Comment un contrôleur de réenclencheur assure-t-il la localisation des défauts, l'isolation et le rétablissement du service sur un réseau de distribution ?

L'objectif principal du traitement des défauts du réseau de distribution est d'isoler les défauts et de rétablir l'alimentation électrique dans les plus brefs délais. En tant qu'unité intelligente centrale de l'automatisation de la distribution, le contrôleur de réenclencheur fonctionne en coordination avec les sectionneurs, d'autres réenclencheurs ou le système de station maîtresse pour réaliser une boucle fermée entièrement automatisée allant de la « détection des défauts → détermination de la nature → isolation précise → rétablissement du service ». Cet article fournit une analyse systématique de son rôle central et de sa logique de mise en œuvre.

Contrôleur de réenclencheur avancé

I. Fondement central : La capacité « autonome » du contrôleur de réenclencheur

Un réenclencheur est un appareil de commutation à haute tension doté de fonctions de contrôle et de protection autonomes. Son contrôleur peut accomplir indépendamment la détection des défauts, le déclenchement et les opérations de réenclenchement multiples, sans avoir besoin d'un dispositif de protection par relais indépendant externe.

Il convient de préciser que « autonome » ne signifie pas une indépendance totale vis-à-vis du support externe : les contrôleurs de réenclencheurs modernes nécessitent généralement un transformateur de tension (TV/PT) externe pour fournir des signaux de tension et une puissance de fonctionnement. Certains modèles utilisent l'extraction de puissance par TP, des batteries, des supercondensateurs ou l'extraction de puissance par TC comme sources d'alimentation de fonctionnement, et ne nécessitent simplement pas de dispositif de protection par relais indépendant supplémentaire.

Ses capacités centrales comprennent :

• Détection des défauts et déclenchement : Détecte automatiquement le courant de ligne et, lors de la confirmation d'un défaut, interrompt le courant de défaut selon les caractéristiques de protection à temps inverse ;

• Réenclenchement multiple : Effectue des opérations de réenclenchement multiples selon une séquence prédéfinie (telle que « un rapide, deux lents », « deux rapides, deux lents », « un rapide, trois lents », etc.) pour distinguer les défauts transitoires (tels que les coups de foudre ou les branches d'arbres touchant les lignes) des défauts permanents (tels que les conducteurs rompus ou la rupture d'isolation) ;

• Verrouillage et réarmement automatiques : Se réarme automatiquement après un réenclenchement réussi pour un défaut transitoire ; après avoir accompli le nombre prédéterminé d'opérations de réenclenchement pour un défaut permanent, se verrouille en position ouverte pour isoler la section en défaut.

Contrôleur de réenclencheur | Protection ANSI C37.60 & DNP3.0

II. Préalable clé : La frontière de capacité entre les réenclencheurs et les sectionneurs

La coordination entre les réenclencheurs et les sectionneurs (également connus sous le nom d'interrupteurs sectionneurs) est la base de l'automatisation des départs en mode local (FA). La frontière de capacité entre les deux doit être strictement distinguée :

• Réenclencheur : Possède la capacité d'interrompre le courant de court-circuit et peut accomplir indépendamment les opérations d'élimination des défauts et de réenclenchement ;

• Sectionneur : Ne peut interrompre que le courant de charge, et non le courant de court-circuit. Il s'appuie sur le réenclencheur/disjoncteur en amont pour éliminer le défaut, et est uniquement responsable de l'isolation de la section en défaut.

Comprendre cette frontière est le préalable à la maîtrise de la logique de localisation et d'isolation des défauts qui suit.

III. Modes de coordination centraux pour la localisation et l'isolation des défauts

1. Type Tension-Temps (Repose sur la coordination séquentielle, aucune communication requise)

Ce mode utilise les caractéristiques du sectionneur « ouverture en cas de perte de tension et fermeture retardée en cas de rétablissement de la tension », en coordination avec la deuxième opération de réenclenchement du disjoncteur de départ de la sous-station.

