Polskie Sieci Energetyczne opracowały i konsekwentnie realizują program modernizacji transformatorów i autotransformatorów. Hasłem przewodnim programu jest realizacja zasad RCM (Reliability Centered Maintenance), czyli eksploatacja ukierunkowana na niezawodność. W połowie 2009 roku modernizowany był autotransformator o mocy 160MVA znajdujący się w SE Jasieniec. Remont tej jednostki wykonał Zakład Usług Technicznych "ENERGOAUDYT" z Radomia, natomiast układ chłodzenia wraz z szafą sterowniczą, akwizycją sygnałów diagnostycznych i udostępnianie danych do Systemu Sterowania i Nadzoru z wykorzystaniem protokółu komunikacyjnego IEC60870-5-101 wykonała firma PPH Energo-Silesia z Zawadzkiego.
Układ sterowania
Układ chłodzenia zawiera cztery chłodnice olej powietrze typy „CHOPN-200". W ich skład wchodzą między innymi: pompa oleju, dwa wentylatory, czujnik przepływu oleju i dwa czujniki temperatury Pt100 usytuowane przed i za chłodnicą (zastosowano czujniki produkcji PPH Energo-Silesia). Schemat obwodów mocy jednej z chłodnic przedstawiono na rys.1
Rys.1 Schemat obwodów mocy jednej z chłodnic wykonany w programie CAE EPLAN Electric P8
Chłodnice zgodnie z założeniami zostały podzielone na trzy grupy chłodzenia. Przyporządkowanie odpowiedniej chłodnicy do grupy chłodzenia zmienia się w ustalonych odstępach czasu. Dzięki czemu zużywanie się poszczególnych chłodnic jest równomierne. Przyporządkowanie chłodnic do odpowiedniej grupy chłodzenia pokazano w tabeli 1.
Tabela.1 Przyporządkowanie chłodnic do odpowiedniej grupy chłodzenia
Kombinacje przyporządkowania chłodnic | Numery chłodnic |
Grupa 1 | Grupa 2 | Grupa 3 |
Kombinacja 1 | 1 | 2 | 3 + 4 |
Kombinacja 2 | 2 | 3 | 4 + 1 |
Kombinacja 3 | 3 | 4 | 1 + 2 |
Kombinacja 4 | 4 | 1 | 2 + 3 |
Częstotliwość zmian poszczególnych kombinacji parametryzuje tzw. czas zmiany chłodnicy wiodącej.
Rys.2 Autotransformator wraz z szafą sterowniczą
W chwili załączenia autotransformatora nie pracuje żadna z chłodnic, ciepło powstające w skutek strat energii jest odprowadzane tylko przez kadź, chłodzenie typu ONAN. Pierwsza grupa chłodzenia zostaje załączona po uzyskaniu przez olej w górnej warstwie temperatury 45°C (chłodzenie typu OFAF1). Druga grupa zastaje załączona po uzyskaniu temperatury oleju 55°C lub temperatury uzwojeń 80°C (chłodzenie typu OFAF2). Trzecia grupa zostaje załączona po uzyskaniu temperatury przez olej 65°C lub uzwojeń 100°C (chłodzenie typu OFAF3). Praca pomp oleju jest monitorowana przez czujniki przepływu oleju, natomiast efektywność pracy wentylatorów lub stopień zabrudzenia chłodnic jest kontrolowany przez spadek temperatury na pracującej chłodnicy.
Oprogramowanie CAE
PPH Energo-Silesia używa do tworzenia dokumentacji programu „Eplan Electric P8”. Za takim wyborem przemawia kilka powodów: doświadczenie z poprzednią wersją Eplan 5, preferencje dużej grupy naszych klientów, duża funkcjonalność pozwalająca zaoszczędzić czas. Jednym z przykładów funkcjonalności jest możliwość automatycznej generacji różnorodnych zestawień (np. kabli, artykułów, listw zaciskowych itp.). Eplan potrafi wymieniać dane z aplikacjami MS Excel, gdzie dalej można je obrabiać już w formie tabelarycznej. W projektach zawierających sterowniki PLC (wchodzą one w skład praktycznie wszystkich układów automatyki) wejścia/wyjścia sterownika wykorzystane w projekcie można zaimportować do listy symboli np. „Simatic Manager”, co przede wszystkich zapobiega błędom i zapewnia spójność dokumentacji elektrycznej i programu pisanego dla sterownika. „Eplan Electric P8” używany jest w firmie od kilku lat i w połączeniu ze wsparciem technicznym firmy AB-MICRO pozwala zoptymalizować tworzenie projektów.
Monitorowanie pracy autotransformatora
Poza sterowaniem chłodzeniem układ współpracuje z wszystkimi pozostałymi urządzeniami zabudowanymi na autotransformatorze. Istotne informacje (sygnały) przesyłane są do Systemu Sterowania i Nadzoru, do urządzeń tych należą między innymi:
· analizator zawartości wody, wodoru, tlenku węgla i acetylenu w oleju,
· podobciążeniowy Przełącznik Zaczepów wraz z jego szafą napędu silnikowego,
· przekaźniki Bucholtza,
· pomiary temperatur: oleju w górnej i dolnej warstwie, rdzenia, otoczenia, uzwojeń (analogowy model cieplny), wlot i wylot każdej z chłodni,
· szafy sterownicze, w których mierzone są temperatura i wilgotność w ich wnętrzu,
· pomiar poziomu oleju w konserwatorze głównym i przełącznika zaczepów,
· położenie zaworu odcinającego konserwator i zaworu upustowego bezpieczeństwa.
