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'11
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Westermo Teleindustri AB
Les commutateurs et prolongateurs industriels de Westermo aident EDF à optimiser la production des centrales hydrauliques
Dans le cadre du projet d’optimisation de sa production hydraulique, EDF innove dans les systèmes de supervision de ses prises d'eau. La société SATXPRO a proposé à EDF une des solutions mises en œuvre par l’énergéticien. Cette solution intègre des commutateurs-routeurs RedFox et les prolongateurs de ligne Wolverine de Westermo.
Qu’est ce qu’une prise d’eau ?
La prise d’eau correspond, comme son nom l’indique, à l’endroit où un hydraulicien prélève, grâce à un ouvrage, de l’eau pour la diriger vers un réseau de collecte jusqu’à une centrale hydraulique pour, en final, produire de l’électricité. On distingue deux types de prises d’eau :
Les prises d’eau en réservoir qui captent l’eau stockée dans un bassin (mare, lac artificiel ou naturel) ou sont intégrées dans un barrage. Elles peuvent être équipées ou non d’un système de filtration, majoritairement un jeu de grilles métalliques pour filtrer les corps solides charriés par l’eau.
Les prises d’eau en rivière qui captent l’eau stockée directement dans un cours d’eau. Cela peut être un ruisseau, un torrent de montagne, une rivière, etc. Elles sont dans la plupart des cas composées d’un petit ouvrage de génie civil faisant office de retenue d’eau, d’un jeu de grilles, d’un décanteur ainsi que d’une vanne permettant d’évacuer les matériaux solides décantées.
Selon les cas, elles peuvent ou non se trouver proches d’une alimentation électrique.
Pourquoi surveiller à distance les prises d’eau ?
Pour pouvoir optimiser sa production, EDF doit détecter le plus en amont possible toutes pertes d’eau. Deux principales raisons peuvent en être la source : le colmatage des grilles par des débris ou une défaillance mécanique comme par exemple le blocage d’une vanne.
Il est donc nécessaire de surveiller et pour se faire, EDF effectue très régulièrement des tournées pour aller inspecter de visu les prises d’eau. En s’équipant d’un système de surveillance à distance, EDF peut soit éviter de faire des tournées dans la mesure où la prise d’eau, surveillée à distance, se comporte conformément aux attendus soit anticiper l’avarie en se déplaçant pour non plus surveiller mais pour directement remettre en état.
La solution proposée par la société SATXPRO
La société SATXPRO a été retenue par EDF sur appel d’offre pour équiper ses prises d’eau bénéficiant d’une alimentation électrique soit 10% du nombre total des prises d’eau d’EDF. Pierre Le Coz, responsable de la société SATXPRO, explique le principe et la nature de ce dispositif de supervision : « Chaque prise d'eau est équipée de différents capteurs (capteurs de débit de l'eau, d'opacité, etc.) ainsi que de caméras de surveillance paramétrées pour visualiser l’ensemble de la prise d'eau. Les données ainsi recueillies sont collectées par un automate intégré dans un coffret industriel étanche (IP65) placé auprès de chaque prise d'eau principale ou secondaire. Ces données, vidéos et mesures, sont ensuite transmises à un serveur de supervision via un réseau commun par le biais d'une liaison satellite ou à l'aide de liaisons ADSL ou à fibres optiques qui empruntent le même chemin que les canalisations qui acheminent l'eau vers la centrale. Le choix du type de liaisons étant fonction des contraintes, notamment en l’absence de couverture ADSL ou en cas de portée importante de la liaison (distance de la prise d'eau à la centrale). Au niveau de la centrale, les informations (données, images) qui affluent des différentes prises d'eau peuvent être consultées à partir d’un simple poste de travail connecté à Internet, permettant une supervision à distance, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. » Ce dispositif de supervision en réseau présente bien des avantages, à commencer par un gain en terme de coût d'exploitation : le déplacement d'agents EDF sur les sites isolés peut ainsi être optimisé et réservé pour les interventions de réparation et de maintenance. La supervision 24 heures sur 24 permet de mieux prévenir les arrêts intempestifs de production en anticipant les avaries ou, quand les avaries surviennent, de localiser facilement la ou les prises d'eau qui posent problème. Dans ce dernier cas, une opération de réparation sur site est déclenchée aussitôt. Cette fonctionnalité de prévention s'accompagne d'une fonctionnalité de levée de doute du fait de l'inspection visuelle à distance réalisée à l'aide des caméras implantées sur les prises d'eau (par exemple, une prise d'eau obstruée par un amoncellement de bois charriés). Le réseau autorise également le technicien de maintenance à prendre la main à partir de son poste de supervision situé dans la centrale afin d'affiner le diagnostic si besoin est. Il est en effet possible de commander à distance la caméra de surveillance pour changer son orientation ou zoomer afin de mieux détecter le problème et affiner le diagnostic.
