Системы информационно-измерительные в составе систем автоматического управления газотурбинными установками (САУ ГТУ) LM2500, LM2500+, LM2500+G4 и TM2500 Gen 8

Назначение

Системы информационно-измерительные в составе систем автоматического управления газотурбинными установками (САУ ГТУ) типов LM2500, LM2500+, LM2500+G4 и TM2500 Gen 8 (далее - ИИС САУ ГТУ LM2500) предназначены для измерений, отображения и регистрации параметров ГТУ во всех эксплуатационных режимах: температуры, давления, давления-разрежения, разности давлений, расхода, уровня, частоты переменного электрического тока, мощности и коэффициента мощности электрического тока; измерительных преобразований сигналов от датчиков физических величин в виде электрического сопротивления, напряжения постоянного электрического тока, напряжения, частоты и силы переменного электрического тока; формирования сигналов для выполнения функций управления ГТУ, защиты, контроля, предупредительной и аварийной сигнализации с целью обеспечения длительной безаварийной работы установки, а также передачи данных потребителю как в пределах контролируемого объекта, так и в системы более высокого уровня.

Описание

ИИС САУ ГТУ LM2500 служат для измерения параметров энергетических ГТУ типов LM2500, LM2500+, LM2500+G4 и TM2500 Gen 8, с целью формирования на основе измерительной информации в САУ сигналов управления. Принцип действия ИИС САУ ГТУ LM2500 заключается в преобразовании параметров работы ГТУ датчиками физических величин в электрические сигналы, дальнейшем их аналого-цифровом преобразовании, передаче цифровой информации на промышленный ПК и дальнейшего ее использования в САУ.

ИИС САУ ГТУ LM2500 относятся к ИС-2 по ГОСТ Р 8.596-2002.

ИИС САУ ГТУ LM2500 являются трехуровневыми и включают в себя измерительные каналы (ИК) температуры, давления, давления-разрежения, разности давлений, расхода, уровня, частоты и напряжения переменного электрического тока, мощности и коэффициента мощности электрического тока. ИИС САУ ГТУ LM2500 имеют блочно-модульную структуру, измерительные и вычислительные компоненты которой являются серийно выпускаемыми средствами измерений. Структурная схема САУ ГТУ приведена на рисунке 1.

В состав нижнего уровня ИИС САУ ГТУ LM2500 входят первичные измерительные преобразователи (датчики):

- уровнемеры серии 3300, модель 3301 (регистрационный номер 25547-12);

- уровнемеры серии 5300, модель 5301 (регистрационный номер 53779-13);

- термопреобразователи сопротивления (ТСП) Rosemount 0078 (регистрационный номер 57540-14);

- преобразователи давления измерительные 3051S (регистрационный номер 24116-13);

- расходомеры-счетчики вихревые объемные YEWFLO DY (регистрационный номер 17675-09);

- датчики давления PTX-651;

- расходомеры турбинные НО (регистрационный номер 45076-10).

Датчики преобразуют текущие значения параметров технологического процесса в электрические сигналы:

- силы постоянного тока в диапазоне от 0/4 до 20 мА;

- напряжения постоянного тока (сигналы от термопар);

- электрического сопротивления (сигналы от ТСП).

Рисунок 1 - Структурная схема ИИС в составе САУ ГТУ LM2500

На среднем уровне ИИС САУ ГТУ LM2500 измерительная информация о физических параметрах по каналам связи поступает на входы измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) блоков управления двигателем, реализованных на базе контроллеров программируемых логических GE IP фирмы «GE Intelligent Platforms, Inc.», США (регистрационный № 60445-15); комплексов измерительно-вычислительных вибрационного контроля и защиты серии 3701 фирмы «Bently Nevada, Inc.», США (регистрационный № 56537-14); контроллеров измерительных программируемых MicroNet фирмы «Woodward», США (регистрационный № 54635-13). Также в состав ИВК входят промежуточные измерительные преобразователи линейного напряжения Q468, частоты переменного тока Q478, активной мощности XL31KSPA7-24-3-12-CVR и прибор для измерения показателей качества электрической энергии RPM074.

На верхнем уровне ИИС САУ ГТУ LM2500 вся информация, полученная от контроллера, передается на станцию сбора данных (ССД), выполненную на базе ПК промышленного исполнения типа HP Z420 и на автоматизированное рабочее место оператора (АРМ) с применением 19-дюймового монитора высокого разрешения либо ноутбука Getac серии А (повышенной прочности) и в САУ для управления работой ГТУ.

В состав ИИС САУ ГТУ LM2500 также входят ИК электрических сигналов от датчиков технологических параметров в виде электрического сопротивления, напряжения постоянного электрического тока, напряжения, частоты и силы переменного электрического тока. Эти ИК состоят только из компонентов среднего и верхнего уровней ИИС САУ ГТУ LM2500.

На АРМ оператора отображается информация, поступающая из ИВК, происходит архивирование полученной информации, представление ее в цифровом виде, а также в виде графиков с возможностью вывода на печать. Главный экран программы представляет собой мнемосхему, на которой отображены все технологические подсистемы оборудования ГТУ.

