ชุดติดตั้งเพิ่มเติมควบคุมกังหันไอน้ำช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ (2023)

ชุดติดตั้งเพิ่มเติมควบคุมกังหันไอน้ำช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ

โดย Pat Longshore, South Carolina Electric & Gas Co. และ Michael Molitor, GE Power Systems

ตัวควบคุมที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์และเครือข่ายภายในสร้างความยืดหยุ่นให้กับระบบควบคุมใหม่

ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2537 กังหันไอน้ำ GE ที่สถานี Wateree ของ South Carolina Electric & Gas Co.`s (SCE&G) ได้รับการปรับปรุงใหม่ด้วยระบบควบคุม GE ที่ล้ำสมัย โครงการแบบครบวงจรนี้ดำเนินการโดย GE Power Systems บนระบบควบคุมกังหัน Mark I อายุ 23 ปี บนหน่วยที่ 2 ของสถานี Wateree ซึ่งเป็นกังหันไอน้ำขนาด 370 เมกะวัตต์ที่มีการจ่ายไอน้ำวิกฤตยิ่งยวดเพียงครั้งเดียว การติดตั้งเพิ่มได้ปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความพร้อมใช้งานของกังหันไอน้ำ และถือเป็นการใช้ระบบ SPEEDTRONIC Mark V ของ GE เป็นครั้งแรกกับกังหันไอน้ำที่ให้ความร้อนซ้ำขนาดใหญ่

สถานี Wateree ตั้งอยู่ริมแม่น้ำ Wateree ใกล้กับเมือง Eastover รัฐเซาท์แคโรไลนา ห่างจากโคลัมเบียไปทางตะวันออกเฉียงใต้ประมาณ 30 ไมล์ โรงไฟฟ้าถ่านหินแห่งนี้ผลิตไฟฟ้าได้ 740 เมกะวัตต์ และเป็นสถานีผลิตไฟฟ้าที่ใหญ่เป็นอันดับสองในระบบ SCE&G หน่วยที่ 1 สร้างเสร็จในปี พ.ศ. 2513 และหน่วยที่ 2 สร้างเสร็จในปี พ.ศ. 2514

แต่ละยูนิตมีหม้อต้ม Riley Stoker ที่มีอัตราการไหลของไอน้ำหลัก 2,567,000 ปอนด์/ชั่วโมง (ปอนด์/ชม.) และไอน้ำอุ่น 2,059,000 ปอนด์/ชม. อุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ 1,005 F ที่ทั้งช่องระบายความร้อนซุปเปอร์ฮีตเตอร์และช่องทำความร้อนซ้ำ และแรงดันในการทำงานที่ช่องระบายความร้อนซุปเปอร์อยู่ที่ 3,550 psig

ความเป็นมาของโครงการ

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2535 บริการด้านเทคนิคของ SCE&G ได้ดำเนินการศึกษาความเป็นไปได้เพื่อพิจารณาว่าควรสร้างระบบควบคุมไฟฟ้าไฮดรอลิก Mark I (EHC) ทั้งสองหน่วยขึ้นใหม่หรือติดตั้งระบบใหม่

การศึกษาแนะนำให้ติดตั้ง Mark I EHC และระบบเครื่องมือควบคุมกังหัน (TSI) ในยูนิต 2 ก่อน สาเหตุหลักมาจากความน่าเชื่อถือต่ำของยูนิตนั้นและการควบคุมแรงดันปีกผีเสื้อ ข้อค้นพบจากการศึกษาของ SCE&G ได้รับการเน้นไว้ในตารางที่ 1 โครงการเริ่มต้นระหว่างการหยุดซ่อมบำรุงครั้งใหญ่ตามแผนซึ่งเริ่มเมื่อวันที่ 6 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2537 และสิ้นสุดในวันที่ 3 เมษายน พ.ศ. 2537 ตารางที่ 2 นำเสนอขอบเขตของการปรับปรุงเพิ่มเติมของหน่วยที่ 2

