Sistem za nadzor tlačnega cevovoda (NTC) se prilagaja vsakemu posameznemu objektu ter željam in potrebam uporabnika. Iz tega vzroka je treba dobro poznati zmogljivosti, kot tudi razumevanje samega objekta na katerem se želi uporabiti ta sistem.
Karakteristike objekta (cevovoda) so primarnega pomena, tako za izbiro ustrezne opreme, kot tudi za način njene vgradnje. Od tega je v veliki meri odvisna kasnejša celotna struktura sistema nadzora ter funkcionalnost v vseh situacijah, kjer je njeno delovanje nujno in brezkompromisno potrebno.
Na začetku je potrebno poudariti, da je za delovanje sistema NTC nujna uporaba najsodobnejše opreme. Predvsem mora biti visoko zanesljiva, dolgoročno stabilna ter mora izpolnjevati najvišje tehnične standarde z zgodovino uporabe v podobnih primerih.
Drugi zelo pomemben dejavnik je sama izvedba kompletnega sistema s posebnim poudarkom na načinu vgradnje merilnih naprav. Te predstavljajo jedro nadzornega procesa in na njih visi vsa preostala tehnološka procedura sistema NTC.
Postopki izbire opreme, njene vgradnje, eventualno umerjanje na mestu vgradnje in povezovanje na nadzorni sistem imajo vpliv na končni rezultat tj. na zanesljivost reakcije, kar pa je bistvo takšnega sistema. Pri manjših sistemih, še posebej tam kjer uporabniku visoka natančnost ni primarna zahteva, je proces vgradnje in spuščanja v pogon v večini primerov zelo enostaven in se lahko izvede z osnovnim znanjem o uporabljeni opremi in principih njene vgradnje. Problem se pojavi pri sistemih, kjer je zahteva po visoki natančnosti merjenja, dolgoročni stabilnosti in odpornosti merilnih naprav v težkih in zahtevnih pogojih obratovanja. Če želimo upoštevati vse te zahteve, pridemo do spoznanja, da paleta tovrstne opreme ni več tako široka. Izkušeno in usposobljeno osebje za izvedbo takšne instalacije pa je še bolj redko. Zaradi vseh zgoraj naštetih razlogov se temu sistemu posveča maksimalna pozornost v vseh fazah njegovega snovanja, od osnovne ideje do končne realizacije.
V cilju čim bolj nazorne ponazoritve delovanja sistema NTC, moramo najprej spoznati njegove sestavne dele in na vizualen način prikazati razporeditev opreme na hidroenergetskem objektu. Opremo sistema NTC delimo v tri osnovne skupine:
- Oprema za merjenje pretoka
- Oprema za merjenje diferencialnega pritiska
- Procesna in vizualizacijska oprema
Poleg prej naštetih lastnosti opreme je zelo pomembno, da ima sistem ustrezne izhodne informacije, ki obveščajo uporabnika o vseh pomembnih spremembah in stanju znotraj sistema. Uporabniku morajo biti vedno na razpolago minimalne nujne informacije o stanju NTC-a, ne glede na stanje ostalih sistemov (napajalnih, komunikacijskih,…), ki so posredno ali neposredno vezani na sistem. Samo na podlagi takšnih vhodnih podatkov uporabnik lahko formira pravilno odločitev o nadaljnji uporabi sistema NTC in pri tem ne ogroža kakršen koli drugi proces, še posebej varnost ljudi in opreme na objektu. Na sl. 1 je prikazan poenostavljen princip sistema za nadzor dovodnega tlačnega cevovoda na hidroenergetskem objektu.
Principielni prikaz sistema NTC prikazuje njegovi dve osnovni komponenti: merilno in procesno opremo na zgornji in spodnji lokaciji in med tema dvema točkama se izvaja aktivni nadzor cevovoda.
Merilni lokaciji sta preko procesne opreme medsebojno povezani. Informacije iz procesne opreme na zgornji in spodnji lokaciji pa se posredujejo sistemom, ki upravljajo z zapornimi elementi na zgornji in spodnji lokaciji (vtočna zapornica, predturbinsko zapiralo). Na spodnji lokaciji je izvedeno povezovanje NTC-a na nadzorno-upravljalni sistem elektrarne, v katerega se prenašajo vse relevantne informacije vezane na delovanja sistema NTC.
Posredovanje informacij iz NTC-a izvršilnim organom, ki upravljajo z zapornimi elementi na obeh lokacijah, ni nujno direktno. Lahko se izvede tudi preko nadzorno-upravljalnega sistema elektrarne. Ne glede na način povezovanja sistema NTC in sistemov za upravljanje z zapornimi elementi, mora biti na osnovi informacij iz sistema NTC delovanje zapornih elementov na obeh lokacijah usklajeno. Z drugimi besedami, mora obstajati procedura, ki točno definira postopke vezane na reakcijo zapornih elementov na obeh lokacijah. Posledice neusklajenega delovanja oz. ne posedovanja NTC-a v primeru poka cevovoda ali prevelikega pretoka skozi cevovod, so vidne na sl. 2. Sam sistem za nadzor cevovoda je neodvisen sistem in ni del te procedure zaščite. Posreduje samo informacije o stanju cevovoda in izda ukaz za izvajanje procedure.
