Generazione sotto controllo

Nel processo di produzione di energia elettrica, uno dei componenti chiave è il Generatore Elettrico che opera in condizioni fisiche sempre più estreme: vibrazioni, campi elettromagnetici, elevate temperature, alti tassi di umidità, picchi di tensione che possono condizionare negativamente, talvolta in modo repentino ed improvviso, la vita di una macchina elettrica causando guasti anche di notevole entità fino alla rottura. Il danno economico derivante dal blocco di un generatore di energia elettrica è potenzialmente enorme: ai costi (e ai tempi) d’intervento e riparazione vanno infatti sommati i mancati guadagni dovuti alla quantità di energia non prodotta. Per queste ragioni, i costruttori di queste macchine sviluppano da anni soluzioni per tenere sotto controllo i parametri vitali dei generatori. Fino ad oggi, tuttavia, nessuno era riuscito a integrare in un unico strumento tutte le tecnologie necessarie ad eseguire una diagnostica coordinata e continuativa sui generatori. “A questo scopo Ansaldo Energia ha sviluppato il sistema Diagen®, che è il risultato di attività di ricerca e sviluppo orientate alle esigenze del mercato” spiega l’ing. Maria Paola Sacco, R&D Program Manager in Ansaldo Energia. “Le soluzioni precedentemente esistenti erano dedicate al monitoraggio di specifici componenti e grandezze del generatore e richiedevano l’intervento sul luogo di un tecnico specializzato per la raccolta dei dati e per la loro analisi. Diagen® provvede per la prima volta alla raccolta e all’analisi continua di una serie di informazioni provenienti da sensori dislocati nei punti maggiormente sensibili del generatore. In questo modo è possibile tenere sotto controllo in ogni momento lo stato di salute del generatore ed evidenziare possibili malfunzionamenti prima che possa verificarsi un blocco improvviso, e costoso della macchina”, spiega l’Ing.Gabriele Cresta della Sala Prove Macchine Elettriche di Ansaldo Energia. A partire da un primo esperimento in Pakistan, Ansaldo Energia ha sviluppato un prodotto completo che è stato testato in campo in un impianto a Ciclo Combinato in Italia. Oltre ad essere un produttore di primo rilievo di tecnologie per la generazione elettrica, Ansaldo Energia si propone sul mercato anche come OSPTM, Original Service Provider, cioè un fornitore di servizi di service su macchine realizzate da altri costruttori. “Diagen® si inserisce nella strategia OSPTM, infatti è una soluzione che può essere installata su tutti i generatori collegati a turbine a gas, a vapore o idrauliche di nuova costruzione, ma anche su impianti esistenti, indipendentemente da chi li abbia costruiti” precisa MariaPaola Sacco. CHECK-UP COMPLETO CON UN SOLO STRUMENTO Diagen® è composto da quattro moduli dedicati al monitoraggio delle parti vitali del generatore elettrico. Il primo, CORALB, controlla che nell’albero non si creino pericolose tensioni o correnti dovute alle asimmetrie del campo magnetico e alle cariche elettrostatiche. Inoltre, Coralb protegge i cuscinetti e le tenute di macchina dagli spike di tensione tramite appositi filtri capacitivi e realizza la messa a terra tramite contatti striscianti montati ad anello intorno all’albero. Queste funzionalità sono efficacemente attuate da una gruppo di rilevatori di corrente e tensione che trasmettono le informazioni raccolte a un’unità di controllo, la quale emette un allarme qualora i valori rilevati superino una determinata soglia. Un secondo modulo, TEMAV, è invece dedicato al controllo della tenuta meccanica e conseguentemente dielettrica degli avvolgimenti dello statore. Questa funzione è svolta da una serie di accelerometri che rilevano le vibrazioni. Trattandosi di un punto dove la tensione è particolarmente elevata, per ragioni di sicurezza si utilizzano sensori che trasmettono i segnali tramite fibra ottica. Naturalmente, anche l’unità di condizionamento del segnale è di tipo optoelettronico e genera una tensione in uscita direttamente proporzionale alle vibrazioni rilevate. Anche in questo caso dunque è possibile stabilire delle soglie oltre le quali la stazione di monitoraggio a cui arrivano i segnali genera un allarme. Il terzo modulo, CORTROT, si occupa di rilevare l’insorgenza di corti circuiti sugli avvolgimenti del rotore. Apposite sonde rilevano la variazione della densità del flusso radiale al passaggio dei denti del rotore. Siccome questi flussi sono proporzionali alla corrente di eccitazione, ma soprattutto simmetrici su denti diametralmente opposti rispetto all’asse interpolare, l’insorgere di una asimmetria è indice di corto circuiti tra le spire dell’avvolgimento rotorico di campo. Il quarto elemento, SCAPAR, è un dispositivo che serve a controllare la bontà dielettrica dell’isolamento degli avvolgimenti dello statore. Il controllo dell’isolamento viene effettuato confrontando nel tempo la distribuzione delle scariche parziali che si producono, ad esempio, tra le barre e il corpo dello statore. Il diagramma tridimensionale (Partial Discharge Amplitude Distribution), che descrive le scariche parziali in funzione della loro ampiezza e della fase, confrontato con analoghi diagrammi precedentemente acquisiti, consente di rilevare se ci sono stati dei cambiamenti nel tempo, indice inequivocabile di degrado insorto nell’isolamento dello