Paramètres clés :

• Temps X (retard de fermeture) : Doit être supérieur au temps de déclenchement du disjoncteur côté source, et doit être inférieur au retard de deuxième réenclenchement. Les temps X des sectionneurs doivent augmenter par paliers pour éviter une fermeture simultanée. Les réglages typiques sont de 7 s, 14 s, 21 s, etc. (interrupteurs sectionneurs : 5 à 7 s ; interrupteurs de couplage : 12 à 18 s), avec une différence de palier généralement de 7 s entre les interrupteurs sectionneurs adjacents ;

• Temps Y (temps de verrouillage pour détection de défaut) : Doit être inférieur au retard de deuxième réenclenchement du réenclencheur côté source pour garantir que la détermination du défaut soit terminée avant le deuxième réenclenchement. Les réglages typiques sont de 5 s ou 10 s.

Processus de fonctionnement :

• Le défaut provoque un déclenchement, toute la ligne perd la tension, et les sectionneurs s'ouvrent automatiquement ;

• Le réenclencheur effectue son premier réenclenchement (le premier délai de réenclenchement du disjoncteur de départ de la sous-station est généralement de 15 à 20 secondes, ce qui doit être supérieur au temps de charge de réenclenchement), et les sectionneurs se ferment séquentiellement avec un délai selon leurs X fois ;

• Après la fermeture d'un sectionneur, si une perte de tension est à nouveau détectée dans le délai Y (c'est-à-dire que la fermeture sur le point de défaut déclenche le disjoncteur en amont), la section dans laquelle il se trouve est déterminée comme étant la section en défaut, et il se verrouille automatiquement et ne répond plus à la tension rétablie pour se fermer ; si la tension est maintenue au-delà du délai Y, la section est déterminée comme étant une section normale et reste fermée ;

• Le réenclencheur effectue son deuxième réenclenchement. Les sections non défaillantes côté source voient leur alimentation rétablie, tandis que la section en défaut reste ouverte en raison du verrouillage. Les sections non défaillantes côté charge sont rétablies par l'alimentation de secours provenant de l'interrupteur de liaison.

Temps d'isolement du défaut : Dépend des réglages de temps X/Y, généralement de 20 à 60 secondes. Plusieurs opérations de réenclenchement sont nécessaires, provoquant plusieurs impacts de courant de court-circuit sur le système.

2. Type à comptage d'impulsions de surintensité (Repose sur le comptage de courant, aucune communication requise)

Le sectionneur enregistre le nombre de fois que le réenclencheur en amont interrompt le courant de défaut, et s'ouvre et se verrouille automatiquement après avoir atteint une valeur préréglée.

Processus de fonctionnement (en prenant un comptage préréglé de 2 comme exemple) :

• Un défaut survient, le réenclencheur déclenche, et le sectionneur enregistre l'impulsion de surintensité 1 (valeur préréglée non atteinte, reste fermé) ;

• Le réenclencheur effectue son premier réenclenchement, se referme sur le point de défaut et déclenche à nouveau, et le comptage du sectionneur atteint 2. Pendant l'intervalle sans courant (la ligne étant hors tension et le courant inférieur à 300 mA), le sectionneur s'ouvre et se verrouille automatiquement, accomplissant généralement l'opération d'ouverture dans les 180 ms ;

• Le réenclencheur effectue son deuxième réenclenchement, le sectionneur reste ouvert, la section en défaut est isolée, et les sections saines voient leur alimentation rétablie.

Principe de réglage du comptage : La valeur de comptage préréglée du sectionneur doit être inférieure d'une unité au nombre d'opérations de réenclenchement avant que le réenclencheur ne se verrouille, garantissant ainsi que le sectionneur termine l'ouverture et l'isolement avant que le réenclencheur ne se verrouille définitivement.

Logique de réinitialisation du comptage : Si le réenclenchement est réussi, le comptage du sectionneur doit être effacé pour se préparer au prochain défaut.

3. Type distribué intelligent (Repose sur la communication entre terminaux, réponse à grande vitesse)

Grâce à une communication par fibre optique à grande vitesse (ou une communication à faible latence telle que la 5G) entre les terminaux de distribution, les informations de défaut sont échangées et un jugement logique autonome est effectué pour isoler la zone en défaut avant que le disjoncteur de départ de la sous-station n'opère.

