Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Úspěšná rekonstrukce elektrárny Felton na Kubě

Automa 7/2000

Ing. Roman Mašika, ZAT Příbram

Úspěšná rekonstrukce elektrárny Felton na Kubě

Exportní možnosti českého průmyslu jsou různorodé, ale z pohledu budoucnosti je nutné hledat příležitosti k vývozu zboží především z oblasti tzv. high-tech. Patří k nim bezesporu i dodávky energetických zařízení a související techniky, včetně přístrojů pro automatické řízení těchto zařízení a provozů.

ZAT je největší český dodavatel a výrobce řídicích systémů pro oblast řízení spojitých výrobních procesů, ve světě označovanou process automation.

Společnost ZAT exportovala v závěru 80. let prostřednictvím československých exportních firem svá zařízení do mnoha zemí světa. Velké dodávky řídicích systémů DIAMO byly realizovány do zemí Latinské Ameriky. Tyto dodávky vytvářely a vytvářejí šance navázat na minulou obchodní spolupráci se zeměmi, které si ověřily, že zboží českých firem je kvalitní a efektivní alternativou výrobků firem z jiných zemí.

Obr. 1. Obr. 2.

Ve druhé polovině 90. let byla prostřednictvím Škodaexportu zahájena jednání s kubánskou energetickou společností Union Electrica o rekonstrukci zařízení elektrárny Felton 2 × 250 MW ve východní části Kuby. Elektrárna spaluje tzv. crude oil – surovou ropu, palivo specifických fyzikálních a chemických vlastností. Jeho zásoby jsou v zemích v okolí Mexického zálivu dostatečné a sama Kuba má vlastní rozsáhlá naleziště ve svých přímořských vodách.

Požadavky na provedení řídicího systému
Zadání kubánského zákazníka definovalo přesné a přísné požadavky na provedení a funkce moderního řídicího systému. Na zadání spolupracovala řada kubánských odborných pracovišť, univerzit a institucí. Zadání vznikalo na základě odborných konzultací se zahraničními odborníky amerického kontinentu. Jednání mezi reprezentanty Union Electrica a ZAT měla několik kol, která probíhala jak v Čechách, tak na Kubě. Společnost ZAT navrhla pro realizaci řízení vlastní otevřený řídicí systém ZAT-Plant Suite MP, který se v průběhu jednání začal aplikovat na technologii odsíření Elektrárny Mělník II a III, současně byly zahájeny práce na dodávce pro odsíření Elektrárny Mělník I společnosti Energotrans a podepisovaly se smlouvy o dodávkách pro městskou teplárnu v Písku a teplárnu v Silonu Planá nad Lužnicí. Kubánský zákazník oceňoval především flexibilitu a rozšířitelnost systému v celém průběhu životnosti, možnost vybudovat plně komputerizovaná pracoviště operátorů, rozsáhlý diagnostický systém, snadnou pochopitelnost ze strany obsluhy a jazykovou podporu španělštiny. Právě pro tyto vlastnosti a v neposlední řadě pro realisticky kalkulovanou cenu dodávky a nízkou očekávanou cenu vlastnictví (cost of ownership) došlo k dohodě mezi UNE a ZAT, jenž byl v tomto obchodním případu reprezentován Škodaexportem. Kontrakt byl podepsán v první polovině roku 1998.

Zákazník v kontraktu definoval požadavek na minimální dobu nutné odstávky bloku. Bylo dohodnuto, že doba mezi odstavením bloku a opětovným spuštěním modernizovaného zařízení nebude delší než tři měsíce. Tato doba byla v průběhu realizace dodávek po jednání zkrácena na dva měsíce. V roce 1998 byly zahájeny dodávky pro zařízení 1. bloku.

Konfigurace procesních stanic
Každý řídicí systém bloku 250 MW obsahuje 200 distribuovaných vstupních a výstupních stanic ZAT-D připojených k 12 redundantním procesním stanicím ZAT-2000 MP, založeným na moderní 32bitové technologii otevřených systémů a na mezinárodní komunikační sběrnici Profibus ve variantě FMS a DP. Profibus FMS zajišťuje vzájemnou komunikaci procesních stanic ZAT-2000 MP a komunikaci směrem k operátorským stanicím. Verze DP slouží pro připojení vzdálených periferií – v případě projektu Felton je to technologické vstupní a výstupní rozhraní – stanice ZAT-D. Těsná spolupráce odborníků obou smluvních stran vedla k moderní definici konfigurace systému, která v maximální míře využívá optické přenosové sítě. Aktuální verze použitá pro řídicí systém elektrárny Felton využívá optické spoje nejenom v úrovni komunikace FMS mezi řídicími procesními stanicemi a operátorským pracovištěm, ale i pro připojení vstupního a výstupního rozhraní ZAT-D, které je umístěno v převážné míře ve strojovně v bezprostřední blízkosti turbín a na opěrné konstrukci kotle. Optická komunikace umožňuje dosáhnout velkých přenosových rychlostí i na vzdálenostech stovek metrů, což je výhodné pro zachování dynamiky řízení. Popsaný koncept minimalizuje potřebu kabeláže pro připojení senzorů a akčních členů, dochází k absolutní úspoře délky kabelů, návazně se zkracuje čas na jejich instalaci. Další úspory vznikají redukcí délek kabelových lávek. Optický kabel je imunní vůči elektromagnetickému rušení, způsobenému jak elektromagnetickými poli elektrických strojů, tak vyrovnávacími proudy, vznikajícími mezi zařízeními s různými elektrickými potenciály.

