HSF-AIN.HO2-300.V A02

Transkript

1 Forprosjektrapport Styresystem Generator 2 Hålandsfossen HSF-AIN.HO2-300.V A02 Kjell Johnny Kvamme Kristian Mo Elisabeth B. Solheim Prosjektnettstad:

2 TITTEL 1. REFRERANSESIDE Forprosjektrapport Styresystem Generator 2 Hålandsfossen RAPPORTN R. DATO HSF-AIN.HO2-300.V A02 PROSJEKTTITTEL TILGJENGE TAL SIDER Styresystem Generator 2 Hålandsfoss Open 14 FORFATTARAR ANSVARLEGE RETTLEIARAR Kjell Johnny Kvamme Prosjektleiar Kristian Mo Elisabeth B. Solheim OPPDRAGSGJEVAR SAMANDRAG HELLENES AS Marcin Fojcik Joar Sande STYRINGSGRUPPE Eli Nummedal Prosjektansvarlig Marcin Fojcik Joar Sande Geir Brattheim Oppdragsgivar Dette prosjektet er bacheloroppgåva vår som avgangsstudentar ved HSF avdeling for Ingeniør- og naturfag. Prosjektet er eit samarbeid mellom prosjektgruppa og Hellenes As. Sunnfjord Energi As ønskjer å modernisere styresystema i Hålandsfossen Kraftstasjon med moderne automasjonsteknikk. I første omgang er det generator 2 som skal moderniserast. Hellenes har fått jobben med å oppgradere generatoren. Vi i studentgruppa skal i samarbeid med dei utarbeide funksjonsbeskriving, handtering av alarmar og signal. Vi skal lage eit PLS-program til styringa, basert på funksjonsbeskrivinga vi har laga. Programmet som skal nyttast i stasjonen vil Hellenes sjølv lage, da dei skal vere ansvarlige for det. Vi skal også lage HMI. Vi har sett litt på miljøaspektet ved vasskraft og kva denne oppgraderinga kan gje av miljøgevinst. Rapporten inneheld problemstilling, prosjektadministrasjon, miljø, mål og budsjett. EMNEORD PLS, Synkrongenerator, HMI, Vasskraft, Miljø. Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 2 av 14

3 2. INNHALDSLISTE 1. REFRERANSESIDE INNHALDSLISTE SAMANDRAG INNLEIING ORGANISERING PROSJEKTGRUPPA STYRINGSGRUPPA ARBEIDSMETODAR PROBLEMSTILLING OM HÅLANDSFOSSEN PROBLEMSTILLING AVGRENSING VAL AV LØYSINGAR FUNKSJONSBESKRIVING PROSJEKTADMINISTRASJON FRAMDRIFTSPLAN RESSURSAR MØTE DOKUMETSTYRING SVN NETTSIDE MILJØ MÅL HOVUDMÅL DELMÅL BUDSJETT REFERANSELISTEER KJELDER FIGURAR TABELLAR VEDLEGG Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 3 av 14

4 3. SAMANDRAG Dette prosjektet er bacheloroppgåva vår som avgangsstudentar ved HSF avdeling for Ingeniørfag. Hålandsfossen Kraftstasjon er eit vasskraftverk i Fjaler kommune. Stasjonen vart første gong satt i drift i 1918 og består i dag etter tre oppgraderingar ev to generatorar på til saman 5,7MVA. Det eldste aggregatet, G1 har styring basert på analoge instrument og relé. Generator 2 har PLS-styring, men denne fungerer lite tilfredstillande. Sunnfjord Energi As (heretter SEAS) ønskjer å modernisere styresystema med moderne automasjonsteknikk. I første omgang er det G2 som skal moderniserast då G1 er ein mykje meir omfattande jobb. Maskina skal parallellkøyrast mot spenningsatt nett. Styringa skal vere fullautomatisert med automatisk start, innfasing og stopp. Stasjonen skal òg kunne fjernstyrast frå SEAS sin driftssentral lokalisert i Førde. Hellenes har fått jobben med å oppgradere generator 2. Vi i studentgruppa skal i samarbeid med dei utarbeide funksjonsbeskriving, handtering av alarmar og signal. Vi skal lage eit PLS-program til styringa, basert på funksjonsbeskrivinga vi har laga. Programmet som skal nyttast i stasjonen vil Hellenes sjølv lage, da dei skal vere ansvarlige for det. Vi skal også lage HMI. Vi har sett litt på miljøaspektet ved vasskraft og kva denne oppgraderinga kan gje av miljøgevinst. I dette tilfellet vil gevinsten ligge i spart bil køyring sidan vatnet her vert magasinert og kan nyttast seinare. Vi oppretta ei nettside til prosjektet, her legg vi ut nyhender, dokument og bilde frå prosjektet. Til å styre framdrifta i prosjektet nyttar vi MS Project. Vi har satt opp ein server med SNV for dokumentstyring. Som hjelpemiddel til å kartlegge framgang og fordele arbeid, har vi satt opp møte kvar veke i prosjektgruppa. I tillegg er det møte i styringsgruppa som er det overordna styringsorganet til prosjektet annakvar veke. Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 4 av 14

5 4. INNLEIING I siste semesteret av ingeniørutdanninga skal alle gjennomføre eit hovudprosjekt eller ei bachelor-oppgåve. Det omfattar 20 studiepoeng og blir normalt gjennomført i grupper på 2 til 4 studentar. Prosjektet skal vere praktisk og det blir lagt opp til samarbeid med lokale verksemder. Det skal helst vere eit utviklings-/ forskingsprosjekt der gruppa sjølv skal ende opp med eit fysisk produkt. Gruppesamarbeid, dokumentasjon og kvalitetssikring av resultatet blir lagt stor vekt på. Elles omfattar prosjektet planlegging, kostnadsoverslag, tilegning av kunnskap, prosjektering, undersøkingar og sjølve utviklinga av produktet(1). Prosjektgruppa består av Kjell Johnny Kvamme, Kristian Mo og Elisabeth B. Solheim. Vi har gjennom SEAS funne eit passande prosjekt, men det er Hellenes AS vi skal samarbeide med og som er oppdragsgjevar. SEAS har som kunde bestilt ein leveranse frå Hellenes AS med avtale om at vi skal ha delar av denne leveransen som hovudprosjekt ved HSF. Styringsgruppa består av rettleiarar Eli Nummedal, Marcin Fojcik og Joar Sande, representant frå oppdragsgjevar er Geir Brattheim. Styringsgruppa har godkjent dette som eit hovudprosjekt, med tanke på omfang og relevansen til utdanninga. Vi trur dette blir eit spennande prosjekt der vi både får bruke ein del av tidlegare erfaring/læring og i stor grad får nye utfordringar. Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 5 av 14

6 5. ORGANISERING Figur 1 Organisasjonskart. 5.1 PROSJEKTGRUPPA Prosjektgruppa består av tre avgangsstudentar ved HSF-AIN våren 09. Kjell Johnny Kvamme er gruppas prosjektleiar og har ansvar for at arbeidsoppgåvene vert fordelt mellom medlemmane, kalle inn til og skrive referat frå møter, og syte for at ein held framdrift etter oppsett plan. Elisabeth B. Solheim har ansvar for publisering av nyhender på nettsida til prosjektet. 5.2 STYRINGSGRUPPA Styringsgruppa har det overordna ansvaret, og er det organet som tar dei viktige avgjerdene i prosjektet. Gruppa består av prosjektansvarlig Eli Nummedal, rettleiarane Marcin Fojcik og Joar Sande, alle frå HSF og Geir Brattheim frå oppdragsgivar Hellenes AS. Olav Sande skal etter avtale fungere som rettleiar men vil ikkje sitte i styringsgruppa. 5.3 ARBEIDSMETODAR Dette studentprosjektet er ein del av eit kommersielt prosjekt som skal gjennomførast. Vi har fått ansvaret for delar av prosjektet. Vi vil ha eit tett samarbeid med Hellenes gjennom E-post og møter. Vi vil jobbe sjølvstendig med oppgåvene, men Hellenes vil legge retningslinjer for korleis dei ønskjer produktet. Vi vil og ha dialog med kunde, SEAS, for å kartlegge ønskjer og behov til produktet. Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 6 av 14

7 6. PROBLEMSTILLING 6.1 OM HÅLANDSFOSSEN Hålandsfossen Kraftstasjon er eit vasskraftverk i Fjaler kommune. Kraftstasjonen nyttar vatn som er oppmagasinert i Strandavatnet til produksjon av elektrisk energi. Stasjonen vart første gong satt i drift i 1918 med ei maskin på 385 KVA. I 1955 vart denne tatt ut av drift og ein ny generator, G2, på 1.9 MVA vart sett i drift. SEAS bygde i 1996 tredje byggetrinn i Hålandsfossen den nye generator 2. Gamle G2 frå 1955 fekk namnet G1. Opphavleg var det ein open kanal som førte fram vatnet til den første maskina. Til installasjonen i 1955 vart det skote ein tunnel i fjellet nesten heilt fram med rørgate siste biten. Det er ein vinkel på rørgata rett over stasjonen der det er innstøypt eit bokserør. Her er det to uttak, der det eine uttaket var tiltenkt den eldste maskina. Dette vart først tatt i brukt i 1996 til dagens G2. Generatoren er ein synkrongenerator på 3.8MVA med nominell spenning 5.25kV Kraftstasjonen har ei fallhøgde på ca. 60m og ein total installert effekt 5.7 MW (pga. store tap i rør er maks effekt 4.6 MW). Begge aggregata har nominell systemspenning 5.25 kv. Kraftstasjonen leverer energien ut på distribusjons- og regionalnettet. Midlere årsproduksjon er 19 GWh, som tilsvarar forbruket til ca. 950 husstandar. I Hålandsfossen er det òg transformatorstasjon med transformering 66 kv/22 kv. Det gamle aggregatet G1 har styring basert på analoge instrument og relé. Den nye generatoren G2 har PLS-styring som fungerer lite tilfredstillande. Auto mode fungerer ikkje, all kjøring må gjerast manuelt. Det er og eit problem at maskina er ustabil og fell ut av nettet. SEAS har problem med service på anlegget da leverandøren ikkje eksisterer i dag. 6.2 PROBLEMSTILLING Sunnfjord Energi As ønskjer å modernisere styresystema med moderne automasjonsteknikk. I første omgang er det G2 som skal moderniserast då G1 er ein mykje meir omfattande jobb. Maskina skal berre parallellkøyrast mot spenningsatt nett. Styringa skal vere fullautomatisert med automatisk start, innfasing og stopp. Stasjonen skal òg kunne fjernstyrast frå Sunnfjord Energi sin driftssentral lokalisert i Førde. I utgangspunktet skal ikkje nokre av komponentane rundt den eksisterande PLS-styringa utskiftast. Hellenes har fått tilslag på sitt tilbod på oppgradering av styresystema. Vi i studentgruppa skal i samarbeid med Hellenes utarbeide funksjonsbeskriving, handtering av alarmar, signal og HMI. 6.3 AVGRENSING Hellenes AS skal levere anlegget og stå ansvarlige for det i ein garantiperiode. Val av komponentar, HMI ol er bestemt av Hellenes og vi skal ikkje levere PLS programmet som skal i drift i stasjonen. For eiga læring vil vi lage eit PLS program parallelt med Hellenes. Det vil gje oss kunnskap i å programmere ut i frå ein plan(funksjonsbeskriving) og utvikle testmetodar. Vi skal heller ikkje lage dokumentasjon til Hellenes sitt PLS program. Under igangsettinga skal vi være med nokre dagar for å sjå korleis ei igangsetting fungerer men skal ikkje montere noko. Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 7 av 14

8 6.4 VAL AV LØYSINGAR Vi bruker Hellenes sine løysningar for laging av HMI og funksjonsbeskriving. For utvikling av eige PLS program har vi 2 muligheiter. Hellenes bruker Moeller PLS'ar, og om vi ønskjer får vi tilgang til utviklarprogramvare får vi det med dei. Frå undervisninga har vi erfaring med Siemens PLS ar. Siemens har den fordelen at det er med simulator i utviklarverktøyet. Ein kan teste programmet utan å måtte kople opp ein PLS med inngangar og utgangar. Vi har ikkje testa Moeller sin programvare for PLS programmering endå men viss den er god held vi døra åpen for å bruke denne til vårt eiga program. Foreløpig reknar vi med å bruke Siemens. 6.5 FUNKSJONSBESKRIVING Vi har skrive ei enkel funksjonsbeskriving for styringa. Denne er vedlagt som vedlegg 2. I hovuddelen av prosjektet skal vi jobbe vidare med denne. Det vi har gjort til no er å beskrive prosessen, delt opp anlegget i objekt og sette opp lister med IO til dei respektive objekta. Vedlegg 2 Funksjonsbeskriving er unnatatt offentligheit og er derfor ikkje publisert på nettsida. 7. PROSJEKTADMINISTRASJON 7.1 FRAMDRIFTSPLAN Vi skal i første del av hovudprosjektperioden jobbe vidare med funksjonsbeskrivinga iht. korleis kunde og oppdragsgivar ønskjer styringa. Vidare skal vi lage forslag til gruppering av signal og alarmhandtering til driftssentral, delta i utviklinga av HMI systema og idriftssetting av anlegget. For egen lærenytte og tilføye prosjektet meir kompleksitet vil vi lage eit PLS program ut frå funksjonsbeskrivinga vi har laga. Vi nyttar MS Project som er eit prosjektstyringsverktøy frå Microsoft. Programmet er blant dei mest brukte for mindre prosjekt i verda. For større prosjekt finst det meir avanserte spesialtilpassa system. For detaljert framdriftsplan, sjå vedlagt GANT-skjema, vedlegg 1. Milepælar i prosjektet Levere forprosjektrapport Funksjonsbeskriving og alarmhandtering HMI PLS program Igangsetting / Testing Levere hovudprosjektrapport Presentasjon Nettside og plakat. Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 8 av 14

9 7.2 RESSURSAR Figur 2 Vegleiande timeplan. Det er gitt eit rettleiande timeforbruk per student på 500 timar. Dette er rettleiande og vi vil legge meir vekt på ferdig produkt enn nytta timar. Elisabeth har utplassering onsdag og torsdag, og Kristian har matte heile torsdag, vi har derfor valt å jobbe med prosjektet måndag, tysdag og fredag. For å halde kontroll på bruk av ressursar har vi laga eit skjema på Google Docs der vi registrerer timar. Vi har lagt inn postar vi skal registrere timane på slik av ein har kontroll på kor mange timar som er nytta til dei ulike delprosjekta. Utskrift av oversiktssida i dette skjemaet kan ein laste ned frå prosjektets nettside under Internt (passordbeskytta). 7.3 MØTE Vi har satt opp møte i styringsgruppa annankvar onsdag. Sidan Geir Brattheim frå oppdragsgivar reiser ein del i jobben er det ikkje sikkert at han kan møte, derfor er planen rettleiande og kan tilpassast etter behov. Kvar tysdag er det satt opp møte i prosjektgruppa. Vi reknar med å bruke desse møta til å planlegge arbeidet godt den neste veka. Prosjektleiar kallar inn til og skriv referat etter alle møter. Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 9 av 14

10 7.4 DOKUMETSTYRING Når ein i ei prosjektgruppe jobbar på same dokument er det problematisk med tanke på overskriving og at tekst fell bort. Vi har valt to løysingar for dette. Til tekstdokument som dette har vi oppretta ei mappe på Google Docs som vi delar. Med denne tenesta kan vi online sitte å skrive og redigere på same dokumentet. Systemet virke slik at det ein til ei kvar tid skriv, vert oppdatert i vinduet som dei andre ser. Slik vil ikkje tekst bli sletta eller ting skrive dobbelt. Tenesta har avgrensingar i forhold til MS Word, så vi må eksportere dokumentet til eit Worddokument for å sette inn figurar ol. Tenesta støttar bare tekstdokument og rekneark. Andre filtypar vi jobbar med i prosjektet som tekniske teikningar, programfiler osv. kan ein ikkje legge opp på Google Docs. Vi har derfor valt ei SVN teneste til alle andre filer og dokument SVN SVN er ei teneste for versjonkontroll. Tenesta vert installert på ein server og ein installerar klientar på datamaskinene som skal ha tilgang til området. Ein lagar ei mappe lokalt på klientmaskinene som ein ønskjer å synkronisere med området på serveren med. Når ein har lagt til ei ny fil i mappa vel ein med klienten å oversende (oppdatere) til området på serveren. Neste gang dei andre i gruppa trykker oppdater vil dei få dokumentet i si mappe lokalt på maskina si. Tenesta er eigentleg utvikla for binære filer (ascii). På desse filene kan ein jobbe med same filer og systemet vil flette dei saman når det er ulike versjonar av same dokument. Sidan vi vil jobbe med mange ikkje binære filer vil vi nytte ein anna funksjon i SVN. Når ein person skal jobbe på ei fil låser vedkommande fila, då er det ikkje mulig for andre å gjere endringar på den. Dette vil sikre at det ikkje vert gjort overskrivingar. For at dette skal fungere er det ei forutsetting at ein oppdaterer mappa og låser filene ein skal jobbe på før ein begynner å gjere endringar i dei. Vi sette opp ei av maskinene vi hadde tilgjenglig med Linux Debian og installerte subversion som følgjer med operativsystemet. På klientmaskinene installerte vi TortoiseSVN. Dette klientprogrammet legg seg til i menyen ein får når ein høgreklikkar i Windows Utforskar. Alle desse programma er gratis lisensiert under GNU General Public License. Som ein ser av skjermutklippet under, viser ikona under status på filene. Ei fil som er i samsvar med den som ligg på serveren har ein grøn V, medan dei filene som er endra på og versjonen lokalt på maskina er ulik den på serveren vert det eit raudt utroppsteikn. Ei låst fil får ein hengelås for å indikere dette. Når ein er ferdig å jobbe med filene trykker ein SVN Commit og klienten legg dei nye / oppdaterte filene opp på serveren, frigir låsen, og markerer dei grøne. Serveren har og eit web-grensesnitt. Om ein ikkje har tilgang til datamaskin med klienten installert kan ein logge seg på nettsida og laste ned filene som ligg på serveren. Her er det ikkje muligheit å laste opp filer, så ein må ta vare på filene for å seinare legge dei opp med klient. Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 10 av 14

11 Figur 3 TortoiseSVN klient i Windows Vista. 7.5 NETTSIDE Prosjektet har eiga nettside. Vi har nytta WordPress som plattform for sida. For å bruke dette publiseringsverktøyet må ein ha tilgang til MySQL. Det var det ikkje på serveren som vanlegvis er nytta til studentnettsider ved HSF. Vi fekk IT-avdelinga ved skulen til å sette opp ei Linux maskin med Apache webserver og MySQL. Vi fant eit theme på nettet som hadde vatn som tema og har grøn og blå fargar. Dette synest vi passar godt til oppgåva; vasskraft = grøn energi. Themet er lisensiert under GNU General Public Lisence, det vil sei ein kan gjere endringar i det så lenge opphavet vert kreditert. Vi har endra ein del på kjeldefilene for å tilpasse themet slik vi ønskte utsjånaden på sida. Vi nyttar nettsida til å presentere oss sjølve og prosjektet. Her legg vi jamleg ut nyhender, dokument og bilde frå prosjektarbeidet. Sida skal vere ein stad bedriftene, rettleiarar og andre kan følgje oss medan arbeidet skrider fram. For styringsgruppa har vi òg laga ei passordbeskytta side der vi legg ut møtereferat og timeregistrering. Adressa til sida er Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 11 av 14

12 8. MILJØ Miljøeffekten ved utbetringa til generator 2 vil sannsynlegvis verta mindre bilkøyring til/frå anlegget. Kraftstasjonen får vatnet frå Strandavatnet som fungerer som magasin. Det er derfor ikkje dei store vassmengdene som går til spille. Men det vatnet som ikkje vert nytta til produksjon vert erstatta av "skitnare" energiproduksjon som kullkraft. Dette er eit tema som er svært viktig og mykje omtalt i dagens samfunn, derfor vil vi nytte anledninga til understreke fordelen med grøn energi. Til samanlikning er utsleppet av CO2 ved forbrenning av kull til energiproduksjon, 356 gram CO2 / kwh og ved forbrenning av naturgass, 186 gram CO2 / kwh(2). Vasskraft står for nesten all kraftproduksjon på fastlandet i Noreg, så dette utgjer stor forskjell i utslepp om ein ser på tala ovanfor(3). No tildags er det ofte tilpassing av tapping/fylling av magasinet til dei gjeldande utfordringane i magasinet, for eksempel kan strategien væra rask oppfylling om våren, stabil høg vasstand om sommaren, ikkje nedtapping under visse grenser i bestemte tidsperiodar av året, ikkje for raske variasjonar i vasstanden m.m.(4) Om ein set opp at det er utrykking til stasjonen ein gong i veka, og at stoppen varer i 2 timar får vi miljøreknestykket under. Sidan dette er eit magasinkraftverk vert ikkje tap av vatn så reelt, men i eit elvekraftverk ville dette vert ei aktuell problemstilling. Vi sett likevel opp reknestykket som eit eksempel: Bil kjøring t/r Øvre Svult. Hålandsfossen 52 x 84km x 215gCO 2 / km 1 0,939 tonn CO 2 / år Ikkje produsert energi erstatta av kullkraft 52 x 2t x 3,61MW x 356g CO 2 /kwh 133 tonn CO 2 / år. Totalt utslepp CO 2 per år 134 tonn. Vi understrekar at dette er eit eksempel og at vi ikkje har grunnlag for å sei kor mykje bilkjøring og tap i produksjon som kjem av dagens styring i Hålandsfossen. Men vi håpar moderniseringa vil føre til mindre bilkjøring og at vatnet vert utnytta enda betre. 9. MÅL 9.1 HOVUDMÅL Hovudmålet er i samarbeid med Hellenes AS å levere eit robust styresystem for driftssikker, økonomisk og miljøvennleg styring av generator 2 i Hålandsfossen. 9.2 DELMÅL Funksjonsbeskriving Beskriving av signal- og alarmhandtering HMI Bilete PLS program Vurdering av økonomisk og miljø gevinst Prosjektrapportar og dokumentasjon. Internettside og plakat 1 Bil som forbrenn 0,8 l diesel / km (2). Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 12 av 14

13 10. BUDSJETT Dei einaste utgiftene vi reknar med å ha er transport under igangsettinga, elles er all programvare og maskinvare dekka inn gjennom kontrakt mellom Hellenes og SEAS. Dette er ikkje ein del av vår prosjektoppgåve. Vi skal delta på igangkjøringa og testing av generatoren med den nye styringa. Vi reknar med at det vert 3 turar tur retur Førde Hålandsfossen. Det er ikkje avklart kven som skal dekke desse kostnadane. Tabell 1 Reisebudsjett. Turar Til - Frå Dist. (kvar Kr/km Sum 3 Førde - Hålandsfossen veg) ,5 1247,4 Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 13 av 14

14 11. REFERANSELISTEER 11.1 KJELDER 1. HSF. Studiehandbok. [Internett] [Sitert: ] 2. Teknisk Ukeblad, Energlink. [Internett] [Sitert: 4 Februar 2009.] energilink.tu.no. 3. Bellona. [Internett] [Sitert: ] 4. Pladsen, Kristian og Taugbøl, Geir. [E-post] s.l. : EBL FIGURAR FIGUR 1 ORGANISASJONSKART FIGUR 2 VEGLEIANDE TIMEPLAN FIGUR 3 TORTOISESVN KLIENT I WINDOWS VISTA TABELLAR TABELL 1 REISEBUDSJETT VEDLEGG Vedlegg 1. GANT skjema. Vedlegg 2. Funksjonsbeskriving. Dokument: HSF-AIN.HO2-300.V Side 14 av 14