipements de gestion des défauts (Reclosers) et de nouvelles techniques pour localiser précisément l’emplacement du défaut en développement avec l’objectif ultime de pouvoir trouver et réparer ces défauts alors qu’ils sont encore aux premiers stades de développement et avant qu’ils ne tombent en panne. Dans les délais d’investissement réseau (années), le même ensemble de données sur l’état des câbles a également été utilisé pour fournir des données sur l’état du circuit auparavant indisponibles. Cela a été intégré dans un modèle de gestion des actifs de câbles BT (modèle CNAIM d’EA Technology) capable de fournir un aperçu stratégique des mouvements sur les indices de santé de ce groupe d’actifs important.

Dans une démonstration de la méthodologie de gestion proactive décrite dans le rapport, un défaut en développement a été localisé, les clients informés et réparé comme un travail planifié. Non seulement le composant (manifestement) endommagé a été retiré du système alors qu’il était (surprenamment) encore capable de fournir des fournitures (voir figure ci-dessous), mais un joint adjacent apparemment sain de type et d’âge similaires a également été retiré et envoyé pour examen médico-légal. Bien que visuellement sain, l’examen médico-légal a montré des signes de vieillissement accéléré jugés cohérents avec une attente de défaillance dans les 5 ans. Les réseaux de câbles BT, auxquels la majorité des clients sont connectés et sur lesquels ils dépendent de plus en plus, ne rajeunissent pas.

Les régulateurs d’électricité continuent de se concentrer sur l’augmentation de la disponibilité et de la fiabilité des réseaux. De nombreux opérateurs de réseaux électriques ont amélioré la performance des réseaux à haute tension, et en conséquence, une proportion significative des interruptions de service et des minutes perdues pour les clients résulte désormais de défauts de basse tension (BT). De plus, les technologies à faible émission de carbone, telles que les véhicules électriques, les pompes à chaleur et la production décentralisée, sont de plus en plus connectées au réseau BT, modifiant les flux de puissance, les profils de tension et augmentant les contraintes sur le réseau.

En raison d’un réseau vieillissant, dont une grande partie a plus de 50 ans, la gestion des défauts de BT devient de plus en plus difficile. Les temps de restauration peuvent être longs, car la majorité du réseau BT n’est ni surveillée de manière exhaustive ni contrôlée automatiquement. Les réponses aux défauts tendent à être réactives, car l’état des systèmes de câbles BT à un moment donné est inconnu et il n’existe aucune capacité de prédire le moment et le lieu des défauts avant qu’ils ne se produisent.

Le projet Foresight implique l’utilisation d’une gamme d’équipements de surveillance de réseau BT en combinaison avec des dispositifs de commutation automatiques. L’objectif du projet est de reconnaître les signaux de pré-défaut BT, puis d’utiliser des dispositifs de surveillance à faible coût pour identifier et localiser les défauts en développement avant que des coupures de fourniture ne se produisent. Cela permet le déploiement proactif de dispositifs de reconnexion et la réparation proactive des câbles avant le défaut. Les interventions planifiées plutôt que les réparations post-défaut sur les câbles produisent à la fois des avantages financiers et pour le service client.

Traditionnellement, le remplacement des câbles BT a été motivé par l’historique de fiabilité des sections de câbles, cependant, le projet Foresight a offert l’opportunité de changer radicalement cette stratégie pour incorporer des informations basées sur l’état afin de guider les décisions de remplacement. C’est particulièrement important à mesure que l’âge de la base d’actifs de câbles BT avance vers la fin de sa durée de vie utile où il y a un besoin de remplacement d’actifs rentable.

Northern Powergrid a travaillé avec EA Technology pour développer et tester de nouvelles techniques de détection et de localisation de pré-défaut à faible coût. Ces techniques se sont avérées efficaces pour détecter et localiser les défauts en développement dans les circuits BT avant un événement de perte de fourniture. Le projet a utilisé cette technologie sur différents types de réseaux BT et de types de câbles, et les données collectées sont utilisées pour développer un processus visant à prédire quand les défauts se produiront et fournir un niveau de priorisation en termes de traitement proactif des défauts avant une perte de fourniture.