Celkově je na jednom bloku použito přes 3 km optických kabelů. Komunikační trasy byly koncipovány jako optické kruhové sítě, které jsou odolné proti přerušení, způsobenému buď mechanickou závadou na kabelu, nebo elektrickou poruchou vazebních optických prvků.

Obr. 3. Obr. 4.

Pro část elektrické rozvodny vlastní spotřeby byl použit ověřený systém ZAT-E řízený centrálními procesory D352. Pro řízení elektrické části je použito 29 procesních stanic, které jsou vzájemně synchonizovány. Celkové řešení poskytuje rastr 10 ms pro rozlišení událostí. Vstupní a výstupní subsystém je vybaven převodníky pro přímý vstup elektrických měření střídavých veličin z proudových a napěťových měřicích transformátorů, je přizpůsoben pro měření efektivních i střídavých hodnot a umí měřit vzájemný posuv fází, nutný pro vyhodnocení účiníku a výpočet jalového výkonu. Měření frekvence napětí je samozřejmostí. Součástí programového řešení ZAT pro rozvodny vn a vvn jsou funkční bloky pro realizaci kompenzace účiníku.

K systému ZAT-Plant Suite MP jsou jako integrální součást celkového řešení připojeny systémy PRIMIS z provenience Škody Controls, které realizují regulaci turbíny a budicí soupravy generátoru. Oba systémy jsou připojeny přímo na komunikační sběrnici Profibus FMS systému ZAT.

Operátorský systém
V operátorských systémech je použit softwarový nástroj InTouch (Wonderware), který umožňuje realizovat grafické operátorské pracoviště na obrazovce PC s operačním systémem MS Windows NT. Systém dovoluje vytvořit plnohodnotné ovládání elektrárenského bloku za použití počítačové myši. Operátor má k dispozici přehledové i detailní snímky, připojené technologické zobrazení, rozsáhlý systém pro práci s alarmy, obrazovky trendů všech důležitých hodnot a snímky pro automatické sekvenční spouštění technologie. Konfigurace operátorského systému každého bloku obsahuje čtyři pracovní stanice na bázi PC Compaq Deskpro PII 350 s 64 MB paměti, 5GB disky a barevnými obrazovkami 20". Aplikace InTouch ve verzi 7.0 umožňuje vyvolat libovolnou kombinaci snímků kotle a turbíny. Operátorské systémy bloku 1 a 2 umožňují křížové řízení druhého bloku. Rozvodna vlastní spotřeby je rovněž zastřešena systémem InTouch, který pracuje na dvojici operátorských stanic. Nad operátory bloků je hierarchicky umístěno pracoviště vedoucího směny, který používá software Factory Focus, což je nástroj dovolující plnohodnotné zobrazení jako InTouch, s jediným rozdílem – není umožněno zadávat povely do řízení.

Instalace
Práce na instalaci zařízení byly zahájeny v prvním čtvrtletí roku 1999 za plné účasti kubánského partnera. Jednou z dohodnutých metod spolupráce byla plná integrace pracovníků UNE do realizace projektu. Nový řídicí systém byl instalován za provozu elektrárny. Během roku 1999 byla instalována technika řízení rozvodny vlastní spotřeby. Pro vytvoření představy o rozsahu díla je třeba poznamenat, že celý řídicí systém jednoho bloku ovládá čtyřicet technologických funkčních celků reprezentovaných 919 analogovými a 185 binárními měřicími kanály; 1 147 binárních vstupů a 884 binárních výstupů ovládá přibližně 560 akčních členů a systém obsluhy hořáků.

Obr. 1.

V části rozvodny vlastní spotřeby je připojeno 3 050 míst. Operátorský systém obsahuje celkem 275 přehledových a detailních snímků. Převážná část z nich vznikla ve spolupráci se zákazníkem, který po úvodním seznámení pozměnil své původní zadání a rozhodl se plně využít nabízených vlastností HMI systému InTouch.

V březnu 2000 byl odstaven první blok elektrárny a byly zahájeny práce na zprovoznění modernizovaného zařízení – součástí modernizace byla kromě řídicího systému i turbína a kotel včetně hořáků.

V polovině května, to znamená za dobu kratší, než byly smluvně dohodnuté dva měsíce, byl blok opět uveden do provozu. Tento výsledek byl pro UNE příjemným překvapením. Kuba netrpí přebytkem elektrické energie; proto bylo obnovení dodávek energie do národní energetické sítě předmětem uznání jak pracovníkům UNE, kteří se na modernizaci významným způsobem podíleli, tak dodavatelskému týmu Škodaexportu, to znamená včetně specialistů ZAT. Blok dosáhl a po několika dnech překročil kalkulovaných 250 MW, což je hodnota, kterou se během provozu původního zařízení nepodařilo docílit. Tento výsledek je cennější zvláště v porovnání s ostatními modernizovanými elektrárnami, kde odstávka zařízení dosahovala násobků šestitýdenní odstávky v elektrárně Felton, bloky nedosahují původních parametrů výkonu a automatizace není plná, ale částečná.

Kubánský zákazník oceňuje kromě jiného i vstřícnost specialistů ZAT, kteří předávali své zkušenosti týmu místních kolegů. Mezinárodní tým potvrdil, že koncept ZAT-Plant Suite MP je vhodný pro aplikace kdekoli ve světě a pro libovolně velké technologické zařízení.

ZAT a. s,
K Podlesí 541
261 80 Příbram
tel: 0306/652 111
fax: 0306/208 16
www.zat.cz