Измерительная система температурного контроля генератора

Измерительная система температурного контроля генератора

Владимир Гаркуша, Владимир Гололобов

В статье описывается измерительная система температурного контроля генератора, разработанная ОАО «НИПС» и предназначенная для многоканального измерения температуры в контрольных точках турбогенератора энергоблоков 100-300 МВт.

ВВЕДЕНИЕ

Одними из самых распространённых систем температурного контроля генератора для энергоблоков мощностью от 100 до 300 МВт являются системы А-701, которые были разработаны более 25 лет назад и к настоящему времени технически и морально устарели, выработали свой ресурс и требуют замены. Опыт эксплуатации этих систем показал крайне низкую их надёжность и слабую ремонтопригодность из-за использования устаревших комплектующих изделий, поэтому назрела острая необходимость внедрения новых высоконадёжных систем, выполненных на современной элементной базе, которые к тому же могли бы интегрироваться в существующие АСУ ТП.

Рис. 1. Шкафы измерительной системы температурного контроля генератора

Для замены систем А-701 предлагается измерительная система температурного контроля генератора (ИСТКГ) разработки ОАО «Новосибирский институт программных систем» («НИПС»), которая выполняет все функции А-701 по контролю температур и, кроме того, имеет дополнительные возможности, позволяющие использовать её в составе АСУ ТП энергоблока. ИСТКГ построена на базе современных программно-аппаратных средств промышленного назначения, которые обеспечили не только высокую надёжность и ремонтопригодность системы, но и позволили реализовать высокоточные измерения за счёт использования компьютерных методов проведения калибровки и поверки измерительных каналов, а также обработки сигналов.

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ИСТКГ

Система ИСТКГ предназначена для многоканального измерения температур в контрольных точках турбогенератора энергоблока и сигнализации о выходе значений температур за установленные технологические пределы (уставки). Основная область применения системы ИСТКГ – энергетика, главная решаемая задача – обеспечение безопасности энергетических систем. Принцип действия ИСТКГ основан на преобразовании сопротивлений встроенных в контрольные точки турбогенератора термопреобразователей сопротивлений в частоту, её измерении, вычислении сопротивлений по измеренным значениям частоты и далее преобразовании этих сопротивлений в значения измеряемой температуры с учётом номинальных статических характеристик термопреобразователей сопротивлений по ГОСТ 6651-94 и ГОСТ 6651-59.

Рис. 2. Размещение устройств в измерительном шкафу

Аппаратура системы ИСТКГ размещена в двух шкафах: измерительном и индикаторном (рис. 1). Шкаф измерительный содержит контроллер устройств связи с объектом (контроллер УСО), два блока УСО с двенадцатью шестиканальными модулями УСО и блоком питания в каждом, блок клеммников (рис. 2). Используемый шкаф серии PROLINE фирмы Schroff имеет полностью прозрачную переднюю дверь, через которую видны индикаторы наличия напряжения питания в модулях УСО. Модули УСО осуществляют преобразование сопротивлений термопреобразователей сопротивления в частоты, которые далее измеряются в контроллере УСО. По измеренным частотам в контроллере УСО вычисляются значения сопротивлений, преобразуемые затем в соответствующие им значения температуры, которые потом в цифровом виде передаются в шкаф индикаторный через два сетевых интерфейса Ethernet и один интерфейс RS-485 (опция, реализуемая по согласованию с заказчиком). В состав контроллера УСО входят стандартные покупные платы сбора, обработки и хранения информации:

• IBM PC совместимая процессорная плата CPU686 фирмы Fastwel осуществляет сбор и обработку данных с блоков УСО, организует обмен данными между техническими средствами; 
• два адаптера сети Ethernet 5500 фирмы Octagon Systems предназначены для передачи информации техническим средствам индикаторного шкафа по основной и резервной линиям связи; 
• модули ввода-вывода UNIO96-5 фирмы Fastwel осуществляют связь процессорной платы с блоками УСО.

Все платы контроллера УСО установлены в шестислотовый каркас 5276-RM (формат MicroPC) с блоком питания 5101 фирмы Octagon Systems. Каркас крепится на DIN-рейку. Модули УСО собственной разработки представляют собой шестиканальные преобразователи сопротивление/ частота (ПСЧ-6). Основные характеристики этих модулей приведены в табл. 1. Конструктивно ПСЧ-6 выполнены в виде модулей 6U по стандарту Евромеханики МЭК 60297 (части 1, 2).