ภาพรวมของมาร์ค วี

Mark V เป็นระบบซ้ำซ้อนสามโมดูล (TMR) ที่ให้การควบคุมกังหันที่ทนต่อข้อผิดพลาดผ่านการลงคะแนนเสียงฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์สำรองสามเท่า (รูปที่ 1) ระบบใช้เทคนิคการควบคุมกังหันที่เรียนรู้และปรับปรุงมากว่า 40 ปี และรวมเอาฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ใช้เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่เข้าไว้ด้วยกัน

ระบบควบคุมกังหันที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ประกอบด้วยตัวควบคุมที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ เซ็นเซอร์กระบวนการสำรอง และการลงคะแนนเสียงด้วยฮาร์ดแวร์สองในสามสำหรับพารามิเตอร์การควบคุมและการป้องกันที่สำคัญ เนื่องจากมีการใช้ตัวควบคุมที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์และเครือข่ายการสื่อสารภายในระหว่างตัวควบคุม ระบบควบคุมจึงอาจประสบความล้มเหลวบางส่วนในพื้นที่มากกว่าหนึ่งพื้นที่ ในขณะที่ยังคงรักษาฟังก์ชันการควบคุมและการป้องกันเต็มรูปแบบ

ระบบควบคุมได้รับการออกแบบเพื่อทำหน้าที่ควบคุมกังหันไอน้ำและข้อกำหนดในการป้องกันทั้งหมด ระบบยังมีการพัฒนาประวัติการใช้งานค่อนข้างยาวนาน การจัดส่งกังหัน GE ใหม่ทั้งหมด ทั้งแบบก๊าซและไอน้ำ ปัจจุบันได้รับการติดตั้งระบบควบคุมกังหัน Mark V นอกจากนี้ กังหันที่มีอยู่ประมาณ 100 ตัวยังได้รับการติดตั้งเพิ่มเติมด้วยระบบ Mark V จนถึงขณะนี้ กลุ่มยานพาหนะที่ให้บริการได้สะสมชั่วโมงการทำงานที่ใช้ไฟฟ้าไว้ประมาณ 1.4 ล้านชั่วโมง โดยมีเวลาเฉลี่ยระหว่างการบังคับให้ดับมากกว่า 28,000 ชั่วโมง

ลักษณะเฉพาะของโครงการ

นอกเหนือจากการติดตั้งและทดสอบการใช้งานระบบควบคุมกังหันแล้ว วิศวกรของ SCE&G ยังเพิ่มรายการต่อไปนี้ในรายการโครงการโดยเป็นส่วนหนึ่งของการปรับปรุงใหม่

ในความพยายามที่จะเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ tri¥ ของหน่วยที่ 2 ท่อร่วมไฮดรอลิก tri¥ ที่มีอยู่ได้รับการปรับปรุงจาก Mark I เป็นมาตรฐานการผลิตปัจจุบันของ GE นั่นคือ Mark IIA จำนวนเซ็นเซอร์ความเร็วยังเพิ่มขึ้นเพื่อปรับปรุงการควบคุมความเร็วและความพร้อมใช้งาน เพื่อลดความต้องการในการบำรุงรักษา เครื่องกำเนิดแม่เหล็กถาวรและฮาร์ดแวร์ที่เกี่ยวข้องจึงถูกถอดออก

