Naročnik je naročil izdelavo projektne dokumentacije in izvedbo projekta za izrabo hidroenergetskega potenciala vodotoka Rogoznica na jezu v Markovcih. V sklopu te dokumentacije so bili načrti električne opreme in električnih inštalacij ter izvedba regulacije agregatov na mali hidroelektrarni.
Objekt za proizvodnjo je umeščen na obstoječi drenažni kanal, v katerega se steka vodotok Rogoznica s pritokom Grajeno in okoliške drenažne vode. Priključen je na javno električno omrežje.
Glavni objekti obsegajo:
- vtok z zajetjem (drsna zapornica s plavajočo zaveso)
- obstoječi dovodni kanal
- mobilna agregata z zapornico (različne moči), pritrjeno na dolvodni krilni zid.
V sklopu hidromehanske opreme so dobavljeni elektro razdelilniki turbinske regulacije oz. sinhronizacije agregatov na mrežo ter elektro razdelilnik krmiljenja in nadzora agregatov MHE Rogoznica.
V projektu je zajeta inštalacija tehnoloških porabnikov (elektromotorni pogoni, ventili in ostali tehnološki porabniki). Krmiljenje je izvedeno iz krmilnika, ki je nameščen v razdelilnik krmiljenja.
Celotna električna oprema je projektirana za napajalno napetost 3 x 400 V AC/50 Hz ter napajalno napetost 48 V DC. Krmilna napetost je 230 V AC in 24 V DC. Izmenično napajanje razdelilnika (400 V, 50 Hz) je izvedeno iz obstoječega razvoda lastne rabe, istosmerno napajanje (48 V) razdelilnika pa iz enosmernega razvoda.
Električno opremo upravljanja sestavljajo električni razdelilnik krmiljenja in nadzora, ki se nahaja v jezovni zgradbi jeza Markovci, ranžirni omarici na dolvodnem krilnem zidu in na sami dolvodni zapornici, merilna oprema ter energetski in signalni kabli, ki povezujejo opremo med seboj.
Oprema v razdelilniku krmiljenja je namenjena upravljanju agregatov MHE Rogoznica, obenem pa je povezana na obstoječi sistem vodenja jezu Markovci. Za potrebe upravljanja je v sklopu projekta izvedena vgradnja merilnikov nivoja vode, in sicer za meritev nivoja zgornje vode oz. nivoja vode pred rešetko in meritve nivoja vode za rešetko, meritev spodnje vode. V sistem upravljanja je vpeljan tudi signal za meritev položaja zapornice.
Iz razdelilnika krmiljenja se napajajo vsi porabniki, ki so del sistema upravljanja z agregati MHE Rogoznica, in sicer pogon zapornice, pogon čistilca in pogona predturbinskih loput agregatov MHE Rogoznica.
Razdelilnik sinhronizacije agregatov MHE Rogoznica se napajata direktno iz generatorskih izvodov in na noben način nista energetsko povezana z razdelilnikom krmiljenja ali kakšnim drugim energetskim razdelilnikom.
Ena ranžirna omara je nameščena na dolvodnem krilnem zidu in je namenjena povezovanju kablov med razdelilnikom krmiljenja in opremo na zapornici. Druga ranžirna omara je nameščena na dolvodni zapornici in je namenjena povezovanju kablov med ranžirno omaro na dolvodnem krilnem zidu in opremo na zapornici. Ta ranžirna omarica se uporablja za prehod fleksibilnih kablov s premikajoče zapornice na fiksni del objekta.
Izolirani vodniki in kabli so zaščiteni pred mehanskimi, toplotnimi, kemičnimi in drugimi zunanjimi vplivi, ki jih določajo pripadajoči standardi. Za prehod med premikajočo zapornico in fiksnim delom (krilni zid) so uporabljeni visokofleksibilni kabli, nameščeni v fleksibilno verigo, ki obenem predstavlja UV zaščito za te kable.