En 1974, lorsque EA Technology était le Centre de Recherche sur la Distribution d’Électricité, des travaux ont commencé sur la reconnaissance de « défauts transitoires » sur le réseau BT. L’une des entreprises d’électricité collaboratrices était Yorkshire Electricity. Ces événements ont été observés comme des creux ou des encoches dans les formes d’onde de tension mesurées par, à l’époque, des équipements coûteux dans les sous-stations. Ils étaient dus à la dégradation de l’isolation des câbles à un emplacement particulier qui, après un court passage de courant, s’auto-réparait avant que les fusibles ne sautent et donc avant que les clients ne subissent des pannes. En 2017, les mêmes entreprises, maintenant appelées EA Technology et Northern Powergrid, ont collaboré à nouveau pour poursuivre la recherche de ces phénomènes.

Au début du projet Foresight en 2017, l’équipe du projet s’est demandée si ces événements (maintenant nommés événements de pré-défaut) pouvaient être utilisés pour permettre une toute nouvelle façon de gérer les défauts de câbles souterrains BT. À la fin du projet en 2021, nous avons découvert qu’ils le pouvaient. Le rapport final de Foresight retrace le parcours entre ces deux dates et présente l’équipement, les systèmes et les méthodes utilisés pour passer d’une gestion des défauts réactive à une gestion basée sur l’action proactive.

Cela intervient à un moment critique au Royaume-Uni et ailleurs dans le monde. Alors que les réseaux électriques sont considérés comme un allié crucial dans la transition vers le zéro carbone et l’éloignement des combustibles fossiles, ils vieillissent également, la plupart ayant plus de 50 ans. L’augmentation de la probabilité de défauts en même temps qu’une dépendance accrue des clients connectés est une combinaison indésirable et appelle à un changement radical dans la façon dont la performance du réseau est gérée.

Le projet Foresight a démontré par essai que l’équipement, le système et les méthodes proposés permettront de détecter, de localiser et de mitiger de manière proactive une proportion de défauts en développement dans les premiers stades de développement, réduisant considérablement les coupures de fourniture non planifiées par rapport aux méthodes actuelles. La méthode proactive présentée de gestion des défauts BT utilise de nouveaux équipements de surveillance à faible coût/déploiement rapide (Gardes) conçus pour un déploiement généralisé. Les signatures des données de cet équipement créent un ensemble de données mesuré sur l’état des câbles. Cet ensemble de données a été utilisé à deux fins. Dans le cadre opérationnel (mois, semaines), il est utilisé pour reconnaître les circuits qui accélèrent vers la panne. Ceux-ci sont priorisés pour une intervention proactive pour atténuer l’impact du défaut en développement. L’intervention essayée impliquait le déploiement ciblé d’équipements de gestion des défauts (Reclosers) et de nouvelles techniques pour localiser précisément l’emplacement du défaut en développement avec l’objectif ultime de pouvoir trouver et réparer ces défauts alors qu’ils sont encore aux premiers stades de développement et avant qu’ils ne tombent en panne. Dans les délais d’investissement réseau (années), le même ensemble de données sur l’état des câbles a également été utilisé pour fournir des données sur l’état du circuit auparavant indisponibles. Cela a été intégré dans un modèle de gestion des actifs de câbles BT (modèle CNAIM d’EA Technology) capable de fournir un aperçu stratégique des mouvements sur les indices de santé de ce groupe d’actifs important.