การปรับปรุงระบบควบคุมเพิ่มเติมยังรวมระบบ TSI ที่แก้ไขและปรับปรุงไว้ด้วย ระบบใหม่ใช้อุปกรณ์ใกล้เคียงแบบไม่หดตัวเพื่อตรวจจับการสั่นสะเทือนในแนวรัศมีเพลาที่ตลับลูกปืนแต่ละอัน ระยะการสั่นสะเทือนของโรเตอร์ ความเยื้องศูนย์ของโรเตอร์ การขยายตัวของโรเตอร์ และการขยายส่วนต่าง (เพลาถึงโรเตอร์) เนื่องจากข้อมูลจากเซ็นเซอร์ TSI ใหม่จะถูกส่งต่อไปยังระบบควบคุม ผู้ปฏิบัติงานจึงสามารถเข้าถึงข้อมูลการสั่นสะเทือนผ่านหน้าจอของผู้ปฏิบัติงานของระบบ นอกเหนือจากการแสดงพารามิเตอร์ TSI แบบดั้งเดิมแล้ว ระบบควบคุมยังทำการคำนวณความเค้นกังหันแบบเรียลไทม์ ข้อมูลนี้ให้บริการแก่ผู้ปฏิบัติงานในโรงงานตามข้อจำกัดในการเริ่มโหลด หรือใช้ร่วมกับฟังก์ชันสตาร์ทอัตโนมัติของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันในตัว

ยกเครื่องวาล์วควบคุม

See Also

การปรับปรุงกังหันไอน้ำ

การตรวจสอบและทดสอบในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2536 พบว่ามีการปรับที่ไม่ถูกต้องและการสึกหรอทางกลไกในกระบอกไฮดรอลิกสำหรับวาล์วควบคุม 2, 3 และ 4 ต่อมา กระบอกไฮดรอลิกได้รับการปรับปรุงใหม่ในระหว่างการปรับปรุงระบบควบคุม

ในระหว่างการติดตั้งใหม่ มีการให้ความสนใจเป็นพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนเชื่อมต่อและข้อต่อทั้งหมดได้รับการติดตั้งตามเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของการออกแบบ โปรแกรมอัตโนมัติของ Mark V ใช้เพื่อปรับเทียบวาล์วเมื่องานกลไกเสร็จสมบูรณ์ ผลจากการยกเครื่องและการสอบเทียบวาล์ว ทำให้การควบคุมแรงดันปีกผีเสื้อได้รับการปรับปรุงทั้งขณะโหลดเครื่องและขณะทำงานในสภาวะคงที่

การเชื่อมต่อกับระบบควบคุมโรงงาน

ระบบควบคุมโรงงานในหน่วยที่ 2 ได้รับการอัปเกรดในปี 1991 เป็นระบบ WDPF ของ Westinghouse SCE&G ถือว่าเป็นสิ่งสำคัญที่ผู้ควบคุมโรงงานจะต้องมีความสามารถในการควบคุมและตรวจสอบกังหันจากอินเทอร์เฟซผู้ปฏิบัติงาน WDPF ซึ่งเป็นคอนโซลควบคุมหลักของโรงงาน SCE&G เซ็นสัญญากับ Westinghouse เพื่อจำลองหน้าจอควบคุมกังหัน Mark V ใน WDPF เวสติ้งเฮาส์ยังจัดหาฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ WDPF ที่จำเป็นเพื่อรองรับลิงก์ข้อมูลอีเทอร์เน็ตความเร็วสูงสำรองไปยัง Mark V (รูปที่ 2)

ในขณะที่ติดตั้ง มีศูนย์การผลิตอื่นเพียงแห่งเดียวเท่านั้นที่ใช้ลิงก์การสื่อสารขั้นสูงนี้ แต่ก็ยังถือว่าเป็นแอปพลิเคชันภาคสนามต้นแบบ อย่างไรก็ตาม SCE&G พิจารณาว่าดาต้าลิงค์อีเธอร์เน็ตนำเสนอเทคโนโลยีล่าสุดและให้การแลกเปลี่ยนข้อมูลที่เร็วที่สุดระหว่าง Mark V และ WDPF ด้วยดาต้าลิงค์นี้ ตั้งแต่การม้วนออกไปจนถึงการบรรทุก ทั้งหม้อไอน้ำและกังหันสามารถทำงานได้จากอินเทอร์เฟซทั่วไป อินเทอร์เฟซ Mark V ใช้สำหรับการทดสอบกังหันและการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าซอฟต์แวร์เท่านั้น รวมถึงการสำรองข้อมูลไปยังคอนโซลผู้ปฏิบัติงาน WDPF