Avantages principaux : Localisation et isolement précis en une seule fois. Temps d'isolement du défaut : Pour le type FA distribué à grande vitesse, le temps d'isolement de l'interrupteur en amont ≤ 200 ms, et le temps de rétablissement de la zone non défaillante ≤ 5 s ; pour le type à vitesse lente, le temps d'isolement ≤ 5 s, et le temps de rétablissement ≤ 45 s (selon la norme DL/T 1910-2018 « Spécification technique pour l'automatisation distribuée des départs des réseaux de distribution »). Il ne repose pas sur le réenclenchement de la sous-station et évite les impacts multiples de courant de court-circuit ;
Limites : Dépend de la communication par fibre optique ou 5G à faible latence, ce qui entraîne un coût plus élevé. La fiabilité est affectée par la qualité de la communication. Convient aux zones telles que les quartiers urbains centraux avec des exigences élevées en matière de qualité de l'énergie.

4. Mode de coordination Réenclencheur + Réenclencheur (Scénario de fonctionnement en réseau maillé en boucle ouverte)

Dans un réseau de distribution fonctionnant comme un réseau maillé en boucle ouverte, l'isolement du défaut est réalisé grâce à des réglages étagés du délai d'ouverture par perte de tension et du délai de fermeture.

Logique de fonctionnement : Le réenclencheur de départ, les réenclencheurs intermédiaires et le réenclencheur de liaison se coordonnent par des réglages de délai. Lors d'un défaut, le réenclencheur le plus proche du défaut déclenche rapidement, tandis que les réenclencheurs plus éloignés du défaut déclenchent après un délai. Le réenclencheur de liaison, en détectant une perte de tension d'un côté, se ferme après un délai pour rétablir l'alimentation de secours vers les sections non défaillantes.

Avantage principal : Par rapport au mode « réenclencheur + sectionneur », il peut réduire l'étendue de la coupure affectant les sections non défaillantes, ce qui le rend adapté aux scénarios complexes avec alimentation en réseau maillé.

IV. Logique de mise en œuvre du rétablissement du service

Le rétablissement du service est divisé en deux catégories : le rétablissement automatique pour les défauts transitoires et le rétablissement par transfert pour les défauts permanents.

Défauts transitoires : Après le réenclenchement réussi du réenclencheur, la ligne rétablit directement l'alimentation électrique sans opérations supplémentaires.

Défauts permanents : Après l'isolement de la section en défaut, les zones non défaillantes sont rétablies de la manière suivante :

• Zone non défaillante côté source : L'alimentation est rétablie directement après le deuxième réenclenchement du réenclencheur ;

• Zone non défaillante côté charge : L'interrupteur de liaison détecte une perte de tension d'un côté et se ferme après un délai (le délai doit être supérieur au temps d'isolement du défaut pour éviter de se refermer sur le point de défaut), rétablissant l'alimentation par transfert depuis la ligne adjacente.

V. Comparaison des caractéristiques techniques et des scénarios applicables

En tant qu'unité intelligente centrale pour le traitement des défauts du réseau de distribution, le contrôleur de réenclencheur fonctionne en coordination avec les sectionneurs, d'autres réenclencheurs ou le système de la station maîtresse pour réaliser une boucle fermée entièrement automatisée allant de la « détection du défaut → détermination de la nature → isolation précise → rétablissement du service ». Avec le développement des réseaux de distribution intelligents, les contrôleurs de réenclencheur s'intègrent de plus en plus profondément avec les FTU et les systèmes de stations maîtresses, réduisant le temps de traitement des défauts du « niveau horaire » au « niveau minute » voire au « niveau seconde », améliorant ainsi considérablement la fiabilité de l'alimentation électrique.

À l'avenir, avec l'intégration à grande échelle des ressources énergétiques distribuées, les contrôleurs de réenclencheur devront s'adapter à des stratégies de réenclenchement adaptatives coordonnées avec la production distribuée afin d'éviter les risques de fermeture non synchrone. Parallèlement, en combinant la communication 5G, le jumeau numérique et d'autres technologies, la capacité d'auto-guérison des défauts des réseaux de distribution sera encore renforcée. De plus, l'automatisation des départs intégrée adaptative peut réaliser la sélection et l'isolation des sections de défaut à la terre grâce à des critères de tension/courant homopolaire, compensant ainsi l'insuffisance de l'automatisation des départs tension-temps traditionnelle qui ne possède pas de capacité de traitement des défauts à la terre.

Édité à partir de : Garca