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DEPARTEMENT : Génie Electrique
Option : Génie des Systèmes Electriques
NAHIDI Hassan
2009 - 2010
1
ETUDE CRITIQUE DES APPAREILS DE
PROTECTION ET
SUPERVISION DE LA BOUCLE 60KV
THEME :
- M.HMIDAT (P)
- M.BELFQIH (R)
- M.KHAFALLAH (EE)
- Mlle. ELHARRAJ (EI)
Soutenu le 21/06/2010 par : Membres de jury :
Projet de fin d’études
PLAN
Introduction.
Présentation.
Etude critique.
Solution.
Conclusion.
2
3
Introduction
L’ensemble industriel Maroc Phosphore Jorf Lasfar est alimenté en énergie électrique
par un réseau électrique composé de la centrale électrique et de la boucle 60KV
raccordée à l’ONE et à IMACID, PMP et BMP via les postes PJ0 et PJ10.
Faire une étude critique des fonctions de protection
Supervision de le boucle 60 kV.
il est demandé de :
4
Présentation
5
À Jorf Lasfar d’El-Jadida on distingue deux entités :
Entité de production :
Acide phosphorique
Électricité
Engrais
Entité intermédiaire:
Pompage des eaux de mer
Stockage de phosphate
Export & import
Liaison avec l’ONE
TRAITMENT
D’EAU
ATELIER D’ACIDE
SULFIRIQUE
ATELIER D’ACIDE
PHOSPHORIQUE
ENGRAIS
CENTRALE
THERMO-
ELECTRIQUE
AMMONIAC
Soufre Liquide
TSP,DAP
Eau de mer
Eau douce
PHOSFATE Sec
ENERGIE ELECTRIQUE
ACIDE PHOSFORIQUE
54% P2O5 ,EXPORT
Liaison Réseau National
MAP,NPKVAPEUR
Diagramme de bloc de production
Entrées
SortiesAteliers de production
6
Maroc Phosphore Jorf Lasfar
Indo Maroc Phosphore : IMACID
Euro Maroc Phosphore : EMAPHOS
Pakistan Maroc Phosphore : PMP
Bunge Maroc Phosphore : BMP
Pompage : l’eau de mer
Port : Export et import
Stockage : Phosphate
Liaison : ONE
Les Usines de Production du complexe
Jorf Lasfar d’El-Jadida
Les Ateliers Communs
Intermédiaires
7
Maroc Phosphore Jorf Lasfar MP
Indo Maroc Phosphore : IMACID
Pakistan Maroc Phosphore : PMP
Bunge Maroc Phosphore : BMP
Pompage
Port
Stockage
Liaison
PJ5
PJ6
PJ4
PJ7
PJ1
PJ2
PJ3
PJ0 PJ10et
Ces postes sont reliés entre eux par une architecture en boucle
et en antenne
Les usines et les ateliers ont besoin de l’électricité pour
alimenter leurs unités.
Usines et ateliers Postes
8
9
Ligne aérienne
Ligne souterraine
PJ10
ONE
PJ0
REM+ ONE
PJ4
PMP
PJ7
BMP
PJ1
PEM
PJ11
PJ5
Centrale
PJ6
IMACID
PJ3
Infrastructure
PJ2
PORT
G G
G
G
G
G
34.5 MVA 34.5 MVA
3 x 47 MVA 34,5 MVA
POSTE GHANEM
10
Départ poste Départ Transfo
Couplage
Travée de couplage Travée départ
Combiné
de mesure
« TT-TC »
Disjoncteur
Sectionneur
d’aiguillage
Sectionneur
d’aiguillage
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mesure
Sectionneur
général
Jeu de barres inférieur
Jeu de barres supérieur
Isolateur
Traversée
murale
Ou entrée de
poste
11
Sectionneur MALT
Disjoncteur
Combiné de
mesure
12
 Protections du transformateur 60kv/10kv.
 La protection de départ câble.
 La protection différentiel du jeu de barre.
 La protection de distance.
