NOVI DIGITALNI REGULATOR I SISTEM ZAŠTITA ZA PARNE TURBINE NEW DIGITAL CONTROLLER AND PROTECTION SYSTEM FOR STEAM TURBINE

Transcription

1 1 NOVI DIGITALNI REGULATOR I SISTEM ZAŠTITA ZA PARNE TURBINE NEW DIGITAL CONTROLLER AND PROTECTION SYSTEM FOR STEAM TURBINE Mihajlo Nikolić, Željko Gagić 1, Savo Bezmarević, Termoeletrana Nikola Tesla- A Obrenovac Milenko Nikolić, Bojan Papić, Nebojša Radmilović 1, Institut Mihajlo Pupin -Automatika Beograd Abstract: U proteklih 7 godina u termoelektrani Nikola Tesla-A u Obrenovcu izvršena je zamena starih sistema za upravljanje i regulaciju na svih 6 blokova sa novim računarskim distribuiranim sistemima (Disrtibuted Control System - DCS). Iskustva i znanja stečena na tim projektima, u dugom periodu eksploatacije elektrane, kao i saradnja Elektroprivrede i Instituta Mihajlo Pupin stvorili su uslove za razvoj sistema za upravljanje, regulaciju i zaštitu parnih turbina - turbinskog regulatora. U radu je opisan digitalni turbinski regulator, koji je ispitan i pušten u rad na bloku A2 snage 210MW u termoelektrani Nikola Tesla-A u Obrenovcu. Prikazana je struktura elektronskog i hidrauličkog dela, kao i koncept hardverskih i softverskih rešenja. Dat je opis funkcija upravljačkog i regulacionog algoritma i sistema u celini. Na kraju su dati vremenski dijagrami ponašanja sistema u realnom pogonu: izvođenje turbine na nominalnu brzinu, sinhronizacija i rad na opterećenju. Realizovano rešenje ima sve funkcije, karakteristike i performanse koje se od jednog modernog sistema za upravljanje, regulaciju i zaštitu parne turbine očekuju. Uz adekvatna prilagođenja može se primeniti na kondenzacione parne turbine svih snaga i ima mogućnost integracije u bilo koji nadređeni sistema upravljanja. Ključne reči: turbinski regulator, parna turbina, turbinske zaštite Abstract: During the last period of the 7 years, old systems for the management and control on all 6 units in power plant "Nikola Tesla-A" in Obrenovac, were replaced with the new computing Distributed Control System (DCS). Experience and knowledge gained in these projects and in long period of plant exploitation and also very successful cooperation of Electric Power Company of Republic Serbia and the Institute "Mihajlo Pupin" created the conditions for the development of systems to manage, control and protection of steam turbine - turbine controller. This paper describes a digital turbine controller, who has been tested and put into operation on the block A2 210MW power in a power plant "Nikola Tesla-A" in Obrenovac. The structure of electronic and hydraulic parts and the concept of hardware and software solutions presented. The functions of control and regulation algorithms and overall system explained. At the end, given time diagrams that give the behavior of the real process: the performance of the nominal turbine speed, synchronization and load work (boiler turbine coordination mode). This solution has all the functions, features and performance of a modern system of management, control and protection of steam turbine as it expected. With adequate adjustment this turbine controller can apply to the condensing steam turbine and is capable of integration into any type of superior management system. 1 kontakt autora: zeljko.gagic@tent.rs, nebojsa.radmilovic@pupin.rs

2 2 Key words: turbine controller, steam turbines, turbine protection 1. UVOD U TE Nikola Tesla-A u Obrenovcu u proteklih 7 godina stari sistemi za regulaciju i upravljanje na svih 6 blokova zamenjeni su novim savremenim računarskim distribuiranim sistemima (Distributed control system - DCS), od kojih su 4 Instituta "Mihajlo Pupin". Izuzetno složeni zahtevi, koji podrazumevaju visok nivo multidisciplinarnih znanja u oblasti turbina, kao i strogi zahtevi za pouzdanost takvih sistema, nisu pružali sigurnost da se u sistemima, gde je u sklopu modernizacija vršena i zamena turbinskog regulatora, pokuša sa domaćim tehnološkim rešenjima. Nove regulatore su isporučivali renomirani svetski proizvođači, a stari koji nisu menjani uz određenu adaptaciju integrisani su u novi sistem upravljanja na bloku. Iskustva i znanja stečena na tim projektima, u dugom periodu eksploatacije elektrane, kao i saradnja Elektroprivrede i Instituta Mihajlo Pupin, stvorili su uslove za razvoj sistema