Pour développer ce dispositif de supervision de prises d'eau, SATXPRO a fait appel aux gammes de commutateurs réseaux RedFox et de prolongateurs de liaisons Wolverine de la société Westermo. Les prolongateurs Wolverine permettent d'étendre la portée des liaisons cuivre. Alors qu'un réseau Ethernet standard présente une portée maximum de 100 mètres sur câbles cuivre de type paire torsadée non blindée (câbles UTP), l'ajout d'un prolongateur de ce type peut étendre cette portée à plusieurs kilomètres. Des débits maximums de 5,7 Mbit/s et une portée de 15 km (à un débit moindre) sont ainsi possibles. Parce qu’elle autorise des liaisons longues distances sans forcément avoir recours à la fibre optique, cette technologie capable de prendre charge de nombreux types de câbles et compatible avec les lignes en place, constitue une solution économique. Qui plus est, les appareils de la gamme Wolverine sont dotés d’un boîtier robuste à fixation directe ou sur rail DIN et fonctionnent sur une très large plage de températures ambiantes (de -40 °C à 70 ° C).
Véritables pierres angulaires de ce type de réseau, les commutateurs hautes performances RedFox, qui sont également dotés de fonctions de routage avancées, ont été spécifiquement conçus pour des applications critiques dans les secteurs de la Défense, du ferroviaire, de l'aérospatiale et des liaisons sous-marines, ainsi que pour les débouchés industriels prenant place dans des environnements particulièrement sévères. Cette unité ultra-robuste montable sur rail DIN possède un boîtier renforcé en aluminium qui lui garantit une résistance maximum. Elle bénéficie également d´un système de dissipation de la chaleur et résiste à des niveaux d´interférences électromagnétiques extrêmement élevés (300 A/m). Fabriqués à partir de composants de qualité industrielle, les commutateurs-routeurs RedFox peuvent fonctionner dans une plage de températures allant de -40 °C à +70 °C et présentent un MTBF (Mean Time Between Failure ou durée moyenne entre deux défaillances) de 600 000 heures, ce qui correspond à plus de 65 ans en fonctionnement cumulé ! Ce nouveau commutateur est conforme aux normes en vigueur en matière de compatibilité électromagnétique (CEM), d´applications ferroviaires, de vibrations, d´humidité, de résistance aux chocs et à l´altitude.
Toutes ces caractéristiques en font un outil adapté à tous types d´environnements, notamment celui rencontré à proximité des prises d'eau dans l'application d'EDF. « La robustesse et la fiabilité constituaient des critères de tout premier plan dans le choix des équipements que nous voulions intégrer dans notre solution de supervision dédiée à EDF et les garanties offertes par les équipements Westermo, notamment en termes de plage de températures de fonctionnement, de niveau d'étanchéité et de MTBF, ont été décisives dans notre choix », souligne Pierre Le Coz de SATXPRO, qui précise que « l'accès aux prises d'eau est généralement difficile pendant quatre à six mois de l’année à cause de la neige, ce qui impose, pour des raisons de sécurité, que ces équipements fonctionnent tout ce temps en continu sans la moindre panne, ce qui est le cas des produits Westermo ».
