Nowe możliwości układu wzbudzenia WGSY–38

Instytut Energetyki Oddział Gdańsk (IEN Gdańsk) od ponad 50 lat projektuje i wdraża układy wzbudzenia generatorów synchronicznych. Opracowane przez tę firmę układy pracują w wielu elektrowniach w kraju i za granicą. W roku 2004 IEN Gdańsk opracował układ wzbudzenia typu WGSY–38, przeznaczony dla generatorów dużej mocy. Od tego czasu IEN Gdańsk wdrożył piętnaście tego typu układów, w tym trzy jako produkty eksportowe.

Zadaniem układu wzbudzenia jest dostarczenie do wirnika generatora prądu wzbudzenia o wartości zależnej od aktualnych warunków pracy generatora. Źródłem tego prądu w układzie WGSY–38 są dwa, trzy lub cztery pracujące równolegle prostowniki tyrystorowe sterowane za pomocą światłowodów przez regulator układu wzbudzenia. Regulator układu WGSY–38 posiada dwa całkowicie niezależne i funkcjonalnie identyczne kanały regulacji, które wzajemnie się rezerwują – w razie wystąpienia awarii następuje samoczynne przełączenie na kanał będący w rezerwie.

Oba kanały regulatora WGSY–38 wyposażono w sterowniki VersaMax firmy GE Intelligent Platforms, które odpowiadają za wszystkie funkcje logiczne, komunikacyjne i diagnostyczne, oraz rejestrację zdarzeń, jak również nadzór nad procesem operacyjnego i awaryjnego przełączania kanałów. Sterownik każdego z kanałów dysponuje jednostką centralną CPUE05 oraz pięcioma modułami I/O obsługującymi 80 wejść oraz 80 wyjść binarnych. Kontrola pracy prostowników tyrystorowych odbywa się za pomocą dedykowanych Sterowników Lokalnych opracowanych w IEN Gdańsk, za pośrednictwem protokołu Modbus RTU poprzez pierwszy port szeregowy sterowników VersaMax. Lokalną wizualizację parametrów pracy oraz lokalne sterowanie układem wzbudzenia protokołem Modbus RTU umożliwia panel operatorski w szafie regulatora, podłączony poprzez port 2 sterownika VersaMax.

Panel zdalnego sterowania

W roku 2008 układ wzbudzenia typu WGSY–38 w opisanej powyżej konfiguracji został zainstalowany i uruchomiony w PGE Elektrowni Opole SA z generatorem o mocy 360 MW. Po raz pierwszy w tej implementacji układu WGSY–38 do zdalnego sterowania jego pracą poprzez interfejs Ethernet wykorzystano dotykowy panel operatorski serii QuickPanel CE firmy GE Intelligent Platforms. Oprogramowanie QuickPanela zawierające grafikę poszczególnych ekranów

oraz logikę sterownia układem wzbudzenia powstało w środowisku Proficy Machine Edition.

QuickPanel został zainstalowany w nastawni blokowej.

Komunikację panela z dwoma sterownikami VersaMax protokołem SRTP zapewnia umieszczony w szafie regulatora układu WGSY–38 switch ethernetowy Astraada Net JetNet serii 2005.

QuickPanel układu wzbudzenia WGSY–38 umożliwia:

• sterowanie wyłącznikiem wzbudzenia,
• zainicjowanie pracy układu wzbudzenia (start),
• zakończenie pracy układu wzbudzenia (stop),
• zmianę aktywnego kanału oraz trybu regulacji,
• modyfikację wartości nastawnika aktywnego trybu regulacji,
• kasowanie alarmów,
• zmianę statusu sterowania z ARNE.

Ponadto QuickPanel wizualizuje:

• parametry elektryczne generatora oraz układu wzbudzenia (oba kanały),
• temperatury poszczególnych tyrystorów prostowników,
• stan dośledzania kanałów oraz pętli regulacji,
• wartości prądów prostowników,
• stan ograniczników,
• listę aktywnych alarmów,
• historię zdarzeń.

Porty komunikacyjne

W roku 2010 PGE Elektrownia Opole SA przystąpiła do wdrożenia systemu DCS, co wymusiło potrzebę przystosowania układu WGSY–38 do współpracy z nadrzędnym systemem sterowania. Najprostszym możliwym standardem komunikacji DCS – WGSY–38 okazał się interfejs RS485 oraz protokół Modbus RTU.

Do współpracy z nadrzędnym systemem sterowania zdecydowano się wykorzystać porty RS485 (port 2) sterowników VersaMax, co niestety pozbawiło panel operatorski w szafie regulatora połączenia komunikacyjnego. Jednym z możliwych rozwiązań przywrócenia połączenia było wyposażenie regulatora w dodatkowy sterownik

VersaMax, który pośredniczyłby w przepływie informacji pomiędzy panelem a sterownikami regulatorów. Dodatkowy PLC CPUE05 byłby podłączony do:

• panela operatorskiego za pośrednictwem interfejsu RS485,
• switcha JetNet 2000 za pośrednictwem interfejsu Ethernet.

Opisana powyżej koncepcja modernizacji sprzętowej regulatora została wdrożona.

Do wymiany danych interfejsem Ethernet pomiędzy dodatkowym PLC VersaMax, a sterownikami VersaMax kanałów (PLC1, PLC2) wykorzystano wbudowany w jednostki CPUE05 protokół EGD (Ethernet Global Data). Modernizacja sprzętowa regulatora spowodowała oczywiście konieczność oprogramowania dodatkowego sterownika, oraz niewielkie zmiany w oprogramowaniu QuickPanela.

Podczas testów zmodernizowanego regulatora układu WGSY–38, w porównaniu do stanu przed modernizacją, dzięki dużej prędkości protokołu EGD nie dostrzeżono różnic w czasach odczytu danych przez panel, czy też opóźnień w wysyłaniu komend do sterowników kanałów. Zatem można stwierdzić, że dodatkowy PLC VersaMax stał się sprawnym, dwukierunkowym konwerterem interfejsów Ethernet/RS485 oraz protokołów EGD/Modbus RTU.

Podsumowując, układ wzbudzenia WGSY–38 został wzbogacony o niezawodny panel zdalnego sterowania, udostępniono dwa niezależne porty RS485 sterowników VersaMax do sterowania układem wzbudzenia z systemu DCS, a ponadto na dodatkowym PLC przybył wolny port RS232, który może zostać wykorzystany w przyszłości.