Protections
13
MIT 84
MIC 4530
PAK 412
R=6 1000A
Protections du transformateur
DTR
La protection Relais analogique
Protection départ transfo (surcharge) PAK412
Protection masse cuve transfo MIT84
Protection différentiel transfo MIC4530
Protection neutre résistant DTR
14
La protection Relais
Protection différentiel câble DPDL
Protection directionnel de puissance PSW163
Protection de départ câble
15
Iarrivée
Icouplage
Itransfo
si Iarrivée + Icouplage + Itransfo ≥ Ir
tous les disjoncteurs de départ
et de couplage s’ouvrent.
Ir :courant de réglage
Protection différentiel du jeu de barre
Filtre RL
16
Protection de distance
PJ0
Poste OCP
V1 = V – Z * I
Poste ONE
ZL l’impédance de la ligne AB
V1 V
I
A B
Première zone deuxième zone
Z = 0,8 ZL Z = 1,2 ZL
Troisième zone
17
Mesure
P1
P2
P1
P2
SFEL
CCP
Courant
(ampèremètre)
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Courant
tension
Transducteur 4 – 20 mA
18
Etude critique
19
Le relais électromécanique (RXAP)
Relais électromécanique de
commutation pour la sélection
de boucles de mesure
20
Sélection de boucles de mesure d’impédance
Temps de commutation : de 300 ms à 500 ms
Les pertes et parfois des aléas de fonctionnement
sensible à l'harmonique du rang 2
Les phases a , b et c
21
Fiabilité de fonctionnement de relais (PAK412)
200/5A
10Kv /60kV
S = 2,5MVA
d’où I = 24,06 AS = √3 * U * I
Le transformateur peut supporter 20% de I
Soit un courant Iph :
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Détérioration du transformateur pour les
faibles surcharges.
PAK412
22
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23
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24
200/5A
600/5A
600/5A
15/5 A
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Le TC de rattrapage
200/5A * 15/5 = 600/5A
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25
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PJ2 – PJ3
PJ2 TR1
PJ3 TR2
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TR1 TR2
 Déplacement
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26
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boucle HT
28
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30
Fonction de Protection Relais numérique
Protection de départ.
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UFM
Protection différentiel câble 7SD52
Protection directionnel de puissance F650
Protection différentiel jeux de barres 7SS52
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Relais numérique PJ0 PJ1 PJ2 PJ3 PJ5 TOTAL
UFM 7 5 4 4 9 29
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F650 6 2 2 2 4 16
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P120 1 3 2 2 7 15
P422 3 0 0 0 0 3
Les relais qui assurent les fonctions de protectionLe nombre de relais à commander pour le remplacement
P120 UFM
2Buching
1500/5A
Protection numérique transformateur
4 X TC
1 X TT
MD32T
31
SIPROTEC 7SD61 650F
UFM
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UFM
Protection numérique – Arrivée ONE
Arrivée ONE
33
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Départ poste Départ Transfo
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traitement
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Module
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34
Modbus
ControlNet
Entrée TOR
Sortie TOR
Ethernet
Salle Contrôle Commande
Réseaux terrain
35
36
Carte entrée TOR
POSTE
TOTAL
PJ0 PJ1 PJ2 PJ3 PJ5
1756- IH 161 33 18 14 14 36 109
Pour chaque travée on va déterminer :
Le nombre de modules STOR
Le nombre de modules ETOR
MODULE DE SORTIE
POSTE
PJ0 PJ1 PJ2 PJ3 PJ5 TOTAL
1756-OW161 2 2 2 2 3 11
PJ0 PJ1 PJ2 PJ3 PJ5 TOTALE
1756-A13 4 2 2 2 4 14
1756-L61 2 2 2 2 2 10
1757-SRM 2 2 2 2 2 10
1756-IH161 33 18 14 14 36 115
1756-OW16 2 2 2 2 3 11
1756-MVI 1 1 1 1 1 5
1756-A7 2 2 2 2 2 10
1756-PA75 6 4 4 4 6 24
1756-CNBR 6 4 4 4 6 24
1756-SYNC 2 1 1 1 2 7
1756-ENBT 2 2 2 2 2 10
1786-RG6 2 2 2 2 2 10
1786-XT 4 4 4 4 4 20
1786-TPR 12 8 8 8 8 44
1757-SRC 2 2 2 2 2 10
SWITCH 3COM .. PORTS 2 2 2 2 2 10
Quantité
Sur la base de calcul de module E/S on va déterminer la
quantité de module et accessoire de :
37
 Communication
 Traitement
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 Connexions
API2
ControlLogix
API 1
ControlLogix
ControlNet
Switch
Ethernet
Liaison Ethernet en Cuivre
Redondance Switch
Module E/S
Architecture de
communication entre
automates d’un Poste
38
PJ1
PJ2
PJ5
PJ3
PJ10
PJ0 PJ11
Architecture réseaux de communication
entre API de la boucle 60Kv
39
40
Etude technico économique
Le taux horaire de production de l’acide phosphorique et les
engrais est estimé à 300KDH/heure
le complexe Maroc Phosphore aura un gain évalué à :
300 * 16 =
Mois durée d'arrêt
(d’origine électrique)
Mai 360 min
Juin 15 min
Juillet 17 min
Août 45 min
Septembre 280 min
Octobre 65 min
Novembre 23 min
décembre 63 min
Janvier 17 min
Février 20 min
Mars 15 min
Avril 40 min
Total 960 min = 16 Heures
4,8MDH/an
41
Coût global d’investissement (matériel , installation et mise en service ) :
= 77.684.256,00 DH  80 MDH
Etude technico économique
Le Temps de Retour sur l’Investissement TRI :
= 77.684.256,00 DH / 4.800.000 ,00 DH.