L'autre critère que la solution choisie devait absolument remplir concerne la facilité d'intégration de ces réseaux locaux de supervision dans le réseau national d'EDF. « Le réseau national d'EDF impose de grosses contraintes réseaux qui compliquent sérieusement l'intégration de réseaux locaux tels que ceux que nous avons développés pour la supervision des prises d'eau. Les équipements de Westermo satisfont pleinement cet élément du cahier des charges car ils présentent un paramétrage des performances réseaux de niveau 3. Par ailleurs, les équipements Westermo peuvent gérer la plupart des configurations de réseaux (cuivre, optique) et des protocoles, ce qui a également contribué à son choix dans cette application », conclut Pierre Le Coz.
Fonctionnement d’une centrale hydroélectrique
Le principe est simple et repose sur la force de gravité. Il s’agit de transformer l’énergie potentielle de l’eau retenue dans des réservoirs en énergie mécanique au moyen d’une turbine, puis de convertir cette énergie mécanique en électricité grâce à un alternateur.
Le barrage permet d’accumuler de l’eau en quantité en formant un lac. Lorsque les vannes du barrage sont ouvertes, l’eau s’engage dans une conduite ou un chenal qui la canalise vers la centrale. L’eau entraîne la rotation de la turbine. La turbine entraîne l’alternateur qui produit du courant électrique. Celui-ci est redressé par un transformateur avant d’être transporté par les lignes à haute tension. A la sortie de l’usine, l’eau rejoint la rivière par un canal. Il existe une grande diversité de centrales hydrauliques suivant la configuration du cours d’eau, du relief, de la hauteur de la chute d’eau : sites de montagne avec un dénivelé important mais dont les débits sont faibles, centrales de moyennes chutes avec un débit plus fort, usines au fil de l’eau, avec un dénivelé faible mais un débit très important, stations de transfert d’énergie par pompage, turbinant vers l’aval aux heures de forte consommation et pompant l’eau vers l’amont aux heures creuses, usines marémotrices turbinant le flux des marées.
Légende photo 1 : Exemple d'une prise d'eau installée dans un massif montagneux.
Légende photo 2 : Les données recueillies au niveau de la prise d'eau sont collectées par un automate intégré dans un coffret industriel étanche (IP65) placé à proximité. Elles sont ensuite transmises à un serveur de supervision via un réseau commun par le biais d'une liaison satellite ou à l'aide de liaisons ADSL ou à fibres optiques.
La prise d’eau correspond, comme son nom l’indique, à l’endroit où un hydraulicien prélève, grâce à un ouvrage, de l’eau pour la diriger vers un réseau de collecte jusqu’à une centrale hydraulique pour, en final, produire de l’électricité. On distingue deux types de prises d’eau :
Les prises d’eau en réservoir qui captent l’eau stockée dans un bassin (mare, lac artificiel ou naturel) ou sont intégrées dans un barrage. Elles peuvent être équipées ou non d’un système de filtration, majoritairement un jeu de grilles métalliques pour filtrer les corps solides charriés par l’eau.
Les prises d’eau en rivière qui captent l’eau stockée directement dans un cours d’eau. Cela peut être un ruisseau, un torrent de montagne, une rivière, etc. Elles sont dans la plupart des cas composées d’un petit ouvrage de génie civil faisant office de retenue d’eau, d’un jeu de grilles, d’un décanteur ainsi que d’une vanne permettant d’évacuer les matériaux solides décantées.
Selon les cas, elles peuvent ou non se trouver proches d’une alimentation électrique.
Pourquoi surveiller à distance les prises d’eau ?
Pour pouvoir optimiser sa production, EDF doit détecter le plus en amont possible toutes pertes d’eau. Deux principales raisons peuvent en être la source : le colmatage des grilles par des débris ou une défaillance mécanique comme par exemple le blocage d’une vanne.
Il est donc nécessaire de surveiller et pour se faire, EDF effectue très régulièrement des tournées pour aller inspecter de visu les prises d’eau. En s’équipant d’un système de surveillance à distance, EDF peut soit éviter de faire des tournées dans la mesure où la prise d’eau, surveillée à distance, se comporte conformément aux attendus soit anticiper l’avarie en se déplaçant pour non plus surveiller mais pour directement remettre en état.