statore. IL QUADRO ELETTRICO I segnali provenienti dalle sonde installate nel generatore entrano nel quadro montato sul basamento del generatore attraverso una serie di morsetti Clipline di Phoenix Contact. “I morsetti componibili Clipline ci hanno consentito di creare la perfetta combinazione di ingressi e uscite necessarie alla nostra applicazione, grazie al suo concept altamente modulare”, spiega Pietro Bruzzone, Responsabile del Laboratorio Strumentazione Diagnostica di Ansaldo Energia. Nel quadro del Diagen® ci sono ben quattro ‘piani’ di morsetti in grado di accogliere i segnali provenienti dai vari sensori montati nella macchina. Questi segnali vengono quindi consegnati alle unità di condizionamento che sono coordinate da un controllore real-time. Sul fronte del quadro sono presenti il monitor del Panel PC e una serie di connettori BNC che consentono di collegarsi in parallelo ai segnali gestiti dal Diagen®. A fornire energia ai componenti presenti nel quadro, con l’ausilio anche dei filtri di rete, provvede un alimentatore QuintPower di Phoenix Contact, che fornisce una corrente di 5 A con una tensione in uscita regolabile da 22,5 a 28,5 V. I Quint Power sono stati scelti per l’elevata qualità costruttiva che consente a Phoenix Contact di garantire per questi prodotti un MTBF (Mean Time Between Failure) superiore a 500.000 h. “Per questa ragione abbiamo scelto solo il meglio della componentistica offerta dal mercato. Con Phoenix Contact, Ansaldo Energia collabora da molto tempo con soddisfazione crescente. Scegliere i loro prodotti è stata la logica conseguenza di una valutazione basata sulla qualità dei prodotti e sulla comprovata validità del supporto tecnico e commerciale”, racconta Bruzzone. Ansaldo Energia ha utilizzato, per questa applicazione, anche dei relè d’interfaccia che servono per offrire al cliente la possibilità di mettere a punto allarmi legati al superamento delle soglie preimpostate. Dal catalogo prodotti “Automation” sono stati scelti i due componenti fondamentali per mettere in comunicazione il controllore real-time, il Panel PC che funge da interfaccia e la stazione di supervisione remota. Il primo componente è l’FL Switch SFN 4TX/FX, uno switch ethernet che offre 4 porte TP-RJ45, 1 porta in fibra ottica, 100 Mbps full duplex in formato ST-D, il riconoscimento automatico della velocità di trasmissione dati da 10 o 100 Mbps (RJ45) e la funzione autocrossing. Questo prodotto funge da hub di rete tra il controllore real time, il PC di interfaccia, la rete aziendale e l’eventuale laptop del manutentore. Per i generatori che si trovano in aree non servite da rete Lan, nel quadro è stato montato anche il modem analogico industriale PSI-data/fax-modem/RS232, che consente di trasferire i dati alla stazione di supervisione remota tramite la linea telefonica. Il modem offre un’interfaccia seriale RS-232 per il segnale in ingresso, separazione galvanica a 3 vie, ingresso/uscita allarme. In un prossimo futuro è allo studio la possibilità di testare delle soluzioni con degli access point wi-fi o dei modem GPRS, tutte soluzioni di Phoenix Contact. La partnership è dunque destinata a proseguire ed evolversi per ulteriori applicazioni. “In questo periodo stiamo utilizzando lo schema ingegneristico del Diagen® e quindi la componentistica Phoenix Contact anche per il sistema di acquisizione e misura della nostra sala prove”, ha ricordato Gabriele Cresta. I VANTAGGI DI DIAGEN® Una delle caratteristiche maggiormente innovative di Diagen® è che consente di eseguire le operazioni di monitoraggio da una stazione di supervisione remota. “Sfruttando questa possibilità, Ansaldo Energia è in grado quindi di offrire al cliente anche un supporto a distanza – diretto, rapido ed efficace – nelle operazioni di diagnostica e manutenzione”, prosegue Cresta. “Abbiamo sviluppato Diagen® per soddisfare l’esigenza sempre più sentita dai nostri clienti di tenere costantemente sotto controllo i parametri vitali del generatore che precedentemente potevano essere monitorati solo saltuariamente e in locale”, ricorda l’ing. Maria Paola Sacco. Il valore della diagnosi predittiva on-line consentita dall’installazione di Diagen® è dunque particolarmente significativo dal punto di vista economico, consentendo di ottenere contemporaneamente tre risultati: - Riduzione del rischio di fermo impianto per guasto, aumentando quindi affidabilità e disponibilità del Generatore Elettrico e dell’intero impianto - Possibilità di autonomia di gestione - Ottimizzazione dei costi operativi Diagen® è in grado di fornire segnali analogici e digitali postelaborati in uscita verso il DCS, offrendo quindi al Cliente l’ulteriore vantaggio di poter combinare l’analisi dei trend di questi parametri con quella relativa alle misure normalmente gestite dal DCS. “In tal modo è possibile realizzare una logica di allarme combinata e completa che tiene conto anche dei segnali che necessitano di condizionamento. E’ inoltre presente a bordo del Diagen® la funzionalità di OPC server”, spiega l’ing. Cresta. Diagen® è stato commercializzato nella seconda metà del 2008 e i primi riscontri ottenuti sul mercato sono stati molto positivi. PHOENIX CONTACT S.p.A. Via Bellini 39/41 20095 Cusano Milanino (MI) Tel. +39 (0)2 660591 Fax. + 39(0)2 66059500 info_it@phoenixcontact.com www.phoenixcontact.it