za upravljanje, regulaciju i zaštitu parnih turbina - turbinskog regulatora. Razvoj novog sistema, turbinskog regulatora i sistema turbinskih zaštita, odvijao se prema utvrđenom programu koji je imao više faza, celina ili oblasti : Razvoj mikroprocesorkskog kontrolera na bazi dokazanog ATLAS- MAX sistema Instituta Mihajlo Pupin, uz unapređenje sistemskog softvera i hardverskih ulazno/izlaznih modula i komponenti za procesuiranje analognih i digitalnih signala, u skladu sa zahtevima obimnog i složenog algoritma, a naročito, prema zahtevu za brzinom izvršenja kritičnih regulacionih i zaštitnih funkcija. Razvoj modula za merenje brzine turbine, kao jedne od najvažnijih komponenti u sistemu turbinske regulacije, kao i ostalih komponenti karakterističnih za funkcije turbinskog regulatora. Razvoj algoritma za upravljanje, regulaciju i zaštitu turbine. Razvoj simulatora parne turbine sa pomoćnim sistemima. Pripremljene su dve varijante: softverska, koja je korišćena u fazi razvoja algoritma turbinske regulacije, i varijanta hardverski i softverski nezavisnog uređaja koji je korišćen u fazi provera svih funkcija kompletiranih ormara turbinskog regulatora. Rekonstrukcija i prilagođenje starog sistema hidrauličko-mehaničke turbinske regulacije i zaštite na moderni upravljačko- regulacioni sistem. Projekat uklapanja modernizovanog sistema turbinske regulacije i turbinskih zaštita u postojeće sisteme za upravljanje, regulaciju, monitoring i zaštitu. Projektovanje novih upravljačkih sekvenci startovanja i zaustavljanja turbine, adaptacija ili projektovanje novih algoritama upravljanja tehnoloških podstistema turbine po principu funkcionalnih grupa. Ispitivanje, puštanje u rad i podešavanje kompletiranog sistema turbinskog regulatora i sistema turbinskih zaštita, integrisanih u sistem upravljanja turbinom i blokom u celini. Novi sistem turbinske regulacije, kako je navedeno, implementiran je na bloku A2, na turbini K proizvođača LMZ- Lenjingrad. Zastarjelost i dotrajalost starog hidrauličkomehaničkog sistema turbinske regulacije, kao i problemi u održavanju su osnovni razlozi za rekonsturkciju i modernizaciju istog. Osim olakšavanja procesa održavanja, modernizacijom sistema turbinske regulacije podiže se pouzdanost, raspoloživost i sigurnost turboagregata u celini, pošto napredniji sistem omogućuje: precizan, siguran i pojednostavljen proces startovanja, opterećivanja i isključenja turbine,

3 precizniju kontrolu položaja, bolje dinamičke karakteristike regulacionih ventila i time bolje performanse sistema u celini, uvođenje novih naprednijih funkcija u sistemu vođenja turbine i monitoringa, korišćenje trokanalne elektronske nadbrzinske zaštite, uz bolji sistem vođenja i monitoringa i trokanalni sistem turbinske zaštite- veću sigurnost turbine u radu. 2. PARNA TURBINA K Na bloku A2 termoelektrane Nikola Tesla A u Obrenovcu ugrađena je kondenzaciona parna turbina K proizvođača LMZ- Lenjingrad koja ima sledeće karakteristike: Nominalna snaga: 210 MW Brzina: 3000 min - 1 Pritisak sveže pare: 127,5 bar Temperatura sveže pare: 535 O C Pritisak međupregrejane pare: 23,7 bar Temperatura međupregrejanje pare: 535 O C Maksimalni protok sveže pare: 645 t/h Parna turbina K je jednoosovinski agregat sa međupregrevanjem pare i ima 3 cilindra: cilindar visokog pritiska (CVP), cilindar srednjeg pritiska (CSP) i cilindar niskog pritiska (CNP) sa 2 izlaza pare. Za potrebe toplifikacije, ispred obe strane protočnih delova CNP ugrađene su dijafragme za regulaciju pritisaka na oduzimanju za toplifikaciju. Sistem raspodele pare je sapničkog tipa i uključuje 2 stop i 2 zaštitna ventila i po 4 regulaciona ventila CVP i CSP. Upravljanje stop i zaštitnim ventilima ostvaruje se individualnim servomotorima, regulacionim ventilima VP i SP upravlja se jednim zajedničkim servopogonom i sistemom mehaničkih poluga, dok dijafragma ima svoj servopogon. Parna turbina, originalno, opremljena je hidrauličko-mehaničkim sistemom regulacije i zaštite. Osnova sistema su centrifugalni regulator brzine, regulator pritiska i nadbrzinska zaštita sa mehaničkim isključivačima. Regulator brzine vrši regulaciju brzine turbine do izvođenja na nominalnu brzinu, a nakon sinhronizacije reguliše snagu po statizmu snaga-fekvencija od 4,5%, pri čemu se snaga može ograničiti graničnikom snage. Regulator pritiska u toplifikacionom režimu prema zahtevanoj toplotnoj snazi reguliše zadati pritisak na oduzimanju za toplifikaciju. 