การก่อสร้าง

ขอบเขตโครงการของ GE ประกอบด้วยการติดตั้ง การชำระเงิน และการเริ่มต้นระบบควบคุมที่สมบูรณ์ GE จ้างช่วงส่วนการติดตั้งระบบไฟฟ้าของโครงการนี้ให้กับผู้รับเหมารายหนึ่งโดยตระหนักถึงมาตรฐานการก่อสร้าง ความคาดหวัง และข้อกำหนดเฉพาะของ SCE&G ผู้รับเหมาไฟฟ้าได้ติดตั้งสายเคเบิลยาวประมาณ 12 ไมล์ซึ่งเชื่อมต่อกับจุด I/O ประมาณ 350 จุด

การชำระเงินของระบบควบคุมเริ่มต้นขึ้นสี่สัปดาห์ก่อนสิ้นสุดการหยุดทำงาน ยกเว้นการเดินทางสามหน่วยในระหว่างขั้นตอนการทดสอบระบบ ไม่มีการหยุดทำงานเนื่องจากระบบควบคุมกังหันในระหว่างการดำเนินงานหนึ่งปี GE ยังคงอยู่ในสถานที่เป็นเวลาสี่สัปดาห์หลังจากการเริ่มต้น โดยให้ความช่วยเหลือผู้ปฏิบัติงาน บันทึกการเปลี่ยนแปลงแบบร่าง เอกสารการสิ้นสุดสายเคเบิล และตรรกะการควบคุม และดำเนินการแก้ไขปัญหาตามที่จำเป็น

ประโยชน์ของโครงการ

นับตั้งแต่การปรับปรุง Mark V ทาง SCE&G ได้ตระหนักถึงการปรับปรุงการปฏิบัติงานหลายประการ รวมถึงการถ่ายโอนส่วนโค้งแบบเต็มไปยังส่วนโค้งบางส่วน ข้อมูลกังหันที่เพิ่มขึ้นสำหรับผู้ปฏิบัติงาน (ซึ่งช่วยปรับปรุงการทำงานและความปลอดภัยของระบบกังหันด้วยการให้ข้อมูลที่สมบูรณ์และทันท่วงทีมากขึ้นสำหรับการตัดสินใจในการปฏิบัติงานเชิงแก้ไข ) ปรับปรุงการควบคุมแรงดันปีกผีเสื้อในทุกขั้นตอนของการทำงานแบบออนไลน์ การควบคุมหม้อไอน้ำที่สม่ำเสมอ และเพิ่มความน่าเชื่อถือของหน่วย จากประสบการณ์กับหน่วยที่ 2 SCE&G กำลังพิจารณาที่จะติดตั้งเพิ่มเติมหน่วยที่ 1 ด้วยระบบควบคุมกังหันไอน้ำที่คล้ายกัน z

ผู้เขียน:

Pat Longshore เป็นวิศวกรด้านเทคนิคของ South Carolina Electric & Gas Co.`s Technical Services Grou¥ ในโคลัมเบีย, S.C.

Michael J. Molitor เป็นวิศวกรระบบควบคุมที่ GE Power Systems ในเมืองสเกอเนคเทอดี รัฐนิวยอร์ก Molitor ทำงานในแผนกวิศวกรรมการควบคุม อุปกรณ์เสริม และวิศวกรรมระบบ ซึ่งเขาเชี่ยวชาญด้านการแปลง ดัดแปลง และอัปเกรดระบบควบคุมกังหันไอน้ำ

การรับทราบ:

บทความนี้อ้างอิงจากเอกสารทางเทคนิค “GE Steam Turbine Mark V Controls Retrofit” โดย Pat Longshore, SCE&G นำเสนอที่ EEI Prime Movers Committee, 24-26 ต.ค. 1994, วอชิงตัน ดี.ซี.