Krmilnik, ki je nameščen v razdelilnik krmiljenja, je proizvajalca Siemens serije S7-1200 in služi za vodenje agregatov MHE Rogoznica. Na vratih razdelilnika je nameščen operaterski panel proizvajalca Siemens serije TP700 Comfort in analizator mreže proizvajalca Siemens serije PAC 3200. Za komunikacijo proti sistemu vodenja je uporabljen Profibus DP modul. Povezava na sistem vodenja se izvede preko opto-električnega pretvornika, ki se nahaja v obstoječi omari, nameščeni v upravljalnem prostoru jezovne zgradbe.
Poleg merilne opreme na objektu je uporabljena tudi detekcijska oprema. Predturbinski loputi imata vgrajeni končni stikali za zaznavanje odprtega/zaprtega položaja, diskretni signali iz teh stikal pa so povezani na digitalne vhode krmilnika. Enako velja za končni stikali zaznavanja položaja zapornice (zaprta/odprta). Pogoni in aktuatorji se krmilijo iz digitalnih izhodov krmilnika in pripadajočih 24 V DC relejev ter močnostih kontaktorjev s krmilno napetostjo 230 V AC. Močnostni tokokrogi vseh pogonov in aktuatorjev se nemudoma odklopijo, če je sprožen direktni varnostni izklop.
Zaradi varnosti je predviden direktni varnostni izklop, ki ga sproži gobasta tipka za ustavitev v sili. Direktni varnostni izklop se izvede mimo krmilnika z direktnim delovanjem na krmilne tokokroge pogonov in aktuatorjev.
Upravljanje z agregati MHE Rogoznica se izvaja iz razdelilnika krmiljenja. Na vratih električne omare so vgrajena vsa potrebna stikala in tipke za izbiro mesta upravljanja, vklopa in izklopa posameznih pogonov in aktuatorjev, izklopa v sili, lučke za informacijo o delovanju posameznega pogona ali aktuatorja elementa in signalizacije generalne napake. Na operacijskem panelu so uporabniku na voljo vse ostale podrobne informacije o stanju sistema upravljanja.
Upravljanje agregatov MHE Rogoznica je možno z dveh lokacij:
- lokalno
- daljinsko
Lokalni vklop agregatov in ostalih elementov se izvaja s pomočjo tipk in stikal na vratih razdelilnika krmiljenja in relejev v razdelilniku. Vsi vklopi/izklopi se izvedejo preko komand iz PLC-ja. Elementi za lokalno upravljanje na vratih omare so:
- izbirno stikalo: izbira mesta upravljanja:
- lokalno
- daljinsko
- tipka: odpiranje zapornice
- tipka: zapiranje zapornice
- tipka: odpiranje predturbinske lopute
- agregata 1
- tipka: zapiranje predturbinske lopute
- agregata 1
- tipka: odpiranje predturbinske lopute
- agregata 2
- tipka: zapiranje predturbinske lopute
- agregata 2
- stikalo: vklop/izklop čistilnega stroja
Daljinsko upravljanje je predvideno kot upravljanje iz nadrejenega sistema vodenja jezu Markovci. V tem primeru je blokirano kakršno koli lokalno vklapljanje/izklapljanje agregatov in elementov na zapornici preko tipk in stikal na vratih razdelilnika krmiljenja. Vsi vklopi in izklopi se izvedejo preko komand, ki jih nadrejeni sistem vodenja pošlje krmilniku. Komunikacija med sistemom vodenja in lokalnim krmilnikom je izvedena preko Profibus DP vmesnika.
Regulacija delovanja agregatov MHE Rogoznica se izvede na podlagi informacije o netu padcu in izračunanih vrednosti pretoka preko zapornice na vtoku in pretoka skozi agregate. Meritev zgornje vode je izvedena v dovodnem kanalu (s pomočjo potopne sonde), ker je na tem mestu zagotovljena najbolj točna informacija o trenutnem nivoju. Vodenje MHE Rogoznica se izvaja z vključevanjem oz. izključevanjem enega ali obeh agregatov. Ker je pogonski sklop turbina-generator narejen tako, da ni možna zvezna turbinska regulacija (fiksne lopatice), je regulacija izvedena v štirih stopnjah, in sicer:
- oba agregata mirujeta
- obratuje manjši agregat
- obratuje večji agregat
- obratujeta oba agregata
Glede na zgornje režime obratovanja bo pretok skozi MHE Rogoznica različen, vse pa sloni na gibanju nivoja zgornje vode. Ko se nivo vode poveča za določeno vrednost, se pretok elektrarne poveča za eno stopnjo, ko pa se nivo vode zmanjša pod določeno mejo, se pretok elektrarne zmanjša za eno stopnjo.
