Distribuirani sustav daljinskog vođenja u Rafineriji nafte Rijeka

BOSANSKOHERCEGOVAĈKI KOMITET MEĐUNARODNOG VIJEĆA ZA VELIKE ELEKTRIĈNE SISTEME –
BH K CIGRÉ
SARAJEVO
11. SAVJETOVANJE BOSANSKOHERCEGOVAĈKOG KOMITETA
NEUM, 15. – 19.09.2013.
DISTRIBUIRANI SUSTAV DALJINSKOG VOĐENJA U RAFINERIJI NAFTE RIJEKA
AUTOMATIC NETWORK RECONFIGURATION IN SPLIT AIRPORT
Boris Brestovec, dipl.ing.el.
KONČAR – Inženjering za
energetiku i transport d.d
Zagreb, Hrvatska
[email protected]
Sanjin Jurešić, dipl.ing.el.
INA Rafinerija Nafte Rijeka
Hrvatska
[email protected]
Željko Beljan, dipl.ing.el.
INA Rafinerija Nafte Rijeka
Hrvatska
[email protected]
Sažetak:
Elektroenergetski sustav u INA RNR izrazito je sloţen sustav ĉija je zadaće osigurati pouzdano i kontinuirano napajanje
svih potrošaĉa sustava. Razni ventilatori, pumpe, kompresori i motorni pogoni izrazito su vaţni kao izvršni elementi u
procesu prerade nafte, te bi njihovom neplaniranom i iznenadnom obustavom rada moglo doći do naplaniranog
zaustavljanja postrojenja i s time povezane ekonomske štete te nepovoljen utjecal na okoliš rafinerije. Kako bi se
osigurao kvalitetan i efikasan nadzor i upravljanje samim EES u rafineriji poĉetkom godine pušten je u pogon
Distribuirani Sustava Daljinskog VoĊenja (DSDV) elektroenergetskom mreţom u rafineriji. Sustav predstavlja moderan
i otvoren sustav koji se temelji na sustavu SCADA i sustavu brzog rasterećenja potrošaĉa. Oba sustava meĊusobno su
komplementarna i nadopunjuju se omogućavajući operaterima daljinsko voĊenje EE mreţe uzimajući u obzir i napredne
funkcije kao što su sinkronizacija postrojenja, automatsko preklapanje sekcija, praćenje smjera zemnih spojeva,
optimizacija razmjene energije sa vanjskim izvorima, odvajanje EES-a u sluĉaju većih poremećaja na vanjskoj mreţi.
Referat opisuje osnovne karakteristike i funkcije Distribuiranog Sustava Daljinskog VoĊenja koji je već pola godine u
radu, a isporuĉen je po principu kljuĉ u ruke od strane KONĈAR Inţenjeringa za energetiku i transport d.d.
Kjučne riječi: SCADA, FLS, VoĊenje EES-a, Optimizacija razmjene energije
Abstract:
Basic function of the complex energy power system in INA Oil Refinery Rijeka is safe and reliable power supply to all
the consumers on the refinery. Ventilators, liquid pumps, compressors and electromotor drives are very important
elements of the oil refinery process and their unplanned and sudden shutdown would result in a serious malfunction of
the refinery and bring extreme financial cost for the company. To ensure effective and high quality in supervision and
control of the energy power system of the refinery a new Distributed System for Remote Management is being
implemented. The system represents a modern and open system that is based on the classical SCADA system and the
FLS (Fast Load Shedding) system. Both of the systems are complementary and fulfill themselves enabling remote
management of the energy power system to the system operator thru the functions like system synchronization,
automatic load transfer, monitoring of direction of earth faults, optimization of energy exchange with external power
sources and disconnection of the energy power system in case of faults in external grid. The paper describes the
Distributed System for Remote Management that is being implemented for the end user INA Oil Refinery Rijeka thru a
turnkey project done by KONĈAR Power plant and electric traction engineering Inc.