3. MODERNIZACIJA HIDRAULIČKOG DELA TURBINSKE REGULACIJE I SISTEMA TURBINSKIH ZAŠTITA Opseg rekonstrukcije starog hidrauličko-mehaničkog sistema turbinske regulacije i turbinske zaštite definisan je na bazi finansijskih mogućnosti, kao i vremena potrebnog za realizaciju predloženih varijanti. Vremensko ograničenje je vezano za trajanje planiranog remonta Bloka A godine od 75 dana. U skladu sa navedenim, odabrana je optimalna varijanta rekonstrukcije kojom je kroz detaljan projekat definisano: koja se hidraulička oprema uklanja, koje se nove komponente ugrađuju, kao i koje se komponente zadržavaju u funkciji uz prilagođenje na modernizovani koncept turbinske regulacije. Ovaj deo projekta poveren je renomiranoj svetskoj firmi Alstom Power -Elblag iz Poljske. Slika 1. prikazuje modenizovani hidraulički sistem. 3

4 4 n Nadbrzinska zaštita module Control S S 2 actuators Regulatori 1 položaja servopogona position MW Digital Digitalni Turbine turbinski regulator P M P U P 1 Digitalni sistem system zaštite Zaštita Channel Kanal 1 1 Zaštita P C P U Kanal 2 P Zaštita R Channel Kanal 3 3 x3 P R P M Stop ventil VP x2 P 1 CVP E H S 1 Regualcioni ventili VP x4 Glavni SP Stop ventil SP x2 Regualcioni ventili SP x4 CSP E H CNP SP dijafragma S2 MW G ~ 2 out 2 of od 3 Sigurnosni Trip blok Unit Merenje brzine n P U P C Postojeći 2MPa uljni sistem Prema startnoj uljnoj pumpi Slika 3.1. Hidraulički sistem nakon rekonstrukcije (merenja: MW merenje električne snage, n merenje brzine turbine, S 1 merenje položaja glavnog servopogona, S 2 merenje položaja servopogona dijafragme, P R merenje pritiska sigurnosnog ulja, P M merenje pritiska sveže pare ispred turbine, P 1 merenje pritiska pare u regulacionom stupnju CVP, P C merenje pritiska pare u kondenzatoru, P C merenje pritiska pare oduzimanja za toplifikaciju) Oprema koja je demontirana, pošto je njene funkcije preuzeo novi sisem: Hidrauličko- mehanički regulator brzine Hidrauličko- mehanički regulator pritiska za toplifikacju Mehanička nadbrzinska zaštita Upravljačke elektro-mehaničke komponente Nova oprema: Sistem merenja brzine turbine sa 3 senzora za sigurnosni sistem i regulaciju i 2 rezervna senzora Elektronska nadbrzinska zaštita PID regulatori položaja glavnog servopogona regulacionih ventila VP/SP i servopogona NP za toplifikaciju Trokanalni sigurnosni zaštitni blok koji deluje na principu 2od3 Uljni filter i uljni razvod Nova analogna merenja i novi digitalni signali Oprema koja je zadržana u funkciji uz modernizaciju i prilagođenje na novi koncept: Servopogon regulacionih ventila VP/SP, kao i servopogon NP za toplifikaciju, opremljeni su komponentama za zatvaranje kruga regulacije položaja: - proporcionalni elektrohidraulički ventil - davač za merenje položaja Rekonstruisan je prednji ležajni blok, gde je bio smešten stari upravljački, zaštitni i regulacioni sistem. 4. STRUKTURA NOVOG SISTEMA TURBINSKE REGULACIJE I TURBINSKIH ZAŠTITA 4.1. Opšta struktura novog sistema turbinske regulacije i sistema turbinske zaštite

5 Na slici 4.1. prikazana je struktura novog sistema turbinske regulacije i sistema turbinske zaštite. 5 NAPONI NAPAJANJA + + ISKLJUČNI KRUG TEST DCS NADBRZINSKA ZAŠTITA ELEKTRIČNE ZAŠTITE 2/3 MEHANIČKA MERENJA PRITISAK ULJA TURBINSKE ZAŠTITE >1 2/2 1/1 RTU19 DI DO AI DO AO RTU20 DI DO AI DO AO TURBINSKI REGULATOR POGON POGON TEST RTU17 RTU18 DO 1 DO 2 DO 3 DO 1 DO 2 DO 3 >1 >1 >1 2/3 REGULATORI POLOŽAJA SERVOPOGONA LOKALNO TASTERI ZA NUŽNO ISKLJUČENJE >1 PULT 1/1 ISKLJUCENJE KOTLA + I U U h E H I h REGULACIONI VENTIL NAPAJANJE REGULACIONIM FLUIDOM TRIP BLOCK 2/3 SVEŽA PARA STOP VENTIL PREMA MEĐUPREGREJAČU DAVAČI BRZINE Slika 4.1. Struktura novog sistema regulacije turbine i sistema turbinskih zaštita Kao što se na slici vidi, novi sistem turbinske regulacije i sistem turbinske zaštite sastoji se od više hardverskih i funkcionalnih celina, tako imamo: Digitalni turbinski regulator u master/slave reduntantnoj konfiguraciji Dva ravnopravna digitalna sitema turbinske zaštite Regulatore položaja servopogona sa sistemom monitoringa ispravnosti regulacionog kruga Trokanalni isključni krug sa hidrauličkim sigurnosnim blokom