Modernizacija sustava upravljanja elektrostatskim filterima

OPIS PROBLEMA I KLIJENTA

Filtracija krutih čestica sadržanih u ispušnim plinovima elektrana na kruto fosilno gorivo najvažniji je čimbenik u zadovoljavanju visokih ekoloških kriterija koji danas na tom polju vladaju u većini zemalja Svijeta. Posebno je to važno kod elektrana koje veći dio radnog vijeka koriste goriva niže energetske vrijednosti, a velikog udjela pepela i ostalih krutih čestica, što je skupina u koju svakako spada i termoelektrana Kosovo „A“. Eliminacija krutih čestica iz dimnih plinova i njihovo zbrinjavanje jedan je od vodećih problema ovog postrojenja, posebno ako se uzme u obzir vrlo gusta naseljenost uže okolice elektrane i negativan utjecaj velikih količina pepela na zdravlje i život ljudi.

ŠTO SE ŽELJELO POSTIĆI?

Imajući u vidu dotrajalost postojeće opreme i zastarjelost tehnologije, zaključeno je da elektrofiltersko postrojenje TE Kosovo „A“ zahtjeva temeljitu revitalizaciju, kako bi elektrana mogla funkcionirati prema budućim zakonskim okvirima i kako bi se što je više moguće smanjio utjecaj ispušnih plinova na populaciju u okolici elektrane.

Osim navedenih (ekoloških) razloga, dodatni motiv za revitalizaciju sustava upravljanja jest rad u zatvorenoj petlji, to jest mogućnost da se potrošnja elektrofilterskog postrojenja, koja nije zanemariva, regulira u ovisnosti o količini krutih čestica u ispušnom plinu, odnosno kvaliteti trošenog goriva.

TEHNIČKI OPIS REALIZIRANOG SUSTAVA

Imajući u vidu sve navedeno, odabran je SIEMENS SIFUPIC-F napajačko-upravljački modul za elektrostatičke filtere sa slijedećim načelnim karakteristikama:

• širok raspon upravljanja izlaznim naponom i strujom T/R (transformatorsko/ispravljačkih) jedinica realiziran pomoću upravljivih SCR tiristora;
• mogućnost ograničavanja izlaznih veličina;
• mogućnost daljinskog upravljanja iz centralne komandne sobe, pomoću SCADA sučelja;
• kratkoročno i dugoročno arhiviranje procesnih podataka.

Strojarski dio elektrofiltera sastoji se od 9 komora kvadratične sheme, kako je to prikazano na slici 3.

Svaka komora je nadalje podijeljena na više sekcija dugim ravnim metalnim pločama (plašt), između kojih su se nalaze utezima fiksirane elektrode. tehnologija je uobičajena za ovu vrstu elektrofiltera: visoki ispravljeni napon potrebno je dovesti između elektroda i plašta, čime se u relativno uskom području između njih stvara električno polje velikog iznosa. Kada taj napon dosegne kritičnu točku (engl. Corona Onset Voltage) dolazi do proboja, to jest plin koji struji kroz komore se ionizira i postaje električki vodljiv. Kao rezultat ove pojave, u plinu se pojavljuje veliki broj slobodnih nosioca naboja (elektroni, pozitivni i negativni ioni) koji pod utjecajem električnog polja akceleriraju prema sakupljajućim elektrodama, povlačeći za sobom prašinu i ostale krute čestice.

Električni dio sastojao se od 9 polja ormara sa pripadajućim visokonaponskim transformatorima. Sustavom se upravljalo ručno, to jest operater je nadzirući izlazne veličine (napona sekundarnog i struje primarnog kruga transformatora)  ručno postavljao radnu točku. Polja 1-4 i 6-9 izvedena su u tehnologiji sa SCR-ovima, dok je polje 5 bilo izvedeno u još starijoj tehnologiji regulacije struje primara pomoću međuinduktiviteta. Visokonaponski transformatori polje 1-4 i 6-9 bili su u potpunosti kompatibilni sa SIFUPIC-F sustavom, dok je kod polja 5 bilo potrebno intervenirati u energetski krug T/R seta.

Sva je polja bilo potrebno prilagoditi novom sustavu na način da se zadrže sve postojeće energetske komponente (visokonaponski transformatori i pripadajuća sklopna oprema), te da se iskoriste postojeći tiristorski moduli.