Key words: SCADA, FLS, Management of energy power system, Energy exchange optimization
[email protected]
STK - C6
UVOD
Elektroenergetski sustav u INA Rafineriji Nafte Rijeka (INA RNR) velik je i sloţen sustav koji se sastoji od osnovnih
dijelova: 35 kV prstena sa 6 glavnih TS i 3 turbogeneratora koji su sastavni dio parne termoelektrane. Osim vlastitih
izvora napajanja (3 turbogeneratora) postoji mogućnost napajanja i iz vanjske distributivne mreţe HEP ODS-a preko 2
dovodna polja. EES ima zadaću osigurati napajanje za sve potrošaĉe u sustavu, a to su uglavnom razni elektromotorni
pogoni (ventilatori, pumpe, kompresori) koji su nuţni u procesu prerade nafte, a ĉiji se broj znatno povećao prilikom
modernizacije i izgradnje novih postrojenja u zadnjih nekoliko godina.
Ovako sloţena EE mreţa predstavlja u biti cjelokupan i zaseban EES u malom za koji postoji potreba za osiguranjem
stabilnosti sustava i osiguranja pouzdanih izvora energije koji opskrbljuju potrošaĉe na rafineriji. Slika 1. prikazuje
modificiranu EE mreţu u INA RNR.
Slika 1. Komunikacijska blok shema sustava
Kako bi se operateru sloţenog energetskog sustava u INA RNR omogućio kompletan centralni nadzor i upravljanje
kompletnom elektroenergetskom mreţom rafinerije, upravljanje turboagregatima i proizvodnjom elektriĉne energije, te
razmjenu sa vanjskom distributivnom mreţom HEP-a nuţno je bilo isporuĉiti suvremeni i sloţeni sustav daljinskog
voĊenja kompletnog EES-a u INA RNR.
Sustav je dizajnirao i isporuĉio KONĈAR – Inţenjering za energetiku i transport d.d. u sklopu projekta po principu
„kljuĉ u ruke“ koji je zapoĉeo krajem 2009. , dok je puštanje u pogon sustava i završetak projekta poĉetkom 2012.
Projekt se sastojao od projektiranja sustava, isporuka raĉunalne i programske opreme DSDV, izradi telekomunikacijske
infrastrukture i povezivanja dijelova sustava po postrojenjima, isporuka sekundarne opreme po postrojenjima,
funkcionalnih ispitivanja svih cjelina, te ureĊenja Centra Daljinskog Upravljanja (CDU) sustava.
1.
FUNKCIJE DSDV
Sigurno i pouzdano voĊenje sloţenog EES rafinerije sastoji se od obavljanja odreĊenih zadaća i funkcija koje je do sad
ruĉno obavljao operater putem stare upravljaĉke ploĉe ili upravljaĉkog pulta, te direktno upravljajući aparatima
tipkalima na posluţnim ormarićima ćelija. Povećanjem broja pogona i postrojenja, za koje se mora osigurati pouzdano
napajanje, nuţno je bilo uvesti centralno mjesto sa kojega će operater moći efikasnije i aţurnije pratiti i upravljati
stanjem kompletnog EES sa jednog mjesta.
STK – D2
Kako bi se operateru omogućilo voĊenje EES prema novim uvjetima i zahtjevima koji su nastali kao posljedica
modernizacije rafinerije, nuţno je bilo osigurati slijedeće funkcionalnosti unutar DSDV-a:
- Daljinski nadzor i upravljanje svim aparatima u glavnim TS sustava (35kV, 6kV, 0,4kV),
- Daljinski nadzor nad procesnim mjerenjima numeriĉkih ureĊaja na nivou postrojenja,
- Centralna obrada i pohranjivanje svih podataka na redundantnim SCADA posluţiteljima,
- Daljinski dohvat arhiva poremećaja sa pojedinog numeriĉkog ureĊaja,
- Brzo rasterećenje sustava (FLS engl. Fast Load Sheeding) u trenutku odvajanja distributivne mreţe HEP-a,
- Zaštita i odvajanje energetskog sustava rafinerije na 2 kabelska voda HEP-ove distribucijske mreţe,
- Sinkronizacija (automatska i ruĉna) pojedinih dijelova sustava obzirom na vlastitu proizvodnju elektriĉne energije
na tri turbogeneratora,
- Optimizacija razmjene elektriĉne energije sa distribucijskom mreţom HEP-a,
- Automatski preklop na zdravu elektroenergetsku mreţu dijela koji je ostao bez napajanja,
- Automatski restart motora na kljuĉnim postrojenjima za koja je to nuţno,
- Analiza smjera zemnih spojeva na pojedinim poljima u mreţi,
- Bojanje topologije mreţe s obzirom na izvore u energetskom sustavu,
- Nadzor nad svim motorima u energetskom sustavu (6kV i 0,4kV).