Dans une démonstration de la méthodologie de gestion proactive décrite dans le rapport, un défaut en développement a été localisé, les clients informés et réparé comme un travail planifié. Non seulement le composant (manifestement) endommagé a été retiré du système alors qu’il était (surprenamment) encore capable de fournir des fournitures (voir figure ci-dessous), mais un joint adjacent apparemment sain de type et d’âge similaires a également été retiré et envoyé pour examen médico-légal. Bien que visuellement sain, l’examen médico-légal a montré des signes de vieillissement accéléré jugés cohérents avec une attente de défaillance dans les 5 ans. Les réseaux de câbles BT, auxquels la majorité des clients sont connectés et sur lesquels ils dépendent de plus en plus, ne rajeunissent pas.

Foire Aux Questions

Dans la méthode utilisée pour localiser les événements de pré-défaut, avez-vous besoin d’avoir un capteur à l’extrémité éloignée du réseau (c’est-à-dire des capteurs des deux côtés de la position du défaut)?

Non, vous n’avez pas besoin de capteurs/mesures des deux côtés. Toutes les mesures sont prises à partir de la sous-station. Dans tous les cas, la plupart des réseaux souterrains à basse tension (BT) au Royaume-Uni sont ramifiés (c’est-à-dire qu’ils ont plusieurs points terminaux) et lors du déploiement des équipements de localisation, il n’est normalement pas connu sur quelle branche se trouve le défaut en développement. Les mesures que nous effectuons dans la sous-station cherchent à aborder cela quelque peu. Nous capturons des informations qui nous amènent à établir une impédance au défaut et une distance au défaut. Sur des réseaux ramifiés avec différents types de câbles dans diverses sections, ceux-ci peuvent agir comme des ‘coordonnées’ qui peuvent souvent prioriser une branche sur une autre comme emplacement candidat.

 

Combien de sous-stations le projet a-t-il surveillées?

Afin d’obtenir une meilleure compréhension des niveaux d’activité par circuit, nous avons pris la décision de déployer à une échelle beaucoup plus large. Avec plus de 1800 dispositifs de mesure et près de 1000 sous-stations différentes, nous avons eu l’opportunité d’acquérir une expérience précieuse dans l’installation d’équipements à travers divers types de réseaux. Non seulement cette approche nous a donné l’aperçu dont nous avions besoin, mais elle nous a également permis de développer nos compétences et nos connaissances dans un cadre pratique. Il est important d’explorer différentes avenues lorsqu’on est confronté à un défi, et ce déploiement à grande échelle s’est avéré être une solution efficace pour notre projet.

 

Avez-vous réussi à mesurer l’efficacité de l’utilisation de la méthode, les heures de réparation, etc.?

Non, cela ne faisait pas partie explicite du projet Foresight. Dans le projet, la méthode proactive de gestion des défauts et l’équipement de soutien ont été développés, testés et affinés. L’une des prochaines étapes nécessaires sera d’observer les économies d’efficacité que nous attendons s’accumuler dans l’utilisation ‘business as usual’ de la méthode. Sous les pratiques de gestion des défauts existantes, la localisation et la réparation des défauts sont laissées jusqu’à ce que le défaut devienne permanent, à quel point les méthodes traditionnelles de localisation peuvent être utilisées. Un défaut permanent est un défaut dans lequel le circuit ne peut plus être remis sous tension en remplaçant un fusible ou en réinitialisant/reclosant un autre dispositif de protection de circuit. Les défauts peuvent devenir permanents à tout moment du jour ou de la nuit, n’importe quel jour de l’année, indépendamment du fait qu’il y ait suffisamment de personnel disponible pour répondre de manière réactive. En utilisant la méthode proactive, même si le défaut est laissé devenir permanent, il y a un avantage à avoir déjà identifié l’emplacement probable. Les efficacités dans ce domaine seraient mesurées en termes d’heures par défaut, pas en jours. Cependant, il y a des milliers de défauts de câbles BT auxquels ces efficacités pourraient être appliquées chaque année.

 

Est-il prévu de déployer cette méthode plus largement maintenant qu’elle a été démontrée comme fonctionnelle?

