Системы информационно-измерительные в составе систем автоматического управления газотурбинной установкой (САУ ГТУ) LM6000 мод. PD, PF, PF+, DF, Sprint

Назначение

Системы информационно-измерительные в составе системы автоматического управления газотурбинной установкой (САУ ГТУ) LM6000 моделей PD, PF, PF+, DF, Sprint (далее - системы, ИИС САУ ГТУ LM6000) предназначены для измерений, отображения и регистрации параметров газотурбинных установок (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 LM6000 служат для измерения параметров энергетических ГТУ LM6000 моделей PD, PF, PF+, DF, Sprint с целью формирования системой автоматизированного управления (САУ) на основе измерительной информации сигналов управления. Принцип действия ИИС САУ ГТУ LM6000 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. ГТУ LM6000 оснащены камерой сгорания с пониженным уровнем выбросов выхлопных газов (DLE) и имеют следующие модели по виду используемого топлива: PD - на природном газе, PF - на газе или жидком топливе, DF- двухтопливные, а также вариант Sprint - со впрыском воды в камеру сгорания. 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.

ИИС САУ ГТУ LM6000 относятся к ИС-2 по ГОСТ Р 8.596-2002.

ИИС САУ ГТУ LM6000 являются трехуровневыми, имеют блочно-модульную структуру, измерительные и вычислительные компоненты которой являются серийно выпускаемыми средствами измерений. Общий вид систем шкафов управления систем приведен на рисунке 1, структурная схема САУ ГТУ LM6000 приведена на рисунке 2.

В состав нижнего уровня ИИС САУ ГТУ LM6000 входят первичные измерительные преобразователи (датчики):

-    уровнемеры серии 3300 (регистрационный номер в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений, далее - рег. № 25547-12);

-    термопреобразователи сопротивления (ТСП) Rosemount 0078 (рег. № 57540-14);

-    преобразователи давления измерительные 3051 (рег. № 14061-15);

-    преобразователи давления измерительные 3051S (рег. № 24116-13);

-    преобразователи давления измерительные EJ* (рег. № 59868-15);

-    расходомеры 3051SFC (рег. № 50699-12);

-    датчики давления PTX-651 (рег. №51785-12);

-    датчики давления Honeywell.

f

Сигналы управления

т

Г енератор

о, К орел сл

величины

Измеряемые

ИИС

ДАТЧИКИ (нижний уровень)

Линии связи

Средний у ровень

Блок

управления

гидравликой

Сигналы напряжения переменного тока +

Сигналы от ТСП

Измерительный преобразователь в составе Bently Nevada 3500

Сигналы 4-20 мА

Сигналы от термопар

Сигналы

4-20 мА

Модули АЦП и контроллеры MicroNet

Результаты измерений в цифровом виде

Верхний

уровень

ССД

Датчики преобразуют текущие значения измеряемых параметров в электрические сигналы:

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

-    напряжения переменного тока;

-    напряжения постоянного тока (сигналы от термопар);

-    электрического сопротивления (сигналы от термопреобразователей сопротивления - ТСП).

На среднем уровне ИИС САУ ГТУ LM6000 измерительная информация о физических

параметрах по каналам связи поступает на входы измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) блоков управления двигателем, реализованных на базе комплексов измерительновычислительных вибрационного контроля и защиты серии 3500 фирмы «Bently Nevada Inc.», США (рег. № 51765-12); контроллеров измерительных программируемых MicroNet фирмы «Woodward», США (рег. № 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 и учета электрической энергии PM296 (рег. № 34868-07).

На верхнем уровне ИИС САУ ГТУ LM6000 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.

На АРМ оператора отображается информация, поступающая из ИИС САУ ГТУ LM6000, происходит архивирование полученной информации, представление ее в виде графиков с возможностью вывода на печать. Главный экран программы представляет собой мнемосхему, на которой отображены все измерительные подсистемы 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;

-    внутренняя система смазки и суфлирования ГТУ LM6000 PD, PF;

-    топливная система ГТУ LM6000 PD, PF, содержащая систему газового топлива ГТУ и систему жидкого топлива ГТУ;

-    система пожаротушения и пожарной сигнализации;

-    вспомогательная система КИП газотурбинного генератора;

-    система продувки газовой топливной системы;

-    система продувки двух топливной системы;

-    система повышения мощности SPRINT для снижения выбросов окислов NOx;

-    система гидроочистки турбины.

ИИС САУ ГТУ LM6000 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 LM6000 может работать как при взаимодействии с системой более высокого уровня, так и в автономном режиме при отсутствии или неработоспособности системы более высокого уровня.