Kako bi se osigurao veliki broj funkcija sustava nuţno je bilo isporuĉiti suvremeni, fleksibilan i otvoren sustav koji bi
omogućio distribuciju pojedinih funkcija na odreĊene dijelove sustava. Odlika distribuiranog sustava je da
distribucijom funckija postiţe efikasniji i brţi odziv procesa, kao i rasterećenje i disperzija jednostavnijih zadaća u
sustavu na njegove periferne komponente (ureĊaje na nivou postrojenja). Prema zahtjevima pojedinih funkcija i
specifiĉnosti izvoĊenja potrebno je bilo raspodijeliti zadaće na razliĉite ureĊaje što na nivou samog postrojenja, a što na
centralne posluţitelje podataka. Prikupljanje podataka, izvršavanje komandi i neke automatske funkcije (automatski
preklop, zaštita i odvajanje EES, sinkronizacija, automatski restart) distribuirane su na razliĉite ureĊaje na nivou
postrojenja. Njihov nadzor i upravljanje moguće je kako lokalno, tako i daljinski iz CDU. Slika 2. prikazuje
modificiranu jednopolnu shemu koji operater vidi na radnim stanicama prilikom nadzora i upravljanja na DSDV-u.
Slika 2. Jednopolna shema na radnim stanicama SCADA sustava
Obrada, analiza i prikazivanje podataka, te razni proraĉuni obavljaju se na centralnim posluţiteljima podataka (SCADA
obrada i prikaz podataka, proraĉuni algoritma brzog rasterećenja, optimizacija, analiza zemnih spojeva, topološko
bojanje). Funkcionalni zahtjevi na sustav uvelike definira i samu arhitekturu sustava, u ovom sluĉaju izrazito
distribuiranu.
2.
ARHITEKTURA DSDV
STK – D2
Izrazito sloţenu arhitekturu DSDV moguće je hijerarhijski podijeliti na nekoliko razina [1]. Na najniţem hijerarhijskoj
razini nalazi se oprema vodnih polja TS kao što su numeriĉki terminali polja koji osim što imaju mjernu, zaštitnu i
upravljaĉku zadaću polja, prikupljaju procesne podatke. Tako prikupljeni procesni podaci šalju se u ureĊaje slijedeće
razine, a to su koncentratori podataka i PLC kontroleri koji osim prikupljanja i proslijeĊivanja podataka imaju i odreĊne
distribuirane automatske funkcije koje se izvrše zasebno od ostalih zadaća sustava na razini postrojenja.
Centralni posluţitelji podataka, na najvišoj razini, prikupljaju podatke iz koncentratora i PLC kontrolera i obraĊuju ih i
analiziraju. Tako obraĊeni podaci se grafiĉki prikazuju operateru i podloga su za izvoĊenje raznih sloţenih funkcija i
proraĉuna. Svi kritiĉni podaci, bilo procesni ili rezultati proraĉuna, adekvatno se pohranjuju u povijesnoj bazi podataka.
Imajući na umu hijerarhijsku podjelu sustava i distribuirano izvoĊenje glavnih funkcija moguće je izvršiti podjelu
DSDV na:
- SCADA sustav ,
- FLS sustav,
- Sustav Optimizacije.
Slika 3. Prikazuje modificiranu arhitekturu DSDV isporuĉenog u INA RNR.
Slika 3. Blok shema arhitekture DSDV-a
2.1.
SCADA sustav
Na postrojenjima na razini polja TS nalaze se numeriĉki terminali polja koji prikupljaju procesne podatke, upravljaju
aparatima te štite postrojenje i njegove primarne dijelove. Numeriĉki terminali polja omogućuju i lokalno upravljanje u
sluĉaju prekida komunikacije sa CDU.