Oui, c’est le cas. Northern Powergrid a joué un rôle déterminant dans le développement d’une méthodologie innovante de gestion des défauts qui est sur le point de révolutionner la manière dont nous abordons cet aspect critique de nos opérations. Avec leur expérience de première main de travail avec cette approche, ils sont aussi enthousiastes à propos de son potentiel que nous le sommes. Ils ont identifié des avantages considérables pour leurs clients, ainsi que pour l’amélioration des efficacités opérationnelles. Cette approche a déjà suscité l’intérêt d’autres opérateurs de réseau britanniques, désireux d’explorer comment ils peuvent l’intégrer dans leurs propres opérations. Avec tant de retours positifs, il est clair que cette nouvelle approche est prête à avoir un impact réel sur l’industrie.

 

Y a-t-il une exigence spéciale pour les sous-stations que vous souhaitez utiliser pour déployer cette méthode?

Non, pas vraiment, bien que certains designs de sous-stations rendent les choses plus simples que d’autres. Le détecteur de pré-défaut (le Garde) est un très petit équipement qui peut être déployé à l’intérieur des armoires de distribution.

Nous avons passé beaucoup de temps sur le projet à déterminer l’ensemble minimal de capteurs requis pour fournir les informations nécessaires pour déterminer la présence de défauts en développement sur les circuits BT alimentés à partir de sous-stations montées au sol et leur probabilité de défaillance. Certains problèmes ont été rencontrés avec des designs de coffrets de distribution totalement fermés qui restreignent l’accès aux connexions de tension et une réflexion ingénieuse a également été nécessaire sur certaines terminaisons de câbles pour obtenir la mesure requise du courant neutre.

Les plus gros problèmes surviennent lorsqu’un déploiement supplémentaire de l’équipement ‘Localiser et Gérer’ est signalé. Tous les coffrets de distribution ne sont pas en mesure d’accueillir les reclosers qui sont les dispositifs ‘privilégiés’ pour prouver l’impédance au défaut tout en gérant les fournitures aux clients si des défauts transitoires se produisent pendant la phase de localisation de la méthodologie. Pour cette raison, nous avons développé un équipement séparé (le Localisateur de Pré-défaut) qui fournit les mêmes mesures de distance au défaut et d’impédance au défaut dans les situations où les Reclosers ne sont pas l’option privilégiée.

 

Avez-vous une idée de la précision de la méthode de localisation?

La réponse n’est pas un pourcentage simple. La méthode s’est avérée très précise mais dépend de trois facteurs, dont tous ne sont pas sous le contrôle d’EA Technology. La précision des mesures de la sous-station, les hypothèses faites dans le cadre de la méthode/algorithmes utilisés sur ces mesures et, surtout, la précision des plans de câbles à la fois géographiquement et en termes d’informations sur les actifs de câbles. Une localisation précise est donc un effort d’équipe. Les pré-défauts de plus haute énergie (se manifestant parfois par des événements de coupure de fourniture transitoires) donnent des résultats plus précis que les événements de pré-défaut de faible énergie capturés pendant les premiers stades de développement du défaut. Les mesures de la sous-station, les plans marqués et la notification identifient la zone du défaut plutôt qu’un emplacement ‘X marque l’endroit’. La confirmation de l’emplacement réel en utilisant des techniques normales sur site (par exemple, la détection de gaz de défaut, etc.) est très bénéfique avant la réparation proactive. Ces méthodes sont également plus réussies pour des événements de plus haute énergie.

Reconnaissant cela, le projet Foresight a entrepris le développement d’un indicateur de passage de défaut au niveau du trottoir qui pourrait être utilisé pour déterminer le passage du courant de pré-défaut alors qu’il s’écoule de la sous-station au défaut en développement (StreetSense). C’est un développement très excitant que nous visons à tester davantage et, s’il réussit, nous sommes sûrs qu’il sera un changeur de jeu dans la méthodologie Foresight de Trouver et Réparer avant l’Échec.

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