i redundantnim sistemom napajanja Trokanalnu elektronsku nadbrzinsku zaštitu 4.2. Digitalni turbinski regulator i turbinske zaštite Nakon višegodišnjeg iskustva u razvoju i uspešnoj primeni ATLAS-MAX sistema u upravljanju i monitoringu rada termoenergetskih postrojenja, za potrebe realizacije turbinskog regulatora sa svim specifičnih zahtevima, javila se potreba za intezivnijom upotrebom nove generacije ovog sistema ATLAS RTL. Na ovoj platformi su izvršena poboljšanja u bržoj akviziciji ulaznih analogno/digitalnih signala, sa unapređenim monitoringom ispravnosti IO modula. ATLAS RTL je baziran na Real Time Linux (RTL) platformi, koja pruža punu podršku pri radu velikog broja slave uređaja, a telnet i ftp servisi mu daju izuzetnu portabilnost i konektivnost prema drugim platformama. RTL ima sledeću hardversku platformu Procesor Pentijum III na 1GHz, FLASH memorija 1 Gb ( koristi se umesto harddiska ) SDRAM memorija 512 MB 2 mrežne karte

6 6 4 standardna RS232 serijska izlaza, Video izlaz(vga) Zahvaljujući ovakvoj konfiguraciji i prednostima RTL operativnog sistema obezbeđeno je drastično smanjenje trajanja lederskog ciklusa i povećana konfigurabilnost kontrolera u odnosu na ATLAS-MAX. Sistem turbinskog regulatora sastoji se od 10 ATLAS-RTL kontrolera od kojih su 4 namenjena za upravljačko/regulacione funkcije, 4 za turbinske zaštite i 2 za komunikacioni interfejs ka postojećem DCS sistemu. Regulacioni kontroleri su raspoređeni u dve dualne master/slave konfiguracije tako koncipirane da se kompletan upravljački algoritam izvršava na jednoj dualnoj platformi, dok se druga dualna master/slave konfiguracija nalazi u praćenju stanja, monitoringu ispravnosti vodećeg kontrolera i preuzimanja upravljačkih funkcija u slučaju detektovanog otkaza. Turbinske zaštite su realizovane tako se algoritam izvršava uporedno na obe dualne master/slave konfiguracije i dovoljno je aktiviranje zaštite na barem jednoj konfiuraciji da dovede do prorade istih. Interval trajanja lederskog ciklusa na regulacionom kontroleru je 30ms, dok se detekcija prorade pojedinih zaštita vrši na svakih 10ms. Svi moduli analogno/digitalni ulazno/izlaznih signala su redudantni sa monitoringom ispravnosti, tako u slučaju otkaza jednog od modula dolazi do automatskog prelaska na ispravan modul. Kontroleri namenjeni za komunikacioni interfejs podržavaju sledeće protokole: IEC Master i Slave, IEC Master, MODBUS Master i Slave, NEO MASTER, SPA MASTER, Server-Client Novi turbinski regulator je opremljen posebnim modulima za merenje brzine turbine (BPC02) koje je Institut Mihajlo Pupin namenski razvio za potrebe novog sistema. Tačnost, brzina i rezolucija novog sistema merenja obezbeđuju pouzdan i siguran rad vitalnih funkcija turbinske regulacije, i to: vođenje brzine turbine do praznog hoda i u fazi sinhronizacije detekciju ubrzanja (limiteri, zaštite) primarnu regulaciju (formiranje signala kδf) granične vrednosti brzina za logiku funkcionalnih grupa i pobudni sistem generatora rezervna nadbrzinska zastita Modul BPC02 se sastoji od dva merna kanala, galvanski odvojena od procesa. Svaki kanal dobija ulazni signal preko sonde induktivnog blizinskog prekidača. Mikroprocesor na ploči meri vreme između svaka dva susedna impulsa ulaznog signala i na osnovu izmerenih vrednosti računa broj obrtanja vratila sa preciznošću od 0.01%. Brzina akvizicije modula je 1ms, što omogućuje da se na PLC izvršava algoritam turbinske regulacije. Signal sa induktivnog blizinskog prekidača se baferiše na modulu, pa ga je moguće dovesti do još jednog modula BPC02. Omogućeno je izdavanje lokalnih komandi, uz mogućnost podešavanja pragova, čime se postiže funkcija zaštite. Bitna karakteristika je što modul može raditi i kao stand-alone uređaj i rezultat merenja prikazivati na LCD displeju Regulatori položaja servopogona Regulatori položaja servopogona, kao zasebni elektronički moduli sa PID regulatorom i pojačavačem snage, preko proporcionalnog ventila i davača položaja, zatvaraju regulacioni krug položaja servopogona. Podešavanje regulacionog kruga, statički i dinamički, vrši se fabrički na ispitnom stolu, a u toku ispitivanja, podešavanja i puštanja u rad kompletiranog i povezanog sistema sve se proverava u realnim uslovima. Posebno se proverava vreme zatvaranja regulacionih ventila.