Рис. 3. Размещение устройств в индикаторном шкафу 

На передней панели расположены индикатор наличия напряжения питания и ручки для установки модуля в каркас. Модули ПСЧ-6 допускают оперативную замену при работающей системе. В шкафу индикаторном (рис. 3) размещён жидкокристаллический монитор и контроллер индикации с набором интерфейсных модулей, осуществляющих связь со шкафом измерительным и с АСУ ТП верхнего уровня через интерфейсы Ethernet и токовая петля (20 мА). Контроллер индикации реализован на базе IBM PC совместимых аппаратных средств промышленного назначения, выполненных в формате MicroPC, и содержит в своём составе:

• процессорную плату CPU686; 
• три адаптера сети Ethernet 5500; 
• преобразователь интерфейса RS-232 в интерфейс токовая петля изготовления ОАО «НИПС».

Все модули контроллера индикации установлены в каркас 5276-RM с блоком питания 5101. Каркас крепится на DIN-рейку, расположенную в нижнем отсеке индикаторного шкафа. К процессорной плате CPU686 подключаются монитор и через интерфейсную плату PSKI686 алфавитно-цифровая клавиатура и манипулятор «мышь». Конструктивно индикаторный шкаф выполнен на базе шкафа серии PROLINE фирмы Schroff, имеющего прозрачную дверь в верхней части, напротив которой установлен монитор. На выдвижной полке шкафа располагаются клавиатура и манипулятор «мышь».

Питание всех функциональных элементов измерительного и индикаторного шкафов осуществляется через источники бесперебойного питания PowerLine 1000RM с двойным преобразованием напряжения. Общая схема системы ИСТКГ приведена на рис. 4. Дополнительно в индикаторном шкафу может быть установлен IBM PC совместимый компьютер с реализованным на нём ОРС-сервером DA 2.05 для связи с АСУ станции. Выбор элементов аппаратной части определялся требованиями к условиям работы системы и к её надёжности. Шкаф измерительный располагается возле турбогенератора, в условиях повышенной вибрации и повышенной температуры. Использование одинаковых контроллеров в шкафах измерительном и индикаторном обеспечивает согласование по надёжности обоих компонентов системы и уменьшает количество типов запасных частей для системы. Программные средства ИСТКГ реализованы на базе ПТК «НИПС» и допускают развитие и адаптацию к конкретным требованиям заказчика. Программное обеспечение ИСТКГ выполняет следующие основные функции:

• контроль и диагностику состояния каналов измерения температуры; 
• визуализацию температурных данных в виде мнемосхем, графиков, таблиц;
• формирование для каждого измерительного канала сообщений при достижении измеряемой температурой значений технологических уставок; 
• выдача команды на формирование дискретного релейного сигнала «Вызов на АСКР» для включения соответствующего табло на блочном щите управления (БЩУ); 
• ведение архива температурных данных и архива нештатных ситуаций; 
• передачу данных в АСУ ТП верхнего уровня.

Условные обозначения: МВВ — модули ввода-вывода; БП — блок питания; ПСЧ-6 — шестиканальные преобразователи сопротивление/частота (модули УСО); PSKI686 — интерфейсная плата для подключения алфавитно-цифровой клавиатуры и манипулятора «мышь»; БЩУ — блочный щит управления; ЦЩУ — центральный щит управления; АСКР — автоматизированная система контроля режимов генератора. Рис. 4. Общая схема системы ИСТКГ

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ

Основные технические характеристики системы ИСТКГ приведены в табл. 2. Помимо этого, следует отметить ряд её особенностей. ИСТКГ обеспечивает измерение температуры при работе с термопреобразователями сопротивления типов ТСП50, ТСП100, ТСМ50 или ТСМ100 с любой номинальной статической характеристикой по ГОСТ 6651-94, а также с термопреобразователями сопротивления с градуировками 21, 23 или 24 по ГОСТ 6651-59. Система сохраняет свои характеристики при подключении термопреобразователей сопротивления по четырёхпроводной схеме, длине линии связи не более 500 м, сопротивлении утечки между проводами линии связи не менее 2×106 Ом, сопротивлении каждого из проводов линии связи не более 20 Ом. По условиям эксплуатации ИСТКГ относится к группам В2, Р1, L3 по ГОСТ 12997: температура окружающего воздуха от 5 до 40°С, относительная влажность до 80% при температуре 30°С, атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа. Питание ИСТКГ осуществляется от промышленной сети переменного тока с напряжением (220 ± 22) В и частотой (50 ± 1) Гц. Потребляемая мощность составляет не более 800 Вт. Измерительная система сохраняет работоспособность при перерыве в подаче питающего сетевого напряжения продолжительностью не более 2 часов. Средний срок службы системы составляет не менее 10 лет с учётом проведения восстановительных работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Система внедрена в промышленную эксплуатацию на Сургутской ГРЭС-1 на энергоблоках 200 МВт. Система ИСТКГ внесена в Государственный реестр средств измерений РФ.