École Privée d’Ingénierie du Niger — L’école du nouveau monde

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Unité d’enseignement : Master GEEL · S3 · UE3 — Protection & Fiabilité des Réseaux

  • Fiabilité, Maintenabilité & Sûreté (FMS)

    La sûreté de fonctionnement (fiabilité, maintenabilité, disponibilité, sécurité) conditionne la rentabilité d’une centrale d’énergie renouvelable : chaque heure d’arrêt d’un onduleur est une production perdue, et au Niger les délais d’importation des pièces de rechange allongent fortement les temps de réparation. Ce cours de Master S3 donne les outils quantitatifs pour modéliser la fiabilité des équipements (lois exponentielle et de Weibull, structures de systèmes), analyser les défaillances (AMDEC, arbres de défaillance), optimiser la maintenance (méthode RCM) et évaluer par simulation Monte-Carlo la disponibilité et l’énergie non fournie d’une centrale PV ou d’un mini-réseau. Les calculs sont réalisés en Python.

    Objectifs d’apprentissage

    • Appliquer les méthodes avancées d’analyse de fiabilité (RCM, FTA, FMECA/AMDEC) aux systèmes EnR.
    • Calculer les indicateurs de sûreté de fonctionnement d’un système de production d’énergie.
    • Optimiser la politique de maintenance par la méthode RCM (Reliability-Centered Maintenance).
    • Évaluer la disponibilité et la production perdue d’une centrale EnR par simulation Monte-Carlo.

    Prérequis

    Maintenance Industrielle & GMAO (MIN4201, Licence S4) ; Probabilités & Statistiques 2 (PST2102, Licence S2) : variables aléatoires continues, lois exponentielle et normale, estimation, régression linéaire. Bases de Python (numpy) recommandées.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Fondements de la fiabilité avancée
    2. Leçon 2 — AMDEC et arbre de défaillance
    3. Leçon 3 — Maintenance centrée sur la fiabilité (RCM)
    4. Leçon 4 — Simulation Monte-Carlo pour les EnR

    Travaux pratiques

    • TP guidé 1 : estimation des paramètres de Weibull à partir d’un historique de pannes (Python) — leçon 1.
    • TP guidé 2 : AMDEC d’une centrale PV réelle et arbre de défaillance — leçon 2.
    • TP guidé 3 : simulation Monte-Carlo de la disponibilité d’une centrale PV 5 MWc et calcul de la production non fournie — leçon 4.

    Modalités d’évaluation

    Volume horaire : CM 18 h, TD 6 h, TP 6 h, travail personnel (TPE) 30 h, soit 60 h ; 3 crédits. Évaluation mixte : contrôle continu 40 % (comptes rendus de TP, mini-projet AMDEC/RCM, quiz) et examen terminal 60 % (problème de fiabilité et étude de cas de maintenance).

    Bibliographie

    • M. Rausand, A. Høyland, System Reliability Theory: Models, Statistical Methods, and Applications, Wiley.
    • J. Moubray, Reliability-Centered Maintenance, Industrial Press.
    • R. Billinton, R. N. Allan, Reliability Evaluation of Power Systems, Springer (ouvrage complémentaire).
    • IEC 60812 (AMDE/AMDEC) et IEC 61025 (analyse par arbre de panne), normes de référence.

  • Appareillage & Protection Avancés

    Ce cours de deuxième année de Master (S3) approfondit la protection des réseaux HTA et HTB par relais numériques. Il part de l’architecture interne d’un relais numérique (IED) et des fonctions de base (surintensité à temps dépendant, distance), traite ensuite en détail les protections différentielles de transformateur, de ligne et de jeu de barres, puis les méthodes de coordination et de sélectivité, y compris dans des réseaux où se raccordent des centrales solaires. Il se termine par la norme IEC 61850 (nœuds logiques, messages GOOSE, fichiers SCL) appliquée à un poste HTA/BT 33/0,4 kV. Les exemples s’inspirent du réseau NIGELEC (HTA 20 et 33 kV, interconnexion 132 kV) et des contraintes sahéliennes : fortes températures, poussière, sols secs et très résistifs, sources photovoltaïques en croissance.

    Objectifs d’apprentissage

    • Maîtriser la conception et le réglage des protections numériques pour réseaux HTA et HTB.
    • Dimensionner l’appareillage de coupure et de protection pour postes de transformation 33/0,4 kV.
    • Analyser les schémas de protection différentielle, de distance et de fréquence selon les normes IEC.
    • Mettre en œuvre la communication IEC 61850 entre relais numériques et systèmes de contrôle.

    Prérequis

    Réseaux Électriques Avancés & Qualité (REA1201, Master S1) ; Étude des Équipements Électriques (EEQ3203, Licence). Sont supposés acquis : calcul des courants de court-circuit (composantes symétriques), transformateurs de mesure (TC, TT), régime de neutre, notions de réseaux Ethernet.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Relais numériques de protection
    2. Leçon 2 — Protection différentielle
    3. Leçon 3 — Coordination et sélectivité
    4. Leçon 4 — IEC 61850 pour la protection numérique

    Travaux pratiques

    • TP guidé 1 : paramétrage et essais par injection secondaire d’un relais de distance (type Siemens 7SA86 ou ABB REL670) — leçon 1.
    • TP guidé 2 : étude de coordination d’un départ HTA 33 kV avec un logiciel de type CAPE — leçon 3.
    • TP guidé 3 : configuration IEC 61850 (ICD, SCD, CID) et test d’un schéma de sélectivité logique par GOOSE — leçon 4.

    Modalités d’évaluation

    Volume horaire : CM 22 h, TD 8 h, TP 8 h, travail personnel (TPE) 42 h, soit 80 h de charge totale ; 4 crédits. Évaluation de nature mixte : contrôle continu (CC, 40 % : comptes rendus de TP, devoir de réglage de protections, quiz) et examen terminal (ET, 60 % : étude de cas écrite de réglage et coordination).

    Bibliographie

    • P. M. Anderson, Power System Protection, Wiley-IEEE Press.
    • IEC 61850-1 : Communication networks and systems for power utility automation — Introduction and overview.
    • S. H. Horowitz, A. G. Phadke, Power System Relaying, Wiley (ouvrage complémentaire).
    • Alstom Grid / GE, Network Protection & Automation Guide (NPAG) (ouvrage complémentaire).