Princip rada električnog dijela sustava jest slijedeći: SIFUPIC-F mikrokontroler po blagoj uzlaznoj rampi smanjuje kut okidanja tiristora u primarnom krugu. Kako se kut okidanja smanjuje, struja primara i napon sekundara rastu ka zadanoj radnoj točki (Ip=125A, Is=800mA, Us=40kV). Napon sekundara mjeri se pomoću HV otpornika instaliranog na transformatoru, a struja primara pomoću strujnog mjernog transformatora. Struju sekundara mjeri SIFUPIC. Ukoliko unutar filtera iz bilo kojeg razloga dođe do proboja, kojeg SIFUPIC registrira preko mjernog otpornika u povratnoj vezi, automatski se povećava kut okidanja tiristora kako bi smanjio napon na sekundaru i zaštitio visokonaponsku opremu. Kada se situacija stabilizira, SIFUPIC opet kreće u regulaciju, prema ranije navedenom algoritmu.

Kako tiristori koji reguliraju struju primara nisu isklopivi impulsom na upravljačku elektrodu (engl. Gate Turn-off Thyristor), kod proboja je važno osigurati mehanizam ograničenja struje primara. Naime, kada dođe do proboja, algoritam upravljanja može reagirati povećanjem kuta okidanja tek u slijedećoj poluperiodi, zbog čega je važno predvidjeti induktivitet u primarnom krugu, kako bi se zaštitile energetske komponente od dugoročnog preopterećenja ili čak uništenja.

U skladu sa ranije navedenim zahtjevima za prilagodbu, na slici 4 prikazana je zahtijevana principijelna shema energetskog dijela sustava.

Polja 1-4 i 6-9 u potpunosti su, što se energetskog dijela tiče, kompatibilna sa novim sustavom. Tiristorski su moduli bili u ispravnom stanju, a visokonaponski transformator u skladu sa svim postavljenim zahtjevima. Polje 5, međutim, nije bilo izvedeno u tehnologiji sa tiristorima, pa je instaliran novi tiristorski modul. Osim toga, pripadajući transformator nije bio opremljen induktivitetom za limitiranje struje primara. Taj je induktivitet od ključnog značenja za zaštitu opreme, te ga je bilo potrebno dodatno dimenzionirati i instalirati.

Ostatak upravljačke i komunikacijske opreme instaliran je i ožičen u skladu sa principijelnom shemom na slici 2.

NADZORNO-UPRAVLJAČKI SUSTAV

Osim izravno iz postrojenja, SIFUPIC-F mikrokontrolerima moguće je upravljati i daljinski, pomoću osobnog računala opremljenog odgovarajućim softverom – WINPIC. Slika5 prikazuje topologiju nadzorno – upravljačkog sustava.

Iz slike je vidljivo da su SIFUPIC-F upravljački moduli međusobno povezani optičkim kabelima, a jedan od njih je opremljen dodatnom karticom koja omogućuje komunikaciju između samih modula te komunikaciju sa računalom. Veza sa računalom fizički je izvedena PROFIBUS konekcijom, a za ispravno funkcioniranje veze između PROFIBUS i  optičkog dijela mreže zadužen je OLM (engl. Optical Link Module).

WINPIC softver omogućuje potpunu funkcionalnost i fleksibilnost prilikom daljinskog vođenja procesa otpepeljivanja, tako da u automatskom režimu rada operater ne treba biti prisutan u samom postrojenju. Osim toga, pomoću WINPIC softvera moguće je i:

• Uključivati i isključivati sve ćelije istodobno;
• Pratiti proizvoljan broj procesnih veličina u realnom vremenu;
• Brzo i lako mijenjati parametara i radne točke;
• Kratkoročno i dugoročno arhivirati procesne podatke;
• Potpuno automatizirati sve navedene radnje.

Instalirano PC računao također omogućuje da se, u slučaju problema sa radom elektrofiltera ili upravljačkih modula, adekvatno osposobljena osoba preko Interneta prijavi na sustav te asistira operaterima u rješavanju problema ili sanaciji kvara.

Slike 6 i 7 prikazuju izgled korisničkog sučelja WINPIC softvera.

U prikazanoj situaciji sustav radi u tzv. otvorenom krugu. Naime, radna točka energetskih transformatora namješta se prema raznim faktorima, a to su snaga kotla, vrsta i količina goriva te procjena udjela čvrstih čestica u dimnom plinu. Iskustvo operatera i popratnog osoblja u ovakvim je situacijama najvažniji čimbenik za ispravan rad elektrofiltera.

Da bi se do kraja iskoristile sve tehničke mogućnosti koje pruža SIFUPIC-F upravljački sustav, trebalo bi instalirati sustav za mjerenje količine čvrstih čestica u ispušnim plinovima. Na taj bi se način ostvarila puna povratna veza te bi sustav radio u tzv. zatvorenoj petlji, eliminirajući potrebu za intervencijom operatera, osim u izvanrednim situacijama. Osim više razine automatizacije, na ovaj način postiže se znatno veća ušteda nego u radu u otvorenoj petlji, zbog mogućnosti regulacije snage svake pojedine ćelije u ovisnosti o parametrima ispušnog plina.