= 20 mois.
le projet est rentable
42
Conclusion
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attention
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  • 1. DEPARTEMENT : Génie Electrique Option : Génie des Systèmes Electriques NAHIDI Hassan 2009 - 2010 1 ETUDE CRITIQUE DES APPAREILS DE PROTECTION ET SUPERVISION DE LA BOUCLE 60KV THEME : - M.HMIDAT (P) - M.BELFQIH (R) - M.KHAFALLAH (EE) - Mlle. ELHARRAJ (EI) Soutenu le 21/06/2010 par : Membres de jury : Projet de fin d’études
  • 3. 3 Introduction L’ensemble industriel Maroc Phosphore Jorf Lasfar est alimenté en énergie électrique par un réseau électrique composé de la centrale électrique et de la boucle 60KV raccordée à l’ONE et à IMACID, PMP et BMP via les postes PJ0 et PJ10. Faire une étude critique des fonctions de protection Supervision de le boucle 60 kV. il est demandé de :
  • 5. 5 À Jorf Lasfar d’El-Jadida on distingue deux entités : Entité de production : Acide phosphorique Électricité Engrais Entité intermédiaire: Pompage des eaux de mer Stockage de phosphate Export & import Liaison avec l’ONE
  • 6. TRAITMENT D’EAU ATELIER D’ACIDE SULFIRIQUE ATELIER D’ACIDE PHOSPHORIQUE ENGRAIS CENTRALE THERMO- ELECTRIQUE AMMONIAC Soufre Liquide TSP,DAP Eau de mer Eau douce PHOSFATE Sec ENERGIE ELECTRIQUE ACIDE PHOSFORIQUE 54% P2O5 ,EXPORT Liaison Réseau National MAP,NPKVAPEUR Diagramme de bloc de production Entrées SortiesAteliers de production 6
  • 7. Maroc Phosphore Jorf Lasfar Indo Maroc Phosphore : IMACID Euro Maroc Phosphore : EMAPHOS Pakistan Maroc Phosphore : PMP Bunge Maroc Phosphore : BMP Pompage : l’eau de mer Port : Export et import Stockage : Phosphate Liaison : ONE Les Usines de Production du complexe Jorf Lasfar d’El-Jadida Les Ateliers Communs Intermédiaires 7
  • 8. Maroc Phosphore Jorf Lasfar MP Indo Maroc Phosphore : IMACID Pakistan Maroc Phosphore : PMP Bunge Maroc Phosphore : BMP Pompage Port Stockage Liaison PJ5 PJ6 PJ4 PJ7 PJ1 PJ2 PJ3 PJ0 PJ10et Ces postes sont reliés entre eux par une architecture en boucle et en antenne Les usines et les ateliers ont besoin de l’électricité pour alimenter leurs unités. Usines et ateliers Postes 8
  • 9. 9
  • 10. Ligne aérienne Ligne souterraine PJ10 ONE PJ0 REM+ ONE PJ4 PMP PJ7 BMP PJ1 PEM PJ11 PJ5 Centrale PJ6 IMACID PJ3 Infrastructure PJ2 PORT G G G G G G 34.5 MVA 34.5 MVA 3 x 47 MVA 34,5 MVA POSTE GHANEM 10 Départ poste Départ Transfo Couplage
  • 11. Travée de couplage Travée départ Combiné de mesure « TT-TC » Disjoncteur Sectionneur d’aiguillage Sectionneur d’aiguillage DisjoncteurCombiné de mesure Sectionneur général Jeu de barres inférieur Jeu de barres supérieur Isolateur Traversée murale Ou entrée de poste 11
  • 13.  Protections du transformateur 60kv/10kv.  La protection de départ câble.  La protection différentiel du jeu de barre.  La protection de distance. Protections 13