La solution proposée par la société SATXPRO
La société SATXPRO a été retenue par EDF sur appel d’offre pour équiper ses prises d’eau bénéficiant d’une alimentation électrique soit 10% du nombre total des prises d’eau d’EDF. Pierre Le Coz, responsable de la société SATXPRO, explique le principe et la nature de ce dispositif de supervision : « Chaque prise d'eau est équipée de différents capteurs (capteurs de débit de l'eau, d'opacité, etc.) ainsi que de caméras de surveillance paramétrées pour visualiser l’ensemble de la prise d'eau. Les données ainsi recueillies sont collectées par un automate intégré dans un coffret industriel étanche (IP65) placé auprès de chaque prise d'eau principale ou secondaire. Ces données, vidéos et mesures, sont ensuite transmises à un serveur de supervision via un réseau commun par le biais d'une liaison satellite ou à l'aide de liaisons ADSL ou à fibres optiques qui empruntent le même chemin que les canalisations qui acheminent l'eau vers la centrale. Le choix du type de liaisons étant fonction des contraintes, notamment en l’absence de couverture ADSL ou en cas de portée importante de la liaison (distance de la prise d'eau à la centrale). Au niveau de la centrale, les informations (données, images) qui affluent des différentes prises d'eau peuvent être consultées à partir d’un simple poste de travail connecté à Internet, permettant une supervision à distance, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. » Ce dispositif de supervision en réseau présente bien des avantages, à commencer par un gain en terme de coût d'exploitation : le déplacement d'agents EDF sur les sites isolés peut ainsi être optimisé et réservé pour les interventions de réparation et de maintenance. La supervision 24 heures sur 24 permet de mieux prévenir les arrêts intempestifs de production en anticipant les avaries ou, quand les avaries surviennent, de localiser facilement la ou les prises d'eau qui posent problème. Dans ce dernier cas, une opération de réparation sur site est déclenchée aussitôt. Cette fonctionnalité de prévention s'accompagne d'une fonctionnalité de levée de doute du fait de l'inspection visuelle à distance réalisée à l'aide des caméras implantées sur les prises d'eau (par exemple, une prise d'eau obstruée par un amoncellement de bois charriés). Le réseau autorise également le technicien de maintenance à prendre la main à partir de son poste de supervision situé dans la centrale afin d'affiner le diagnostic si besoin est. Il est en effet possible de commander à distance la caméra de surveillance pour changer son orientation ou zoomer afin de mieux détecter le problème et affiner le diagnostic.
Pour développer ce dispositif de supervision de prises d'eau, SATXPRO a fait appel aux gammes de commutateurs réseaux RedFox et de prolongateurs de liaisons Wolverine de la société Westermo. Les prolongateurs Wolverine permettent d'étendre la portée des liaisons cuivre. Alors qu'un réseau Ethernet standard présente une portée maximum de 100 mètres sur câbles cuivre de type paire torsadée non blindée (câbles UTP), l'ajout d'un prolongateur de ce type peut étendre cette portée à plusieurs kilomètres. Des débits maximums de 5,7 Mbit/s et une portée de 15 km (à un débit moindre) sont ainsi possibles. Parce qu’elle autorise des liaisons longues distances sans forcément avoir recours à la fibre optique, cette technologie capable de prendre charge de nombreux types de câbles et compatible avec les lignes en place, constitue une solution économique. Qui plus est, les appareils de la gamme Wolverine sont dotés d’un boîtier robuste à fixation directe ou sur rail DIN et fonctionnent sur une très large plage de températures ambiantes (de -40 °C à 70 ° C).