Do pomiaru zawartości rozpuszczonych substancji w oleju został zastosowany analizator MINITRANS firmy KELMAN. Sterownik układy chłodzenia komunikuje się z tym urządzeniem poprzez złącze RS-485 i protokół MODBUS, połączenie to jest dwustronne umożliwia odczyt aktualnych stężeń i zapis parametrów konfiguracyjnych.
Sterownik PLC
W celu zapewnienia niezawodności w przedstawianej aplikacji zastosowane zostały dwa sterowniki ET200S CPU z interfejsem IM 151-8. Pracujące w układzie redundantnym, każdy z tych sterowników posiada moc obliczeniową CPU 314.Sterowniki te wyposażone są w małego 3 porty switch sieci Ethernet. Konfigurację pojedynczego sterownika pokazano na Rys.3
Rys.3 Sterownik ET200S CPU
W wewnętrznych drzwiach szafy sterowniczej zabudowany został 6” panel operatorski TP177B. Umożliwia on lokalne wprowadzanie nastaw, oraz wizualizuje pracę autotransformatora wraz z towarzyszącymi urządzeniami.
Protokół komunikacyjny IEC60870-5-101
Nowatorstwo prezentowanej aplikacji polega na zastosowaniu sterowników ET200S CPU do sterowania układem chłodzenia autotransformatora i jednocześnie do komunikacji z Systemem Sterowania i Nadzoru w oparciu o protokół komunikacyjny IEC687-5-101. Wybór tego protokółu komunikacyjnego był podyktowany wymogami istniejącego w SE Jasieniec systemu sterowania SicamPAS. Zadanie to można było zrealizować dzięki wprowadzeniu przez firmę Siemens nowego modułu telekontroli „SIPLUS RIC IEC on S7”. Pierwszą firmą w kraju, która zastosowała w praktyce nowy produkt jest PPH Energo-Silesia. Komunikacja w oparciu o wspomniany protokół może być realizowana za pomocą jednego z trzech procesorów komunikacyjnych: CP441-2, CP341, CP 1SI ASCII. Biblioteka „SIPLUS RIC IEC on S7” pozwala na wybór protokółu IEC687-5-101 lub IEC687-5-104 dla każdego z nich sterowni może pełnić funkcję mastera albo slave. W opisywanej aplikacji obydwa sterowniki główny i rezerwowy pracują, jako slave wspomnianego protokółu IEC687-5-101, każdy z nich niezależnie łączy się z przypisanym mu serwerem systemu, SicamPAS.
Podstawowymi blokami pozwalającymi skonfigurować połączenie są:
· FB100 „S7_IEC_Config”
· FB121 „SL_Org_Asdu_1”
· FB122 „MA_Org_Asdu_1”
Zostały one pokazane jako bloki CFC na Rys.4 jednym z parametrów wejściowych bloku FB100 jest klucz autoryzacyjny (podwójne słowo w formacie HEX). Każda karta MMC posiada swój indywidualny klucz, bez autoryzacji komunikacja będzie pracować przez 15 min. FB121 „SL_Org_Asdu_1” jest blokiem funkcyjnym dla komunikacji typu slave natomiast FB122 „MA_Org_Asdu_1” typu master.
Rys.4 Bloki CFC
Pozostałe bloki funkcyjne to:
· FB130 „SLi_SP_DP_s128” – obsługuje do 128 sygnałów typu „single points” lub „double points”,
· FB131 „SLi_ST_s8 – do 8 sygnałów „step position”,
· FB132 „SLi_BO_s8” – 8 bitów
· FB133 „SLi_ME_s32”- do 32 sygnałów „measured values”,
· FB134 „SLi_IT_s8” – 8 „integrated totals”
W celu przesłania większej liczby sygnałów funkcje te wywoływane są wielokrotnie. Przedstawiono funkcje dla opcji slave, alternatywne występują dla mastera. W trakcie testów uruchomiono komunikację pomiędzy dwoma sterownikami ET200S jako master slave. Ze względu na przejrzystość całość program został napisany w CFC. Jeden z ekranów Systemu Sterowania i Nadzoru pokazano na Rys.5, wszystkie sygnały i pomiary przesyłane są za pomocą protokółu IEC60870-5-101.
Rys.5 Jeden z ekranów obrazujących stan pracy autotransformatora
Transformatory są jednymi z najważniejszych elementów składowych sieci energetycznej, ich awaryjne wyłączenia są ze wszech miar niepożądane. Dlatego tak ważnym jest zapewnienie im odpowiednich warunków prace, a przede wszystkim chłodzenia, gdyż temperatura jest głównym czynnikiem wpływającym na czas życia transformatorów. W celu zapewnienia najodpowiedniejszych warunków pracy monitorowane są różnego rodzaju parametry, część z nich można zobaczyć na Rys.5. wszystkie te informacje przesyłane są do systemu nadrzędnego przez przedstawiony protokół komunikacyjny.
Rajmund Włodarz
PPH ENERGO-SILESIA
mail.: r.wlodarz@energosilesia.pl
tel.: +48 508 258 783