7 Regulacioni krug položaja servopogona opremljen je i sistemom nadzora. Trajno se kontrološe: Prisustvo napona napajanja elektronike. Smetnja u krugu merenja položaja servopogona. Smetnja u krugu regulacije koja dovodi do prevelike greške regulacionog odstupanja. Proporcionalni ventil, u konkretnoj realizaciji, ima dva elektromagneta. Jedan elektromagnet deluje u smeru otvaranja servopogona i isti je u normalnom pogonu trajno pobuđen. Elektromagnet koji deluje u smeru zatvaranja servopogona otvara sliv ulja i tako vrši pritvaranje ili potpuno zatvaranje ventila. Posebno je važno da se obezbedi sigurno zatvaranje kod prorade limitera ubrzanja ili prorade turbinske zaštite. Stoga se trajno nadzire hardverska ispravnost stujnog kruga elektomagneta koji deluje na zatvaranje servopogona, posebnim modulom razvijenim za tu svrhu. U konkretnoj realizaciji gde imamo samo jedan servopogon za sve regulacione ventile i jedan servopogon za dijafragmu, svaka smetnja u regulaciji položaja servopogona je ujedno i turbinska zaštita Trokanalni sistem turbinskih zaštita Iz strukture sistema date na slici 4.1. kao i na MMI prikazu datom na slici 4.2. vidi se da je osnova sistema turbinskih zaštita trokanalni hardversko- žičani isključni krug sa sigurnosnim blokom kao izvršnim organom turbinske zaštite. Sigurnosni blok je elektrohidraulička komponenta koja formira pritisak komandnog i radnog fluida u hidrauličkom krugu upravljanja stop i regulacionih ventila, odnosno servopogona. Isključni krug je tako koncipiran da zaštite koje imaju najveći prioritet deluju direktno na isključenje turbine prekidanjem električnog kruga pobude elektromagneta sigurnosnog bloka, prema logici- 1od1, 1od2, 2od2 ili 2od3, kao što su na primer: nadbrzinska zaštita (2od3) mehanička merenja (1od2) pritisak ulja za podmazivanje (2od3) električne zaštite (1od2) tasteri za nužno isključenje (1od1) zaštite iz turbinskog regulatora (2od2): kritične greške samog turbinskog regulatora, tehnološke zaštite koje se formiraju u turbinskom regulatoru i rezervna nadbrzinska zaštita Sigurnosni blok na sebi ima i mehanički isključivač, nezavisan od električnog kruga isključenja. Ostale tehnološke zaštite formiraju se u kontrolerima turbinske zaštite. Osim osnovne zaštitne, preko kontrolera turbinskih zaštita ostvaruju se i dodatne funkcije: Memoriše se prorada bilo koje zaštite. Preko posebne logičke sekvence vrši se otvaranje stop ventila pobuđivanjem elektromagneta sigurnosnog bloka. Komanda za otvaranje stop ventila može se dati ručno ili je izdaje sekvenca automatskog starta turboagregata. Preko sekvence hardver testa vrši se provera isključnih kanala sigurnosnog bloka u radu turbine. Pošto su zaštitni kontoleri ravnopravni, test se obavlja posebno za svaki kontroler. Preko sekvence testa nadbrzinske zaštite, u pogonu turbine, vrši se provera svakog od kanala nadbrzinske zaštite i pripadnog isključnog kruga. 7

8 8 Slika 4.2. MMI prikaz sistema turbinskih zaštita 4.5. Elektronička nadbrzinska zaštita Nadbrzinska zaštita koja je integrisana u sistem zaštita turbine na bloku A2 je proizvođača JAQUET, tip FT3000. Ovaj tip nadbrzinske zaštite implementiran je još na 3 bloka u TENT- A i pokazao se kao pouzdan uređaj. Ulazni merni signal je uobličen frekventni signal sa sondi za merenje brzine turbine. Frekventni signal merenja brzine turbine se sa modula nadbzinske zaštite prosleđuje i modulima za merenje brzine turbine turbinskog regulatora, tako da su tri merne sonde dovoljne za zaštitu i regulaciju. Trokanalni sistem nadbrzinske zaštite ima mogućnost testa u radu turbine, pri čemu se testira kompletno elektronika sa pripadnim isljučnim krugom. Komandu za test pojedinog kanala izdaje sekvenca testa koja je implementirana u kontrolerima turbinske zaštite. Po prijemu komande, merni ulaz modula se preklapa na signal