Имеется возможность модульного наращивания ИИС САУ ГТУ LM6000 без изменения ее общей структуры, математического и программного обеспечения.

В системе внедрены принципы отказобезопасности и отказоустойчивости. В системе используется резервирование на уровне модулей ИВК и первичных измерительных преобразователей, линий связи и периферийных устройств.

ИИС САУ ГТУ LM6000 являются проектно-ориентированными - набор используемых измерительных каналов может варьироваться.

ИИС САУ ГТУ LM6000 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 Alestec 800, 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;

-    защиты, управления и контроля электрическими двигателями MCC типа SE GE Power Controls Sp.;

-    комплексами измерительно-вычислительными для мониторинга работающих механизмов BN-3500 «Bentley Nevada Inc.»;

-    агрегатом защиты ГТД LM6000 от достижения предельных параметров Jaquet T400 (надсистемным ограничителем по превышению частоты вращения, рег.№ 48944-12).

Датчики располагаются в местах контроля процесса и установки, а основные компоненты вторичной, электрической части ИИС САУ ГТУ LM6000 - в шкафах управления MTTB, MGTB и TCP. Шкафы MTTB, MGTB располагаются на открытой площадке и выполнены с подогревом, шкафы TCP (шкаф управления и распределительный) устанавливаются в помещении.

Опломбирование шкафов управления систем не предусмотрено.

Технические компоненты, блоки ИИС САУ ГТУ LM6000, предназначенные для совместной компоновки в общих стойках и корпусах, изготавливаются по группам исполнения, соответствующим рабочим условиям применения.

Программное обеспечение

Программными компонентами ИИС САУ ГТУ LM6000 являются системное программное обеспечение и общее прикладное программное обеспечение.

Системное программное обеспечение ИИС САУ ГТУ LM6000 представляет собой совокупность программного обеспечения ЭВМ, процессора и дополнительных программных средств, которые обеспечивают:

-    работу в диалоговом режиме с ИИС САУ ГТУ LM6000;

-    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.

Идентификационные 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

Состав и основные метрологические характеристики измерительных каналов систем приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 - Состав и метрологические характеристики ИК ИИС САУ ГТУ L

M6000, включающих датчик и вторичную часть ИК

Основные ха

Основные характеристики компонентов ИК систем

рактеристики ИК

Пределы допускаемой погрешности ИК (основной/ в рабочих условиях)

Пределы допускаемой основной погрешности ВИК

Тип датчика, пределы его допускаемой основной погрешности

Модуль

контроллера

MicroNet

Идентификатор

ИК

Наименование

ИК

Диапазоны

измерений

1

2

4

5

6

7

PT-6859A/B

PT-2363

Абсолют. давления от 0 до 689,6 кПа

PT-6860

PT-6861A/B

от 0 до 1034,4 кПа

PT-8025A/B PT-6804, PT-6814

Абсолют. давления от 0 до 4137,6 кПа

PT-2021A/B

PT-0029A/B

PT-0123A

PT-6026

PT-6121

PT-0121

ИК давления (абсолютного, избыточного) воздуха в нагнетателях, среды на входе турбин, жидкого и газового топлива, масла в емкостях и контурах

Избыт. давления от 0 до 689,6 кПа

модуль аналогового ввода 24/8 с входным аналоговым сигналом от 4 до 20 мА

PT-6122 PT-1021A/B PT-1022 PT-0040, PT-0049 PT-0183A/B

3051TG, 3051TA (рег. № 14061-15)

Y = ±0,04 %

Y = ±0,2/±1,45 %

от 0 до 1379,2 кПа

Y = ±0,16 %

PT-6012

PT-62582

от 0 до 5516,8 кПа

PT-2027A/B

PT-2139

от 0 до 8275 кПа

от 0 до 3448 кПа

PT-2508, PT-2509 PT-62585 PT-62586

PT-62587

от 0 до 2758 кПа

PT-6859A/B

PT-2363

Абсолют. давления от 0 до 689,6 кПа

от 0 до 1034,4 кПа

PT-8065 PT-8061A, B

ИК температуры масла, дренажа, жидкого топлива, в емкостях и контурах, металла составных частей ГТУ, воздуха в различных точках ГТУ

модуль аналогового ввода 24/8 с входным аналоговым сигналом от 4 до 20 мА c внешним преобразователем SCM7B34-1459

А = ±5,1/ ±7,1 °С (с ТСП кл.В)

А = ±3,0/ ±5,1 °С (с ТСП кл.А)

ТСП мод.0078 (рег. № 57540-14) кл. допуска А, В по ГОСТ 6651

от -53,9 до +648,9 °С

g = ±0,23 %

Примечания:

А - абсолютная погрешность, 5 - относительная погрешность, y - приведенная погрешность.