Véritables pierres angulaires de ce type de réseau, les commutateurs hautes performances RedFox, qui sont également dotés de fonctions de routage avancées, ont été spécifiquement conçus pour des applications critiques dans les secteurs de la Défense, du ferroviaire, de l'aérospatiale et des liaisons sous-marines, ainsi que pour les débouchés industriels prenant place dans des environnements particulièrement sévères. Cette unité ultra-robuste montable sur rail DIN possède un boîtier renforcé en aluminium qui lui garantit une résistance maximum. Elle bénéficie également d´un système de dissipation de la chaleur et résiste à des niveaux d´interférences électromagnétiques extrêmement élevés (300 A/m). Fabriqués à partir de composants de qualité industrielle, les commutateurs-routeurs RedFox peuvent fonctionner dans une plage de températures allant de -40 °C à +70 °C et présentent un MTBF (Mean Time Between Failure ou durée moyenne entre deux défaillances) de 600 000 heures, ce qui correspond à plus de 65 ans en fonctionnement cumulé ! Ce nouveau commutateur est conforme aux normes en vigueur en matière de compatibilité électromagnétique (CEM), d´applications ferroviaires, de vibrations, d´humidité, de résistance aux chocs et à l´altitude.
Toutes ces caractéristiques en font un outil adapté à tous types d´environnements, notamment celui rencontré à proximité des prises d'eau dans l'application d'EDF. « La robustesse et la fiabilité constituaient des critères de tout premier plan dans le choix des équipements que nous voulions intégrer dans notre solution de supervision dédiée à EDF et les garanties offertes par les équipements Westermo, notamment en termes de plage de températures de fonctionnement, de niveau d'étanchéité et de MTBF, ont été décisives dans notre choix », souligne Pierre Le Coz de SATXPRO, qui précise que « l'accès aux prises d'eau est généralement difficile pendant quatre à six mois de l’année à cause de la neige, ce qui impose, pour des raisons de sécurité, que ces équipements fonctionnent tout ce temps en continu sans la moindre panne, ce qui est le cas des produits Westermo ».
L'autre critère que la solution choisie devait absolument remplir concerne la facilité d'intégration de ces réseaux locaux de supervision dans le réseau national d'EDF. « Le réseau national d'EDF impose de grosses contraintes réseaux qui compliquent sérieusement l'intégration de réseaux locaux tels que ceux que nous avons développés pour la supervision des prises d'eau. Les équipements de Westermo satisfont pleinement cet élément du cahier des charges car ils présentent un paramétrage des performances réseaux de niveau 3. Par ailleurs, les équipements Westermo peuvent gérer la plupart des configurations de réseaux (cuivre, optique) et des protocoles, ce qui a également contribué à son choix dans cette application », conclut Pierre Le Coz.
Fonctionnement d’une centrale hydroélectrique
Le principe est simple et repose sur la force de gravité. Il s’agit de transformer l’énergie potentielle de l’eau retenue dans des réservoirs en énergie mécanique au moyen d’une turbine, puis de convertir cette énergie mécanique en électricité grâce à un alternateur.
Le barrage permet d’accumuler de l’eau en quantité en formant un lac. Lorsque les vannes du barrage sont ouvertes, l’eau s’engage dans une conduite ou un chenal qui la canalise vers la centrale. L’eau entraîne la rotation de la turbine. La turbine entraîne l’alternateur qui produit du courant électrique. Celui-ci est redressé par un transformateur avant d’être transporté par les lignes à haute tension. A la sortie de l’usine, l’eau rejoint la rivière par un canal. Il existe une grande diversité de centrales hydrauliques suivant la configuration du cours d’eau, du relief, de la hauteur de la chute d’eau : sites de montagne avec un dénivelé important mais dont les débits sont faibles, centrales de moyennes chutes avec un débit plus fort, usines au fil de l’eau, avec un dénivelé faible mais un débit très important, stations de transfert d’énergie par pompage, turbinant vers l’aval aux heures de forte consommation et pompant l’eau vers l’amont aux heures creuses, usines marémotrices turbinant le flux des marées.
Légende photo 1 : Exemple d'une prise d'eau installée dans un massif montagneux.
Légende photo 2 : Les données recueillies au niveau de la prise d'eau sont collectées par un automate intégré dans un coffret industriel étanche (IP65) placé à proximité. Elles sont ensuite transmises à un serveur de supervision via un réseau commun par le biais d'une liaison satellite ou à l'aide de liaisons ADSL ou à fibres optiques.