В составе оборудования ГТУ выделяют следующие технологические подсистемы:

- гидравлическая система запуска;

- комплекс первичных измерительных преобразователей ГТУ;

- система вентиляции отсека, охлаждения двигателя и подачи воздуха в камеру сгорания;

- внешняя система смазочного масла генератора и редуктора;

- внешняя система смазочного масла турбины;

- система газового топлива ГТУ LM2500 с камерой сгорания DLE;

- система двухтопливная (жидкого и газового топлива) с однокольцевой камерой сгорания SAC;

- система пожаротушения и пожарной сигнализации тип;

- система гидроочистки турбины.

ИИС САУ ГТУ LM2500 выполняет следующие функции:

- измерение и отображение параметров на АРМ оператора в виде цифровых значений, текстовых сообщений, графиков, мнемосхем, протоколирование и архивирование данных, анализ тенденций изменения параметров рабочего процесса газотурбинного двигателя (ГТД);

- контроль состояния различных технических устройств и целостности линий связи между ними, обнаружение отказов и определение неисправных элементов, при этом в случае обнаружения неисправности система формирует соответствующее сообщение;

- передача измерительной информации в исполнительную часть САУ для последующего программно-логического управления исполнительными устройствами ГТУ (формирования сигналов управления исполнительными устройствами, например, для осуществления допускового контроля, выполнения холодной прокрутки ГТД, продувки газовоздушного тракта, автоматического запуска ГТД и анализа ее работы);

- обмен информацией с системами более высокого уровня, в том числе корректировка режимов работы ГТУ по командам системы более высокого уровня.

ИИС САУ ГТУ LM2500 могут работать как при взаимодействии с системами более высокого уровня, так и в автономном режиме, при отсутствии или неработоспособности системы более высокого уровня.

Имеется возможность модульного наращивания ИИС САУ ГТУ LM2500 без изменения общей структуры, математического и программного обеспечения.

ИИС САУ ГТУ LM2500 является отказобезопасносной и отказоустойчивой. В системе используется резервирование на уровне модулей ИВК и первичных измерительных преобразователей, линий связи и периферийных устройств.

ИИС САУ ГТУ LM2500 являются проектно-ориенированными - набор используемых измерительных каналов может варьироваться. ИИС САУ двухтопливных ГТУ включает в свой состав составные части ИИС САУ, работающей на газообразном топливе, и составные части ИИС САУ, работающей на жидком топливе, с добавлением элементов, обеспечивающих переключения с одного вида топлива на другое.

В ИИС САУ ГТУ LM2500 предусмотрена возможность передачи измерительной информации в технологические подсистемы оборудования ГТУ, а также приема различных сигналов от технологических подсистем оборудования ГТУ, а именно:

- газового пожаротушения и пожарной сигнализации, обнаружения загазованности

и наличия углеводородных газов Eagle Quantum Premier;

- автоматического регулятора возбуждения генератора AVR типа GE EX2100e;

- встроенной защиты генератора iGPS типа Beckwith M-3425A;

- устройства низковольтные распределения и управления (система защиты,

управления и контроля двигателями MCC тип SE) производства GE Power Controls:

- комплексами измерительно-вычислительными для мониторинга работающих

механизмов BN-3701 «Bentley Nevada Inc.»;

- агрегатом защиты ГТД LM2500 от достижения предельных параметров Jaquet T400 (надсистемным ограничителем по превышению частоты вращения) регистрационный номер 48944-12.

Датчики располагаются в местах контроля процесса и установки, а основные компоненты вторичной, электрической части ИИС САУ ГТУ LM2500 - в шкафах управления MTTB, MGTB и TCP , общий вид которых приведен на рисунках 2 и 3. Шкафы MTTB, MGTB располагаются на открытой площадке и выполнены с подогревом, шкафы TCP (шкаф управления и распределительный) устанавливаются в помещении.

Технические компоненты, блоки ИИС САУ ГТУ LM2500, предназначенные для совместной компоновки в общих стойках и корпусах изготавливаются по группам исполнения соответствующим рабочим условиям применения.

Рисунок 2 - Общий вид шкафа TCP

Программное обеспечение

Программными компонентами ИИС САУ ГТУ LM2500 являются системное программное обеспечение и общее прикладное программное обеспечение.

Системное программное обеспечение ИИС САУ ГТУ LM2500 представляет собой совокупность программного обеспечения ЭВМ, процессора и дополнительных программных средств, которые обеспечивают:

- работу в диалоговом режиме с ИИС САУ ГТУ LM2500;

- управление измерительными компонентами;

- обмен измерительной информацией с измерительными компонентами;

- проверку работоспособности отдельных компонентов и системы в целом;

- изменение, модификацию и дополнение состава общего прикладного программного обеспечения.

Общее прикладное программное обеспечение представляет собой организованную совокупность подпрограмм и программных модулей, которые реализуют:

- алгоритмы обработки измерительной информации;

- типовой алгоритм проведения функциональных тестов.