Для ИК температуры указана максимальная по диапазону абсолютная погрешность.

В таблице приведены максимальные диапазоны измерений физических параметров.

1) ИК оснащен магнитными датчиками XN25, XNSD на входе, его показания на дисплее ИИС САУ ГТУ LM6000 от 1 до 12000 об/мин с учетом коэффициента пересчета.

TE-64071 TE-64072 TE-64211 TE-64274 TE-68310A1, A2 TE-68311 TE-4001 TE-4021A1, A2 TE-4022A1, A2 TE-4023A1, A2 TE-4024A1, A2 TE-4025A1, A2 TE-4026A1, A2 TE-4028A1, A2 TE-4030A1, A2 TE-4031A1, A2 TE-4082A1, A2 TE-4083A1, A2 TE-4084A1, A2 TE-4085A1, A2 TE-4086A1, A2 TE-4093A1, A2 TE-0136A1, A2 TE-0138A1, A2

Далее в таблице 3 представлены состав и метрологические характеристики ИК ИИС САУ ГТУ LM6000, принимающих электрические сигналы от датчиков технологических параметров, при этом датчики в состав ИК не входят.

Таблица 3 - Состав и метрологические характеристики ИК ИИС САУ ГТУ LM6000, принимающих электрические сигналы от датчиков

Пределы допускаемой основной/ в рабочих условиях погрешности ИК, А - абсолютной;

_Y - приведенной_

Диапазон измерений (диапазон показаний на дисплее ИИС)

Идентификатор

ИК

Источник сигнала на входе ИК

Состав ИК

Тип ИК

1

2

3

4

5

ИК сигналов термопар (тип К)

TE-2140A, B TE-2141 TE-2143A, B TE-2144A, B TE-2216A, B TE-2217A, B TE-2218A, B TE-2579A, B TE-2580A, B TE-6838A, B, C, D TE-6843 TE-6844 TE-6845 TE-6846 TE-6847 TE-6848 TE-6849 TE-6850 TE-8039A1, A2 TE-8039B1, B2 TE-8045A, B, C, D TE-8045E, F, G, H

от -2,138 до +48,984 мВ (от -57 до +1204 °С)

Термопары производства GE Aerospace модуль аналогового ввода 24/8 с входным аналоговым сигналом от 4 до 20 мА c внешним преобразователем SCM7B47K-1458

g = ±0,47/±0,65 %

ИК сигналов термопреобразователей сопротивления (градуировка Pt100)

TE-0035A1, A2 TE-0036A1, A2 TE-0022A1, A2

TE-8021A1, A2

TE-8036A1, A2 от 79,91 до 345,28 Ом (от -51,1 до +700 °С)

g = ±0,23/±0,47 %

от 84,27 до 197,71 Ом (от -40 до +260 °С)

от 77,52 до 197,71 Ом (от -57 до +260 °С)

ТСП производства GE Aerospace модуль аналогового ввода 24/8 с входным аналоговым сигналом от 4 до 20 мА c внешним преобразователем SCM7B34-1459

По условиям эксплуатации ИИС САУ ГТУ LM6000 относятся к группе исполнения 3 по ГОСТ 22261-94.

Измерительные компоненты ИИС САУ ГТУ LM6000, 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 LM6000 моделей PD, PF, PF+, DF, Sprint типографским способом.

Комплектность

ИИС САУ ГТУ LM6000 входит в состав комплекта поставки газотурбинной установки типа LM6000. Комплектность ИИС САУ ГТУ LM6000 представлена в таблице 5.

Поверка

осуществляется по документу МП 201-022-2017 «Системы информационно-измерительные в составе САУ ГТУ LM6000 моделей PD, PF, PF+, DF, Sprint. Методика поверки», утвержденному ФГУП «ВНИИМС» 14 апреля 2017 г.

Основные средства поверки:

-    средства поверки в соответствии с нормативными документами на поверку датчиков, входящих в состав систем;

-    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;

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

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

Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик с требуемой точностью.

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке.

Сведения о методах измерений

приведены в эксплуатационном документе.

Нормативные документы, устанавливающие требования к системам информационноизмерительным в составе систем автоматического управления газотурбинной установкой (САУ ГТУ) LM6000 моделей PD, PF, PF+, DF, Sprint

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