Koncentratori podataka komunikacijskim putem prikupljaju podatke iz numeriĉkih terminala polja putem IEC 60870-5103 standarda i šalju ih ka nadreĊenim centralnim posluţiteljima podataka u CDU koristeći IEC 60870-5-104 mreţni
standard.
Osim komunikacijom, na ovoj se razini procesni podaci prikupljaju i putem U/I jedinice koncentratora. Na
koncentratorima podataka se odvijaju i neke distribuirane automatske funkcije kao što su automatski preklop, odabir
polja i upravljanje opremom za sinkronizaciju, automatski restart motora. IzvoĊenje automatskih funkcija omogućeno je
PLC razvojnom okolinom (IEC 61131) koja je sastavni dio koncentratora podataka putem posebne centralne jedinice.
Povezivanje sa centralnim posluţiteljima podataka odvija se prema mreţnom IEC 60870-5-104 standardu. Koncentratori
podataka takoĊer se koriste kao ĉvorovi povezivanja i razmjene podataka preko MODBUS RTU ili TCP komunikacije
sa postojećim procesnim sustavima EMERSON i HONEYWELL, te za komunikaciju sa posebnim postojećim PLC
kontrolerima putem PROFIBUS protokola koji nadziru i upravljaju sa svim motorima na niskom naponu 0,4kV.
STK – D2
Za potrebe povezivanja postrojenja sa CDU izveden je optiĉki komunikacijski sustav. Dvostruki (redundantni) optiĉki
prsten osigurava visoku pouzdanost i veliki kapacitet prijenosa podataka koji se zahtjeva u sustavima daljinskog
voĊenja sloţenih EES-a.
Centralni posluţitelji podataka nalaze se u CDU i prikupljaju procesne podatke te ih obraĊuju i pohranjuju. Pouzdanost
u radu osiguravaju dualni centralni posluţitelji od kojih je jedan vodeći aktivan, dok je drugi vruća priĉuva i u stanju je
pripravnosti. U sluĉaju kvara vodećeg raĉunala, kompletno sve aktivnosti preuzima prateće
raĉunalo bez ikakvog ometanja operatera u radu. Centralni posluţitelji podataka ostvaruju i razmjenu podataka sa
Sustavom optimizacije, ĉiji se rezultati opet obraĊuju i pohranjuju na posluţiteljima. Razmjena podataka ostvarena je
putem mreţnog MODBUS TCP protokola. Osim razmjene podataka sa Sustavom optimizacije, centralni posluţitelji
razmjenjuju podatke i sa SCADA sustavom HEP ODS-a, ELEKTROPRIMORJE putem serijske komunikacije i IEC
60870-5-101 standarda.
Operaterske radne stanice i radna stanica sistem inţenjera sluţe za grafiĉki prikaz i suĉelje prema ĉovjeku. Razni
prikazi JS, te tablice alarma i grafiĉki prikazi omogućuju operaterima nadzor na EE postrojenjima.
Da bi operater mogao daljinski nadzirati postrojenja i kompletni EES nuţno je da je cjelokupan sustav vremenski
sinkroniziran, što je zadaća posebnog vremenskog posluţitelja. Posluţitelj u sebi ima integriran GPS prijemnik koji
osigurava sinkronizaciju svih ureĊaja na optiĉkom mreţi na isto vrijeme korištenjem SNTP-a (engl. Simple Time
Network Protocol). Slika 4. prikazuje upravljanje sustavom uzbude turboagregata koja je izvedena na SCADA
operaterskim prikazima.
Slika 4. Upravljanje sustavom uzbude turboagregata
Funkcije SCADA sustava dijele se na osnovne i napredne i detaljno su opisane u [1].
2.2.