sa generatora frekvencije koji je veći od frekvencije praga prorade zaštite. Na taj način proverava se rad elektronike i ceo isključni krug. Realna provera se vrši stvarnim povećanjem brzine turbine iznad praga prorade. Povećanje brzine turbine od nominalne brzine u praznom hodu do praga prorade zaštite vrši se zadavanjem komadne za povećanje brzine turbinskom regulatoru. Komanda sa izdaje sa MMI prikaza koji je dat na slici SIMULATOR PARNE TURBNE SA POMOĆNIM SISTEMIMA Osnovna funkcija simulatora parne turbine je da zatvaranjem upavaljačko- regulacionih petlji prema pogonu i DCS sistemu omogući proveru ulazno/izlaznog interfejsa i gotovo svih funkcija i performansi novog regulatora, stoga je isti korišten: u toku izrade i optimizacije algoritma za fabričko primopredajno ispitivanje na objektu, u toku ispitivanja i puštanja u pogon kompletiranog i povezanog sistema

9 9 za obuku pogonskog osoblja pre prvog kretanja turbine sa novim sistemom regulacije za inicijalno parametriranje regulatora za estimaciju pobega i ponašanje sistema kod isključenja turbine sa punog opterećenja Osnova simulatora je dinamički model sistema bloka A2 koji u svojoj strukturi sadrži: model kotla, parne turbine i generatora model regulacionih ventila sa karakteristikom linearizacije protoka pare kroz turbinu model međupregrajača i reducir stanice (RSH1) model zagrejača visokog pritiska model sopstvene potrošnje bloka simulator sinhronizatora i statusa učinskih prekidača Za rad modela u realnom vremenu upotrebljena je PXI-1044 platforma National Instruments. sa periodom izvršavanja koda od 1ms. Korisnički interfejs, odnosno operatorski panel je odvojen od real-time kontrolera simulatora i nalazi se na posebnom PC računaru sa Windows operativnim sistemom i LabWIEW aplikativnim softverom. Operatorski panel simulatora omogućuje pokretanje ili zaustavljanje real-time simulacije, zadavanje ulaznih digitalnih ili analognih veličina, uključenje pojednih delova sistema (ZVP, RSH, prekidača,...) i praćenje izlaznih signala modela. Kako se ispostavilo, dobro koncipiran i na bazi realnih pogonskih merenja parametriran simulator, bio je važan element uspešne realizacije projekta. 6. ALGORITAM TURBINSKOG REGULATORA Razvijeni algoritam turbinskog regulatora, zajedno sa hardverskim okruženjem, ima sve funkcije koje obezbeđuju sigurno vođenje turbine i bloka u celini u svim režimima rada, u normalnom pogonu kao i kod poremećaja u sistemu proizvodnje sveže pare, elektroenergetskom sistemu ili samoj merno-regulacionoj-upravljačkoj opremi. MMI prikaz turbinskog regulatora dat na slici 6.1. prikazuje ujedno i strukturu algoritma, tako imamo: Regulator brzine Regulator snage Formiranje komponente učešća bloka u primarnoj regulaciji (k f) Regulator pritiska Regulator pritiska u oduzimanju za toplifikaciju Regulatore položaja servopogona sa pomoćnim funkcijama nadzora ispravnosti, kao i za podešavanje i proveru statičkih i dinamičkih karakteriska regulacionih ventila Limiter pada pritiska Limiter pritiska u regulacionom stupnju Limiter po vakumu Limiter ubrzanja Procesuiranje i nadzor ispravnosti merenja Stanicu za vođenje turbine koja vrši koordinaciju regulatora i omogućuje ručni režim rada, odnosno ručno zadavanje položaja regulacionih ventila Interfejes i koordinaciju sa DCS i ostalim sistemima: funkcionalne grupe turbine, regulacija kotla, pobuda, sinhronizator, turbinske zaštite Sinhronizaciju između kontrolera u master/slave konfiguraciji Sigurnosni sistem koji vrši nadzor nad celim sistemom, formira zaštite iz turbinskog regulatora i definiše status spremnosti turbinskog regulatora za rad Rezervnu nadbrinsku zaštitu koja je podešena nešto iznad glavne nadbrzinske zaštite