V dobavi sklopa turbina-generator sta zajeta tudi pripadajoča električna razdelilnika za sinhronizacijo agregata na mrežo. Sinhronizacija se izvede samodejno, na podlagi logike, vgrajene v element za sinhronizacijo. Proizvajalec agregatov je točno določil meje vrednosti pretoka, znotraj katerih je možno izvesti sinhronizacijo posameznega agregata na mrežo. Prav tako je določil spodnjo in zgornjo mejo trenutnega pretoka, pri kateri se mora izvesti ustavitev agregata. Na podlagi teh robnih pogojev in podatkov o netu padcu in trenutnem pretoku skozi elemente MHE krmilnik vodenja elektrarne daje naloge za vklop ali izklop posameznega agregata. Tukaj je še niz drugih vhodnih informacij, ki so nujne za detekcijo stanja sistema kot celote in se uporabljajo za uspešen zagon ali ustavitev agregatov v regularnih razmerah, kakor tudi za varnostno posredovanje v izrednih situacijah.
Ker na objektu vodne razmere lahko zelo nihajo tudi na urni in ne samo na dnevni bazi in ker agregata nimata možnosti klasične turbinske regulacije (regulacija lopatic), je bilo treba vodenje elektrarne izvesti tako, da je število vklopov/izklopov agregatov čim manjše, oziroma da so prehodi med obratovalnimi stanji čim manj pogosti. Zato je bil narejen namenski algoritem, ki je, ob upoštevanju trenutnih realnih dogajanj na objektu, maksimalno izkoristil trenutne vodne razmere in istočasno zagotovil manjšo stopnjo prehodov med obratovalnimi stanji.
Varnostni vidik obratovanja MHE ima prednost pred izkoriščanjem trenutnega vodnega potenciala na objektu. Pojav visokih voda (na zgornji ali spodnji strani tablaste iztočne zapornice) ali previsokega pretoka skozi dovodni kanal povzroči ustavitev agregatov in takojšnji dvig zapornice. Ta dvig se sprva izvede polovično, pri čemer avtomatika vodenja elektrarne nekaj časa čaka na morebitno umiritev vodnih razmer, če pa se te razmere še naprej slabšajo, se izvede dvig v končno odprto pozicijo, v kateri je zagotovljena varnost vseh elementov, vgrajenih na sami zapornici. Vnovičen zagon elektrarne je spet možen le ob prihodu obratovalnega osebja na objekt. Takrat se odgovorni operater seznani s situacijo na objektu in ob ugotovitvi stabilnih razmer vrne zapornico v spodnjo (obratovalno) lego ter izda nalog za ponovni zagon elektrarne.
Na zaporni tabli je nameščena tudi rešetka s čistilnim strojem, ki je krmiljen iz razdelilnika krmiljenja. Vklop čistilnega stroja je bodisi avtomatičen (na podlagi meritve zamašenosti rešetke ali v rednem ciklu čiščenja) bodisi preko stikala na vratih razdelilnika po nalogu operaterja.
Razdelilnik krmiljenja za potrebe upravljanja agregatov izvaja izmenjavo signalov z ostalimi električnimi napravami in sklopi MHE Rogoznica. Iz razdelilnikov sinhronizacije se v sistem upravljanja prenesejo informacije o stanju napetosti na mrežni strani, stanju motorskega zaščitnega stikala generatorja in uspešno ali neuspešno izvedeni sinhronizaciji.
Iz obstoječega razvoda lastne rabe se v razdelilnik krmiljenja prenese informacija o razpoložljivosti ločilnega mesta za MHE Rogoznica. Ta informacija se potrdi v krmilniku upravljanja, potrditev pa se prenese nazaj v razvod lastne rabe, nakar se tam izvede vklop ločilnega mesta in se informacija o vklopu vrne nazaj v krmilnik upravljanja. To je predpogoj za zagon agregatov in njuno povezovanje na javno električno omrežje.