FLS sustav
Sustav brzog rasterećenja ili FLS sustav ima za zadaću rasteretiti potrošaĉe u trenutku odvajanja RNR sa vanjske
distributivne mreţe HEP-a. Proraĉun i algoritam rasterećenja temelji se na metodi proraĉuna bilance snage i na praćenju
kretanja frekvencije EES u RNR. U sluĉaju odvajanja sa distributivne mreţe, koja je pored vlastitih parnih
turboagregata nuţna da bi se zadovoljio cjelokupni konzum, sustav prema tablicama prioriteta potrošaĉa rasterećuje
sustav kako bi odrţao i osigurao siguran rad turboagregata. U protivnome bi se manjak snage pokušao kompenzirati na
raĉun turboagregata koji pak nisu dovoljni i oni bi se postupno zaustavili i na taj naĉin neplanski zaustavili rad
pojedinih pogona rafinerije te prouzroĉili financijsku i ekološku štetu [1].
STK – D2
Arhitektura FLS sustava sliĉna je onoj SCADA sustava. Na razini postrojenja nalaze se PLC kontroleri koji prikupljaju
podatke o stanjima aparata putem U/I jedinica ili komunikacijski preko koncentratora podataka SCADA sustava
(MODBUS RTU). Upravljanje prekidaĉima kao rezultat proraĉuna algoritma brzog rastereĉenja takoĊer se odvija
putem U/I jedinica. Na centralnom PLC kontroleru u TS 300 izvodi se algoritam i cjelokupni proraĉun, te je taj
kontroler izveden redundantno, dok na ostalim postrojenjima to nije sluĉaj. MeĊusobna komunikacija i razmjenu
podataka izmeĊu PLC kontrolera takoĊer se odvija preko dvostrukog (redundantnog) optiĉkog prstena, ali neovisnog od
prstena SCADA sustava.
Razmjena podataka izmeĊu PLC kontrolera odvija se korištenjem MMS standarda. Centralni posluţitelj podataka nalazi
se u CDU i prikuplja, obraĊuje i pohranjuje podatke. Na posluţitelju se nalazi posebna PLC razvojna okolina koja
omogućuje daljinsko ureĊivanje i rad na samom algoritmu. Operaterska radna stanica sluţi za prikaz i grafiĉko suĉelje
prema operateru. Putem operaterske stanice moguće je definirati tablice prioriteta i pratiti raspored i tijek iskljuĉenja, te
grafiĉki pratiti snage i frekvencije EES.
2.3.
Sustav optimizacije
Osnovna zadaća sustava optimizacije je automatsko praćenje razmjene koliĉine energije sa distributivnom mreţom HEP
ODS-a na 3 dovodna polja i praćenje proizvodnje elektriĉne energije na 3 turboagregata u sklopu parne termoelektrane.
Slika 5. prikazuje modificirano suĉelje prema operateru Sustava Optimizacije.
Slika 5. Grafiĉki prikazi razmjene energije u sklopu Sustava Optimizacije
Radi velikog broja potrošaĉa, nastalih u fazi modernizacije, neophodan je paralelan rad EES u RNR sa distributivnom
mreţom HEP ODS-a. Sustav zadavanjem koliĉine energije koja se razmjenjuje (daje ili uzima) sa distributivnom
mreţom omogućuje optimiranje proizvodnih i rafinerijskih procesa obzirom na ugovorene koliĉine energije sa
distributerom. Ovaj sustav je u biti priprema za cjelokupnu optimizaciju proizvodnje i cjelokupnog rada rafinerije
obzirom na kretanje treuntne cijene elektriĉne energije na trţištu. U skoroj budućnosti, radi liberalizacije trţišta
energije, RNR će moći prema potrebi i prema financijskoj isplativosti ili kupovati ili prodavati elektriĉnu energiju u
mreţi optimirajući vlastitu proizvodnju elektriĉne energije putem vlastith turboagregata.
Sustav optimizacije koristi podatke sa dovodnih polja (distirbutivne mreţe) i generatorskih polja o koliĉini energije,
radnoj i jalovoj snazi, te podacima o tarifi. Osim tih podataka sustavu bita su i stanja prekidaĉa turbogeneratora i još
nekih odreĊenih prekidaĉa na temelju kojih sustav moţe izraĉunati da li se radi o
paralelenom ili otoĉnom reţimu rada rafinerije.