Метрологически значимым является общее прикладное ПО. Метрологические характеристики измерительных каналов систем нормированы с учетом его влияния.

Доступ к программному обеспечению осуществляется с АРМ оператора, доступ к которому защищен как административными мерами (установка в отдельном помещении), так и многоуровневой защитой по паролю.

Доступ к параметрам и данным со стороны интерфейсов связи защищен паролями на чтение и программирование. Метрологические коэффициенты и заводские параметры защищены аппаратной перемычкой.

И дентификационные данные ПО приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Идентификационные данные ПО

Уровень защиты ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений - «средний» в соответствии с Р 50.2.077-2014.

Технические характеристики

Таблица 2 - Состав и метрологические характеристики ИК ИИС САУ ГТУ LM2500, включающих датчики и вторичную часть ИК

Продолжение таблицы 2

Продолжение таблицы 2

Далее в таблице 3 представлены состав и метрологические характеристики ИК ИИС САУ ГТУ LM2500, принимающих электрические сигналы от датчиков технологических параметров, при этом датчики в состав ИК не включаются.

Таблица 3 - Состав и метрологические характеристики ИК ИИС САУ ГТУ LM2500 электрических сигналов от датчиков

Продолжение таблицы 3

Продолжение таблицы 3

Примечания:

1) Показания на дисплее ИИС САУ ГТУ LM2500 для данного ИК от 0 до 60 МВт с учетом занесенных в память XL31KSPA7-24-3-12-CVR коэффициентов трансформации ТТ и ТН.

2) Показания на дисплее ИИС САУ ГТУ LM2500 для данного ИК от 0 до 40 МВт (активная) с учетом занесенных в память RPM074

пересчета.

5) Показания на дисплее ИИС САУ ГТУ LM2500 для данного ИК от 1 до 5000 об/мин (частота вращения генератора) с учетом коэффициента пересчета.

Технические характеристики.

Рабочие условия применения компонентов ИИС САУ ГТУ LM2500.

Для первичных измерительных преобразователей применяемых в составе ИИС САУ ГТУ LM2500, условия применения определяются проектной документацией и технической документацией на преобразователи № DOC-LM2500 PLUS, № DOC-LM2500 BASE. Рабочие условия применения компонентов среднего и верхнего уровня ИИС САУ ГТУ LM2500, а также габаритные размеры шкафов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Рабочие условия применения компонентов среднего и верхнего уровня ИИС САУ ГТУ LM2500, габаритные размеры шкафов

По условиям эксплуатации ИИС САУ ГТУ LM2500 относятся к группе исполнения 3, составные части средств измерений, входящих в состав ИИС САУ ГТУ ТМ2500, относятся к группе исполнения 5 по ГОСТ 22261-94.

Измерительные компоненты ИИС САУ ГТУ LM2500, располагающиеся во взрывоопасных зонах, имеют соответствующее взрывозащищенное исполнение, что подтверждено сертификатом соответствия требованиям технического регламента Таможенного союза 012/2011.

Знак утверждения типа

наносится на титульный лист паспорта на систему информационно-измерительную в составе системы автоматического управления газотурбинной установкой (САУ ГТУ) LM2500, LM2500+, LM2500+G4 и TM2500 Gen 8 типографским способом.

Комплектность

ИИС САУ ГТУ LM2500 входит в состав комплекта поставки газотурбинной установки типа LM2500, LM2500+, LM2500+G4 или TM2500 Gen 8. Комплектность ИИС САУ ГТУ LM2500 представлена в таблице 5.

Таблица 5 - Комплектность ИИС САУ ГТУ LM2500

Продолжение таблицы 5

Поверка

осуществляется по документу МП 66573-17 «Системы информационно-измерительные в составе систем автоматического управления газотурбинными установками (САУ ГТУ) типов LM2500, LM2500+, LM2500+G4, TM2500. Методика поверки», утвержденному ФГУП «ВНИИМС» 31.03.2016 г.

Основные средства поверки датчиков указаны в методиках поверки на них. Основные средства поверки вторичной части ИК:

- калибратор многофункциональный MC2-R, регистрационный номер 22237-08;

- калибратор переменного тока Ресурс-К2, регистрационный номер 31319-12;

- частотомер универсальный GFC-8010H, регистрационный номер 19818-00;

- калибраторы давления PACE 5000, регистрационный номер 43709-10;

- генератор сигналов 33210А, регистрационный номер 32993-09.

Допускается применять при поверке не указанные в перечне средства измерений, обеспечивающие определение метрологических характеристик с требуемой точностью.

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке.

Сведения о методах измерений

приведены в эксплуатационном документе.

Нормативные документы

ГОСТ Р 8.596-2002 «ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения».

ГОСТ 27300-87 «ГСИ. Информационно-измерительные системы. Общие требования, комплектность и правила составления эксплуатационной документации».

ГОСТ 22261-94 «Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия».

ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений».