На начальном этапе внедрения газотурбинных установок управление ими на компрессорных станциях магистральных газопроводов имело двухступенчатую структуру. Первым пунктом управления отдельной газотурбинной установкой являлся местный щит агрегата, расположенный в машинном зале в непосредственной близости от агрегата. Второй — пункт управления несколькими установками (высший по иерархии) — размещался в помещении главного щита управления (ГЩУ) цеха. Основное рабочее место оператора, обслуживающего установку, находилось у местного щита.
Система управления, построенная по этому принципу, существует на большинстве компрессорных станции и поныне. Она позволяет оператору, находящемуся у местного щита, осуществлять автоматический пуск агрегата по заданной программе от одного командного импульса или управлять дистанционно отдельными узлами агрегата с помощью индивидуальных органов управления. В последнем случае последовательность пусковых операций и временные интервалы между ними могут определяться обслуживающим персоналом, однако нарушения установленной последовательности, способные привести к аварийной ситуации, исключаются соответствующими блокировочными связями в системе управления.
Необходимая оператору для пуска и эксплуатации агрегата информация обеспечивается установленными на местном щите контрольно-измерительными приборами и системой сигнализации следующего назначения. Технологическая (или режимная) сигнализация отображает положение отдельных узлов или устройств агрегата («Открыт» — «Закрыт», «Включен» — «Выключен»), а также всего агрегата в целом («Готов к пуску», «Идет пуск», «Агрегат в работе» и т. д.). Предупреждающая сигнализация оповещает оператора о выходе одного из контролируемых параметров (и какого именно) за пределы нормы. Аварийная сигнализация расшифровывает причину автоматической экстренной остановки агрегата.
Контрольно-измерительная аппаратура, размещенная на местном щите, позволяет оператору следить за всеми существенными параметрами агрегата. Для регистрации наиболее важных из них, таких, как температура газа перед турбиной и температура подшипников агрегата, используются самопишущие приборы. Однако большинство параметров контролируется простыми показывающими приборами, и оператор вынужден сам заносить значения этих параметров в суточную ведомость.
Следует отметить, что часть приборов контроля располагается не на местном щите, а в других удобных местах. Объясняется это прежде всего тем, что газотурбинная установка имеет большое число контролируемых параметров и размещение всех приборов на одном щите затруднило бы действия оператора. Поэтому те приборы, которые служат для контроля второстепенных параметров и не требуют постоянного наблюдения или регистрации их показаний, размещаются отдельно. Кроме того, предпочтительно размещать гидравлические и электрические приборы раздельно. Например, основные приборы для измерения давления масла в системе регулирования и смазки находятся на передней панели блока регулирующих устройств, непосредственно у мест отбора импульсов.
Вторая ступень управления — ГЩУ — имеет в описываемой структуре более ограниченные функции. Обычно этот щит строится поагрегатно, т. е. из отдельных панелей, на каждой из которых сосредоточена аппаратура, относящаяся к одному агрегату. Функции управления, осуществляемые с агрегатной панели ГЩУ, ограничиваются дублированием операций автоматического пуска, нормальной и аварийной остановки и управления режимом работающего агрегата путем воздействия на задатчик регулятора скорости. В, соответствии с этими функциями объем информации, поступающей на агрегатную панель, ограничен технологической сигнализацией о состоянии собственно агрегата («Готов к пуску», «Агрегат в работе» и т. д.) и обобщенными, без расшифровки, предупреждающим и аварийным сигналами. Информация о состояний отдельных узлов газотурбинной установки типа «Открыт» — «Закрыт» сохранена только для кранов технологической обвязки нагнетателя и для задатчика регулятора скорости.
Установленные на агрегатной панели ГЩУ контрольно-измерительные приборы позволяют контролировать пять наиболее важных параметров, характеризующих режим газотурбинной установки: температуру газа перед турбиной высокого давления, скорости вращения валов турбин высокого и низкого давления и давление газа до и после нагнетателя.
Еще раз подчеркнем, что рассматриваемая двухступенчатая структура управления предполагает практически постоянное присутствие обслуживающего персонала в машинном зале у агрегата. Такое решение было естественным и, по всей видимости, единственно правильным для начального этапа внедрения газовых турбин и систем управления ими. Отсутствие необходимого опыта не только в создании систем управления газотурбинными установками, но и в их эксплуатации не позволяло с достаточной степенью уверенности положиться на систему автоматического управления и заставляло значительную долю ответственности за управление агрегатом возложить на человека. Для этого ему предоставлялись необходимые средства контроля и управления и рабочее место около агрегата.
Описанная система управления в значительной степени помогла преодолеть трудности пусконаладочного периода, обеспечить эксплуатацию агрегатов и накопить необходимый производственный опыт на таких крупных магистралях, как газопроводы Бухара — Урал и Средняя Азия — Центр. Однако именно на этих газопроводах со всей очевидностью начали выявляться и недостатки цеховой двухступенчатой структуры управления. Неблагоприятные климатические условия сказываются на обстановке в машинном зале. Сочетание высокой температуры воздуха, сохраняющейся в районах газопроводов большую часть года, со значительными тепловыделениями от самих работающих газовых турбин приводит к тому, что температура в машинном зале достигает 50° С, а внутри щитов, где установлены приборы и аппаратура, еще более высоких значений. В этих условиях работа автоматической аппаратуры, особенно полупроводниковой и контрольно-измерительной, становится неустойчивой, значительно увеличивается число ложных срабатываний и отказов.
Такой температурным режим является очень тяжелым и для обслуживающего персонала, положение осложняется также и относительно высоким, лежащим вблизи границы санитарных норм уровнем шума в машинном зале. Эти обстоятельства привели к тому, что по мере накопления опыта эксплуатации и возрастания доверия к системе автоматики, в первую очередь к системе защиты, доказавшей свою достаточно высокую надежность и оказавшейся значительно более оперативной и «внимательной», чем человек, обслуживающий персонал начал постепенно уходить из машинного зала, ограничиваясь лишь периодическим осмотром агрегата и регистрацией необходимых параметров в суточной ведомости.
Однако сама суточная ведомость, ради заполнения которой приходится лишний раз заходить в машинный зал, становится при этом несколько менее достоверным документом, так как объективность записей в ней определяется главным образом добросовестностью машиниста, а также его квалификацией. В то же время нельзя недооценивать значения суточных ведомостей. Содержащийся в них материал после соответствующей обработки и анализа может быть использован для прогнозирования объема и характера ремонтных работ, а также для оптимального распределения нагрузки между агрегатами и правильной организации равномерной выработки ресурса.
Важную роль при оценке цеховой двухступенчатой системы управления играет то обстоятельство, что размещение рабочего места оператора у агрегата и тяжелые климатические условия, в которых работают приборы, вызывают необходимость содержать в смене достаточно большое количество обслуживающего персонала. Однако набор кадров для газопроводов, протянувшихся по труднодоступным, необжитым районам, связан с большими трудностями. Постоянные трудности в создании стабильного и квалифицированного коллектива операторов компрессорных станций и тенденция к уменьшению эксплуатационных расходов за счет сокращения штатов, а также невозможность обеспечить в машинном зале нормальные условия работы для людей и автоматического оборудования послужили причиной для постановки задачи о перестройке системы управления. Цель перестройки — перенести основной пост управления из машинного зала в ГЩУ.
Как уже указывалось, основанием для постановки такой задачи послужили накопленный опыт эксплуатации как самих газотурбинных агрегатов, так и систем управления ими и возросшее доверие к их надежности. Немаловажную роль при этом играет также развитие приборостроительной промышленности, освоившей за последние годы выпуск ряда важных приборов и средств автоматики. Но наиболее, пожалуй, важным фактором, определяющим необходимость решения указанной задачи, является быстрое развитие в нашей стране сети магистральных газопроводов, их объединение в общую систему и появление в связи с этим большого числа многоцеховых компрессорных станций.
Необходимость создания унифицированной системы управления газопроводами требует повышения уровня автоматизации в компрессорном цехе и использования соответствующей системы сбора и обработки информации. Таким образом, речь идет не просто о переносе щитов управления и контрольно-измерительных приборов из машинного зала в ГЩУ, а о создании новой системы централизованного контроля и управления для компрессорного цеха (СЦКУ), которая должна явиться низшей ступенью управления газопроводом.
При создании современных СЦКУ для компрессорных цехов с газотурбинными агрегатами целесообразно сохранить поагрегатно принцип построения систем управления. В ГЩУ компрессорного цеха, представляющем собой обычно отдельное помещение между двумя машинными залами, размещаются отдельные для каждого агрегата панели управления (агрегатные панели), расположенные в ряд или полукругом. В зависимости от числа машин количество агрегатных панелей может достигать 12. Сокращение численности обслуживающего персонала требует строгого отбора необходимого минимума органов управления и сигнальных устройств, которые должны быть размещены на агрегатной панели. При Осуществлении такого отбора необходимо учитывать, во-первых, основные требования эргономики, в соответствии с которыми информационные сигналы должны появляться лишь тогда, когда в них возникает необходимость, а количество их должно быть минимальным в связи с ограниченной пропускной способностью оператора, и, во-вторых, наличие определенного психологического барьера, который необходимо преодолеть при переходе от старых форм управления к новым.
Исходя из эргономических соображений, расположенные в ГЩУ агрегатные панели было бы целесообразно выполнить по принципу «темного щита», на котором при нормальном протекании процесса эксплуатации отсутствуют какие-либо сигналы, кроме сигналов типа «Готов к пуску», «Агрегат в работе» или «Неисправность». Однако более детальное обсуждение этого вопроса с учетом реальных условий, существующих на компрессорной станции, показывает, что больший психологический комфорт для оператора обеспечивается, если на агрегатной панели будет сохранена мнемосхема агрегата с индикацией положения наиболее ответственных узлов. В первую очередь это относится к указателям положения технологических кранов, что связано, по всей видимости, с недостаточно высокой надежностью самих кранов и их конечных выключателей, а также к сигнальным лампам маслонасосов.
Определенные трудности возникают при выяснении необходимости и целесообразности сохранят!» на агрегатной панели ключи дистанционного управления отдельными узлами и механизмами агрегата. При решении этого вопроса приходится учитывать труднообъяснимую тенденцию обслуживающего персонала станций ограничиваться пооперационным пуском агрегата, не добиваясь полного освоения всех возможностей системы управления. С другой стороны, целесообразно сохранить в руках оператора какой-то механизм, позволяющий ему проверять работоспособность и правильность взаимодействия отдельных узлов агрегата и элементов схемы управления. В настоящее время наиболее рациональным считается не устанавливать на агрегатной панели ключей управления отдельными механизмами. Но для проверки работоспособности схемы управления и узлов агрегата, что важно после ревизий, ремонтов и длительных стоянок, предусматриваются две новые функции системы управления.
- Ускоренная имитация пуска, позволяющая проверить выполнение алгоритма управления и работоспособность почти всех узлов агрегата, не подавая пускового газа на турбодетандер и не зажигая факела в камере сгорания.
- Поэтапный пуск агрегата по программе автоматического пуска, позволяющий оператору задать заранее, до какого этапа будет выполнена программа автоматического пуска после нажатия кнопки «Автоматический пуск».
Таким образом, в дальнейшем на агрегатной панели каждого агрегата будут размещаться мнемосхема со световыми символами положения технологических кранов обвязки турбины и нагнетателя, кнопки (или ключи) управления автоматическим пуском, нормальной и аварийной остановкой, задатчиком регулятора скорости и двигателями маслонасосов, а также расшифровывающие световые табло предупреждающей и аварийной сигнализации и табло режимной сигнализации по агрегату.
В функции агрегатной системы управления входит также связь с пунктами управления высших ступеней, осуществляемая через станционный пункт управления (СПУ) или диспетчерский пункт (ДП). Агрегатная система управления передает на СПУ сигналы о состоянии агрегата, обобщенные, предупреждающие и аварийный сигналы и информацию о положении задатчика регулятора скорости. Из СПУ в систему управления агрегатом могут поступать командные сигналы для осуществления автоматического пуска, нормальной или аварийной остановки, а также для изменения режима агрегата.