10 10 Slika 6.1. MMI prikaz turbinskog regulatora 7. PERFORMANSE NOVOG SISTEMA REGULACIJE TURBINE U ovom poglavlju su dati vremenski dijagrami koji opisuju rad novog sistema u nekim karakterističnim realnim pogonskim situacijama koji daju uvid u rad i performanse praktično svih najvažnijih funkcija i funkcionalnih celina novog sistema za regulaciju i zaštitu turbine. Na dijagramu datom na slici 7.1. prikazano je izvođenje turbine na nominalnu brzinu iz toplog stanja, sinhronizacija generatora sa elektroenergetskim sistemom i postepeno opterećivanje. Ovde je posebno karakteristična situacija koja se dešava pre ulaska turbine u kritične obrtaje (50% Nn ili 1500ob/min). Do ulaska u kritične obrtaje turboagregat se pokreće parom preko reducir stanice RSH1 cilindrima srednjeg (CSP) i niskog pritiska (CNP). Protok pare kroz turbinu regulišu samo reuglacioni ventili SP (POLgsp<40%) sa pitiskom međupregrejane pare (PRITmp) koji varira od 0,2 do 0,7 bar (od 0.8% do 3% Pn međupregrejane pare). Pre ulaska u kritične obrtaje zatvara se RSH1 stanica. Regulator brzine, po poremećaju brzine koji se tada dešava, potpuno otvara regulacione ventile srednjeg pritiska, a regulaciju praktično trenutno preuzimaju regulacioni ventili VP (POLgsp>40%) sa pritiskom sveže pare ispred turbine (PRITsp) od oko 50bar (40%Pn sveže pare) i pri tom se uspostavlja normalan tok strujanja pare kroz turbinu. Dijagram na slici 7.1. pokazuje zadržavanje stabilnosti regulacionih karakteristika regulatora brzine, u ovom, sa stanovišta regulacije, veoma zahtevnom prelazu. Dijagram slici 7.2. daje uvećan detalj od izlaska turbine iz kritičnih obrtaja do dovođenja na nominalnu brzinu, kao i promenu brzine turbine tokom sinhronizacije.

11 11 Slika 7.1. Izvođenje turbine na nominalnu brzinu, sinhronizacija, opterećivanje (Opis signala: Nzad zadana brzina turbine, Nmer merena brzine turbine, MWzad zadana snaga, MW merena snaga, POLgsp položaj glavnog servopogona, PRITsp pritisak sveže pare ispred turbine, PRITsp pritisak međupregrejane pare) Slika 7.2. Izvođenje turbine na nominalnu brzinu- uvećan detalj od izlaska iz kritičnih obrtaja do dovođenja na nominalnu brzinu i promenu brzine tokom sinhronizacije (Opis signala: Nzad zadana brzina turbine, Nmer merena brzine turbine, POLgsp položaj glavnog servopogona, PRITsp pritisak sveže pare ispred turbine) Dijagram na slici 7.3. prikazuje proces startovanja turbine neposredno nakon delovanja turbinske zaštite, sinhronizaciju i operećivanje. Ovde je karakerističan momenat kada regulator brzine preuzima vođenje brzine turbine. Kao što se na dijagramu vidi, po ispadu, zadana vrednost brzine prati trenutnu vrednost brzine turbine. Kada regulator brzine dobije komandu za start turbine na ciljnu brzinu, zadana vrednost brzine kreće sa ubzavanjem po gradijentu koji je definisan toplotnim stanjem turbine. Brzina turbine još uvek neko vreme pada tako da regulaciona greška raste. Kada se zadana vrednost brzine i brzina turbine raziđu za 60 ob/min zadavanje brzine se stopira, a oslobađa se kada turbina krene na ubzanje, odnosno kada se devijacija smanji na 6 ob/min. Ovim je smanjen udar na regulacione ventile. Inače, u ovoj situaciji regulaciju protoka pare kroz turbinu preuzeli su odmah regulacioni ventili VP. Na dijagramu se također vidi stabilan rad regulatora brzine i uz promenljiv pritsak sveže pare ispred turbine. Dijagram na slici 7.4. prikazuje rad regulatora snage u koordinisanom režimu u punom opsegu promene opterećenja, od tehničkog minimuma do punog operećenja i obratno. Koordinisani režim je najčešći režim rada bloka i za njega je karakteristično da zadanom vrednočću snage turbinskog regulatora upravlja glavni regulator bloka na način da brzi odziv turbine pomaže odražavanju konstantnog pritiska sveže pare ispred turbine. Na dijagramu se vidi stabilnost