  • 14. MIT 84 MIC 4530 PAK 412 R=6 1000A Protections du transformateur DTR La protection Relais analogique Protection départ transfo (surcharge) PAK412 Protection masse cuve transfo MIT84 Protection différentiel transfo MIC4530 Protection neutre résistant DTR 14
  • 15. La protection Relais Protection différentiel câble DPDL Protection directionnel de puissance PSW163 Protection de départ câble 15
  • 16. Iarrivée Icouplage Itransfo si Iarrivée + Icouplage + Itransfo ≥ Ir tous les disjoncteurs de départ et de couplage s’ouvrent. Ir :courant de réglage Protection différentiel du jeu de barre Filtre RL 16
  • 17. Protection de distance PJ0 Poste OCP V1 = V – Z * I Poste ONE ZL l’impédance de la ligne AB V1 V I A B Première zone deuxième zone Z = 0,8 ZL Z = 1,2 ZL Troisième zone 17
  • 20. Le relais électromécanique (RXAP) Relais électromécanique de commutation pour la sélection de boucles de mesure 20 Sélection de boucles de mesure d’impédance Temps de commutation : de 300 ms à 500 ms Les pertes et parfois des aléas de fonctionnement sensible à l'harmonique du rang 2 Les phases a , b et c
  • 21. 21 Fiabilité de fonctionnement de relais (PAK412) 200/5A 10Kv /60kV S = 2,5MVA d’où I = 24,06 AS = √3 * U * I Le transformateur peut supporter 20% de I Soit un courant Iph : Iph = 1.2 x 24.056 x 5 / 200 = 0.72 A Le minimum de réglage sur le relais PAK412 est 3 A soit : Iphr = 3A Détérioration du transformateur pour les faibles surcharges. PAK412
  • 22. 22 Le transducteur 4 – 20 mA : Fiabilité de mesure Alimentation auxiliaire 127V
  • 23. 23 Absence de signalisation de défauts La commande à distance des disjoncteurs n’est pas disponible • Autres :
  • 24. Filtre RL 24 200/5A 600/5A 600/5A 15/5 A La protection JDB (Le TC de rattrapage ) Le TC de rattrapage 200/5A * 15/5 = 600/5A 600/5A Précision de mesure Fiabilité de fonctionnement Ne détecte pas le départ qui est en défaut
  • 25. 25 Poste PJ3Poste PJ2 Liaisons Heures pointes Heures pleines Heures creuses PJ2 – PJ3 PJ2 TR1 PJ3 TR2 PJ3 - PJ2 TR1 TR2  Déplacement  Pas de précision de la lecture Poste PJ0
  • 27. 27 Relais Analogique Relais Numérique Augmenter la fiabilité et la précision Option d’archivage et d’enregistrement Configuration des rapports de TC Temps de réponse < 20 ms Afficheur numérique de I , U , E, P et Q Centralisation de l’information (échange d’énergie) Commande à distance Avantages des relais numériques: Supervision de la boucle HT
  • 28. 28 Le matériel à installer : Relais de protection numérique. Modules d’automates programmables pour la supervision .
  • 29. 29 Couplage JDB Protection : différentiel JDB. Départ poste OCP Protection : Départ câble. Différentiel câble. Directionnel de puissance. Départ transformateur Protection : Départ transformateur. Masse cuve transformateur. De la résistance du neutre. Différentiel transformateur. Départ poste ONE Protection : De distance. Différentiel ligne.