Kot je že uvodoma povedano, temelj sistema NTC predstavlja meritev pretoka. Sistemi za merjenje pretoka se uporabljajo za različne namene; za regulacijo pretoka skozi zaporne ali proizvodne elemente elektrarne, za evidenco količine vode, ki steče skozi elektrarno, za nadzor cevovoda ali določanje učinkovitosti turbine in optimizacije njenega delovanja. Danes se na hidroenergetskih objektih, bolj ali manj, uporabljajo tri metode za določanje pretoka:
- Merjenje pretoka preko ultrazvočnega merjenja tranzientnega časa
- Merjenje pretoka po metodi merjenja diferencialnega pritiska (Winter-Kennedy)
- Merjenje pretoka preko merjenja nivoja
Prednosti in slabosti posameznih metod
- Ultrazvočna metoda
- Merilci pretoka so lahko umerjeni „na suho“ na podlagi preciznih meritev izvedenih v fazi montaže ultrazvočnih senzorjev
- Ni potrebna kalibracija
- Mogoče je meriti pretok skozi cevovode velikih premerov
- Zelo visoka točnost meritve
- Metoda merjenja tranzientnega časa je sprejeta s standardom IEC 60041 za testiranje karakteristik turbine
- Relativno visoka cena opreme in njene vgradnje, posebej če je potrebno vgraditi več senzorskih parov
- Zahtevna montaža, posebej če je potrebno vgraditi več senzorskih parov, v cilju doseganja ustrezne točnosti
Merjenje diferencialnega pritiska
- Uporaben za večino plinov in tekočin
- Zelo razširjen
- Stroški odvisni od premera cevovoda
- Občutljivi na spremembe gostote in pritiska
- Visoka cena vgradnje (če niso postavljene cevi do merilnih mest)
- Relativno drago vzdrževanje
Preko merjenja nivoja
- Enostavna vgradnja
- Nizki stroški
- Primerno samo za kanale
- Slaba točnost meritve
- Točnost meritve na celi skali odvisna od več pogojev (tip pregrade, materiali, itd.)
- Pogosto brez možnosti nedvoumne povezave med nivojem in pretokom
Iz zgoraj navedenega je razvidno, da je za vzpostavitev sistema za nadzor in zaščito cevovoda najbolj primerna ultrazvočna meritev. To merjenje se lahko izvede z montažo ultrazvočnih senzorjev znotraj samega cevovoda (glej sl.3) ali z njihovo vgradnjo v steno cevovoda (zahteva vrtanje cevovoda). Meritvi pretoka po t.i. metodi „Clamp on“ se je treba izogibati zaradi slabše natančnosti (prehod ultrazvočnega signala skozi dva medija – voda in kovina ali plastika), manjše zanesljivosti in podložnosti poškodbam.
Glede na to, da so področja v bližini cevovoda (ta je pod pritiskom), predstavljajo tlačni cevovodi potencialni riziko. Še posebej glede na to, da so v bližini lahko gosto naseljena območja. Če upoštevamo še pogostost klimatskih sprememb, ki povzročajo premikanje tal in pogoste potrese ter staranje materiala, riziko ni več zanemarljiv. Zaradi tega je kontinuirano in zanesljivo spremljanje tlačnega cevovoda, v smislu odtekanja vode ali pokanja cevovoda, izredno pomembno iz aspekta varnosti ljudi in dobrin. Varnostni sistem mora biti izveden čim bolj avtonomno od ostalih sistemov za procesno kontrolo. Iz tega razloga je oprema za nadzor in zaščito cevovoda realizirana iz popolnoma samostojnih in s tem tudi neodvisnih komponent. Naslednji pomemben predpogoj za zanesljivo delovanje sistema NTC, je zagotovljen neprekinjen vir napajanja. Ta je lahko preko internih avtonomnih enot znotraj sistema NTC ali preko zunanjih komponent, ki garantirajo nemoteno oskrbo z električno energijo. Prezentirani koncept nadzora in zaščite cevovoda je zasnovan na visoko preciznem merjenju pretoka na obeh koncih cevovoda in kontinuiranem spremljanju razlike med tema dvema lokacijama. Prednosti tega sistema so:
- Hitra in zanesljiva reakcija
- Odkrivanje poškodbe cevovoda v zgodnji fazi
- Spremljanje dogajanja v generatorskem in črpalnem obratovanju (za reverzibilne elektrarne)
- Koristne dodatne opcije
- Kontinuirano merjenje turbinske učinkovitosti
- Statistične ocene, preverba pravic na vodo itd.
Sistem NTC uporabniku javlja relevantne informacije o stanju cevovoda v 2-nivojsko generiranih sporočilih, ki so kreirana na podlagi vhodnih informacij iz sistema merjenja in algoritma za nadzor.
2-Nivojski sistem zgodnjega opozarjanja
- Spremljanje maksimalnega pretoka Qmax
1. Nivo → Alarmiranje
2. Nivo → Signal za proženje zapornih elementov
- Spremljanje razlike pretoka ∆Q
- 1. Nivo → Alarmiranje
- 2. Nivo → Signal za proženje zapornih elementov
- Detekcija odtekanja vode
- 1. Nivo → Alarmiranje
Na tem mestu je treba povedati, da so pogoji za oba nivoja (alarmiranje in proženje) lahko enaki v smislu vrednosti Qmax in ∆Q. Signal proženja se pojavi s časovno zakasnitvijo glede na alarmni signal, če seveda Qmax ali ∆Q zadržijo svoje vrednosti iz alarmnega stanja. Pogoji za ta dva nivoja so lahko tudi različni. Ta dva signala (alarmiranje in proženje) je možno (celo zaželeno) aktivirati s časovnim zamikom, zaradi odprave prehodnih pojavov in preprečevanja generiranja alarmnega ali sprožilnega signala zaradi kratkotrajnega skoka pretoka nad postavljene vrednosti za Qmax ali ∆Q.
Uporabniku se predlagajo vse možne rešitve za aktivacijo alarmov in signalov proženja. Na podlagi svojih potreb pa se uporabnik odloča na kakšen način se bo realiziralo njihovo generiranje v sistemu NTC.
www.telem.si