STK – D2
Sam algoritam i proraĉun optimizacije izvodi se na zasebnom posluţitelju podataka koji komunikacijskim putem
razmjenjuje potrebne podatke sa centralnim posluţiteljima SCADA sustava putem mreţnog MODBUS TCP standarda.
Podaci se cikliĉki razmjenjuju i izvode se proraĉuni. Operater putem grafiĉkog suĉelja zadaje koliĉinu energije koja se
ţeli razmjenjivati sa distributivnom mreţom.
Sustav na temelju ulaznih, prikupljenih podataka (sa centralnih posluţitelja SCADA sustava) izvodi proraĉune i kao
izlaz daje upravljaĉke impulse za turboagregate, konkretno za sustav uzbude – upravljanje Q, i turbinski regulator –
upravljanje P. Upravljaĉki impulsi se u biti preko centralnih posluţitelja podataka SCADA sustava, šalju na
koncentratore koji preko U/I jedinica šalju komande prema postrojenju.
Imajući na umu reĉeno, upravljanje turboagregatima moguće je automatski (preko sustava optimizacije) ili ruĉno (preko
SCADA sustava).
3.
ZAKLJUČAK
Isporuĉeni sustav predstavlja izrazito sloţen sustav koji zadovoljava sve zahtjeve krajnjeg korisnika koji proizlaze iz
zahtjeva za pouzdanim i sigurnim voĊenjem EES. Specifiĉnost EES u rafineriji je ta da je sustav izrazito sloţen sa
velikim brojem potrošaĉa koji zahtjevaju pouzdano napajanja elektriĉnom energijom, ĉiji bi ĉak i kratkotrajni
neplanirani ispad mogao prouzroĉiti materijalnu i financijsku štetu te ekološki incidednt. Za osiguranje strogih zahtjeva
napajanja nuţno je da se osigura siguran paralelan rad RNR sa okolnom distirbutivnom mreţom HEP ODS-a. Da bi se u
današnje doba globalizacije trţišta, a posebno u ovo doba recesije uz liberalizaciju trţišta energije (plina, nafte,
elektriĉne energije) moglo opstati i kvalitetno poslovati nuţno je optimirati svaki dio osnovne djelatnosti, a posebno se
to odnosi na potrošnju EE. Uzevši u obzir sve te ĉinjenice ispravno rješenje za voĊenje pogona i kompletnog EES
rafinerije jest bilo uvoĊenje centralnog sustava koji će automatizirati sve zadaće operatera i sloţene funkcije koje se
zahtjevaju. Distribuirani Sustav Daljinskog VoĊenja EES u INA RNR predstavlja izrazito sloţen sustav koji
distribucijom arhitekture i funkcija te njihovom automatizacijom olakšava izvoĊenje svih zadaća operatera te na taj
naĉin povećava efikasnost i ekonomiĉnost voĊenja sustava. Svi podaci izneseni u ĉlanku su informativni i ne odraţavaju
stvarno stanje u cilju oĉuvanja poslovnih tajni i informacija.
LITERATURA
1 B. Brestovec, M. Šlogar Brcko, P. Domijan, Ţ. Beljan, S. Jurešić, “Distribuirani sustav daljinskog voĊenja u
Rafineriji Nafte Rijeka,” 10. savjetovanje HRO CIGRÉ Cavtat, 6.– 10. studenoga 2011,
2 G. Benĉić, B. Brestovec, V. Braun, B. Horvat, “Sustav nadzora, upravljanja i regulacije pogona vjetroelektrane
pometeno brdo“, 9. simpozij o sustavu voĊenja EES-a, Zadar, studeni 2010.
[3] Z. Oklopĉić, I.Mandić, J.Horvat,B. Brestovec, “ Sustav daljinskog nadzora i upravljanja plinskom mreţom
PLINACRO“, HSUP, svibanj 2006.
[4] I. Kuzle, "Podfrekvencijsko rasterećenje EES-a“, Materijali za teĉaj, svibanj 2010.
[5] "Sustav Daljinskog VoĊenja EES u Rafineriji nafte Rijeka“, Izvedbeni projekt, ELING BIRO d.o.o, svibanj 2010.
STK – D2

Download Report