12 12 ponašanja celog sistema, a vide se i detalji odziva kod naglih poremećaja u sistemu produkcije sveže pare izazvanih ispadom ili zagušenjem mlina. Slika 7.3. Delovanje turbinske zaštite, hvatanje turbine, izvođenje na nominalnu brzinu, sinhronizacija, preuzimanje opterećenja (Opis signala: Nzad zadana brzina turbine, Nmer merena brzine turbine, MWzad zadana snaga, MW merena snaga, POLgsp položaj glavno servopogona, PRITsp pritisak sveže pare ispred turbine, PRITsp pritisak međupregrejane pare) Slika 7.4. Rad regulatora snage u koordinisanom režimu sa regulacijom kotla (Opis signala: MWzad zadana snaga, MW merena snaga, POLgsp položaj glavno servopogona, PRITsp pritisak sveže pare ispred turbine) Dijagram na slici 7.5. prikazuje ponašanje i odziv sistema kod velikog poremećaja u sistemu produkcije sveže izazvanog ispadom jedne napojne pumpe i povratak u normalno pogonsko stanje. Ispad napojne pumpe doveo je do naglog pada pritisaka sveže pare sa nominalnog na 90% vrednosti, što dovodi do automatskog isključenja koordinisanog režima i automatske regulacije kotla. Time su se stekli uslovi za proradu limitera pada pritiska turbinskog regulatora. Kao što se na dijagramu vidi, zadana vrednost snage je stopirana na vrednosti koja je zatečena u momentu prorade limitera pritiska, a limiter pritiska održava pritisak ispred turbine na vrednosti koja je za 7% (kako je podešeno) manja od zadane vrednosti pritisaka ispred turbine, prilagođujući na taj način odatu snagu truboagregata produkciji kotla. Nakon toga operater je ručno zadao novu vrednosti ciljne snage koja je niža od merene snage. Kada se zadana vrednost snage, po zadanom gradijentu, smanjila ispod merene snage, limiter pritiska se isključio, a regulaciju je preuzeo regulator snage. Ostatak dijagrama prikazuje stabilizaciju situacije i dovođenje sistema u normalno pogonsko stanje.

13 13 Slika 7.5. Odziv sistema kod delovanja limitera pada pritiska (Opis signala: MWzad zadana snaga, MW merena snaga, POLgsp položaj glavno servopogona, PRITsp pritisak sveže pare ispred turbine) 8. ZAKLJUČAK Realizovano rešenje novog integrisanog sistema turbinske regulacije i sistema turbinskih zaštita ima sve funkcije, karakteristike i performanse koje se od jednog modernog sistema za upravljanje, regulaciju i zaštitu parne turbine očekuju. Uz adekvatna prilagođenja može se primenti na kondenzacione parne turbine svih snaga i ima mogućnost integracije u bilo koji nadređeni sistema upravljanja. Sistem je u proteklom periodu, od puštanja u pogon godine dokazao projektovanu funkcionalnost, kako prikazuju priloženi dijagrami. U narednom periodu sistem će se još unaprediti uvođenjem uticaja termičkog naprezanja turbine. U originalnom dizajnu parne turbine K nije bio predviđen poseban sistem termičkog monitoringa, postoje samo tehničke preporuke za vođenje turbine. Ideja je da se sistem unapredi kalkulatorom mehaničkih naprezanja rotora turbine koja nastaju usled brzih promena opterećenja turboagregata i uvođenje tog uticaja na funkcije turbinskog regulatora u smislu održavanja termičkih naprezanja u prihvatljivim marginama. 9. LITERATURA [1] N. Vasiljević Parne turbine Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Beograd, [2] Г.Д. Баринберг, Ю.М. Бродаров, А.А. Голдберг, Л.С. Иоффе, В.В. Кортенко, В.Б. Новоселов, Ю.А. Сахнин, Паровые турбины и турбоустановки Уральского туринного завода, ЗАО УТЗ, Екатеринбург, [3] IEEE committee report, "Dynamic models for steam and hydro turbines in power system studies," IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol.PAS-92, No.6, 1973, pp [4] Instrukcija za stavaljanje u pogon i opsluživanje parne turbine K , Termoelektrane Nikola Tesla, Obrenovac. [5] Izveštaj o ispitivanju turbinskih regulatora na blokovima A4, A5 i A6, Termoelektrane Nikola Tesla, Obrenovac [6] Izveštaj o puštanju u rad i ispitivanju primarne regulaciji na blokovima A3, A4, A5 i A6, Termoelektrane Nikola Tesla, Obrenovac