  • 30. 30 Fonction de Protection Relais numérique Protection de départ. Protection départ transfo (maximum de courant). Protection de la résistance du neutre. UFM Protection différentiel câble 7SD52 Protection directionnel de puissance F650 Protection différentiel jeux de barres 7SS52 Protection de distance P442 Protection différentiel ligne 7SD63 Protection masse cuve transformateur P120 Protection différentiel transformateur MD32-T Relais numérique PJ0 PJ1 PJ2 PJ3 PJ5 TOTAL UFM 7 5 4 4 9 29 7SA52 4 2 2 2 2 12 7SD63 3 0 0 0 0 3 F650 6 2 2 2 4 16 7SS52 1 1 1 1 1 5 MD32-T 1 3 2 2 7 15 P120 1 3 2 2 7 15 P422 3 0 0 0 0 3 Les relais qui assurent les fonctions de protectionLe nombre de relais à commander pour le remplacement
  • 31. P120 UFM 2Buching 1500/5A Protection numérique transformateur 4 X TC 1 X TT MD32T 31
  • 32. SIPROTEC 7SD61 650F UFM Protection départ câble TPS TPI 7SD52 F650 32 UFM
  • 33. Protection numérique – Arrivée ONE Arrivée ONE 33 P442 SIPROTEC 7SA63
  • 34. COUPLAGE Départ poste Départ Transfo Unité de traitement 7SS52 Module 7SS523 Protection numérique – jeu de barres 34
  • 35. Modbus ControlNet Entrée TOR Sortie TOR Ethernet Salle Contrôle Commande Réseaux terrain 35
  • 36. 36 Carte entrée TOR POSTE TOTAL PJ0 PJ1 PJ2 PJ3 PJ5 1756- IH 161 33 18 14 14 36 109 Pour chaque travée on va déterminer : Le nombre de modules STOR Le nombre de modules ETOR MODULE DE SORTIE POSTE PJ0 PJ1 PJ2 PJ3 PJ5 TOTAL 1756-OW161 2 2 2 2 3 11
  • 37. PJ0 PJ1 PJ2 PJ3 PJ5 TOTALE 1756-A13 4 2 2 2 4 14 1756-L61 2 2 2 2 2 10 1757-SRM 2 2 2 2 2 10 1756-IH161 33 18 14 14 36 115 1756-OW16 2 2 2 2 3 11 1756-MVI 1 1 1 1 1 5 1756-A7 2 2 2 2 2 10 1756-PA75 6 4 4 4 6 24 1756-CNBR 6 4 4 4 6 24 1756-SYNC 2 1 1 1 2 7 1756-ENBT 2 2 2 2 2 10 1786-RG6 2 2 2 2 2 10 1786-XT 4 4 4 4 4 20 1786-TPR 12 8 8 8 8 44 1757-SRC 2 2 2 2 2 10 SWITCH 3COM .. PORTS 2 2 2 2 2 10 Quantité Sur la base de calcul de module E/S on va déterminer la quantité de module et accessoire de : 37  Communication  Traitement  Alimentation  Connexions
  • 38. API2 ControlLogix API 1 ControlLogix ControlNet Switch Ethernet Liaison Ethernet en Cuivre Redondance Switch Module E/S Architecture de communication entre automates d’un Poste 38
  • 39. PJ1 PJ2 PJ5 PJ3 PJ10 PJ0 PJ11 Architecture réseaux de communication entre API de la boucle 60Kv 39
  • 40. 40 Etude technico économique Le taux horaire de production de l’acide phosphorique et les engrais est estimé à 300KDH/heure le complexe Maroc Phosphore aura un gain évalué à : 300 * 16 = Mois durée d'arrêt (d’origine électrique) Mai 360 min Juin 15 min Juillet 17 min Août 45 min Septembre 280 min Octobre 65 min Novembre 23 min décembre 63 min Janvier 17 min Février 20 min Mars 15 min Avril 40 min Total 960 min = 16 Heures 4,8MDH/an
  • 41. 41 Coût global d’investissement (matériel , installation et mise en service ) : = 77.684.256,00 DH  80 MDH Etude technico économique Le Temps de Retour sur l’Investissement TRI : = 77.684.256,00 DH / 4.800.000 ,00 DH. = 20 mois. le projet est rentable