Na obisku pri mag. Primožu Bergoču

Univ. dipl. ing. elektrotehnike Primož Bergoč, vodja službe za avtomatiko v Soških elektrarnah Nova Gorica, je aprila postal mag. elektrotehnike. Ravno dan pred tem, ko smo se z njim pogovarjali, je na fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani, pod vodstvom mentorja prof. dr. Boruta Zupančiča, uspešno  zagovarjal svoje magistrsko delo z naslovom Turbinski regulator za male hidroelektrarne.

Njegova magistrska naloga zajema dva razvojna sklopa, in sicer turbinski regulator in model hidroelektrarne, ki se izvaja na osebnem računalniku v realnem času. Turbinski regulator z ustreznim reguliranjem odprtja izvršnih členov vzdržuje turbino v želeni delovni točki glede na izbran režim obratovanja. Tovrstni sistem bodo lahko s pridom implementirali pri obnovah malih hidroelektrarn v SENG-u. Cilj je, da bodo turbinski regulator uporabljali na dejanskih realnih hidroenergetskih sistemih.

Od ideje do razvoja lastnega turbinskega regulatorja

»V SENG-u načeloma težimo k temu, da bi male HE obnovili v lastni režiji. Problem je bil, da za celoten spekter obstoječih hidroelektrarn nismo imeli razvitega lastnega turbinskega regulatorja. Tako se je v službi za avtomatiko porodila ideja, da bi razvili lasten turbinski regulator, ki bi pokril vse bolj zahtevne hidroelektrarne. Sam razvoj turbinskega regulatorja sem izkoristil tudi za izdelavo magistrske naloge, ki mi je še manjkala za zaključek podiplomskega študija. Rezultate sedem mesečnega razvoja turbinskega regulatorja sem predstavil tehničnemu kadru in strokovnim službam SENG-a, in sicer 31. marca in 15. aprila, načrtujem pa tudi predstavitev sodelavcem na objektih. Na temo razvoja je bil izdelan tudi strokovni članek, ki je bil predstavljen na 9. konferenci Avtomatizacija v industriji in gospodarstvu, v začetku aprila,« je povedal mag. Primož Bergoč.

Delo se vrti okoli strojništva, energetike in avtomatike

Primož se je v SENG-u zaposlil leta 2006 po opravljeni diplomi na fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani (smer procesna avtomatika). Že od samega začetka je zaposlen v službi za avtomatiko. Tu je letos aprila postal vodja službe, v kateri je s sodelavcem zadolžen za vzdrževanje sistemov lokalnega vodenja hidroelektrarn, v povezavi s turbinskimi regulatorji, vzbujevalnimi sistemi ter z drugimi napravami, ki so povezane z avtomatiko elektrarne. Kot je pojasnil, je za to delo potrebno predvsem dobro poznavanje strojništva, energetike in avtomatike, pa tudi hitra odzivnost na težave, ki jih ne morejo rešiti lokalni obratovalci in vzdrževalci.

Pri obnovah večjih hidroelektrarn je služba za avtomatiko udeležena kot del nadzora, če obnova poteka po zahtevanih smernicah. Izvajajo pa tudi obnove manjših hidroelektrarn, pri čemer sami projektirajo lokalno avtomatiko in sisteme ter izdelajo ustrezno aplikativno programsko opremo na programirljivih logičnih krmilnikih. Pri letnih revizijah hidroelektrarn izvedejo preizkuse, če sistemi normalno delujejo.

Turbinski regulator vsebuje pet regulatorjev

Kot je povedal Primož, razviti turbinski regulator vsebuje regulator obratov v prostem teku, regulator nivoja zajetja, regulator po delovni moči, regulator odprtja in regulator frekvence. Zadnji štirje regulatorji se uporabljajo, ko je agregat priključen na električno omrežje, pri čemer se regulator frekvence uporablja v primeru otočnega obratovanja elektrarne.

Za potrebe testiranja turbinskega regulatorja je bil izdelan matematični model hidroelektrarne v realnem času, ki ga sestavlja model zajetja, model tlačnega cevovoda z upoštevanjem vodnega udara, model turbine z vztrajnostnim momentom agregata (modelirala se je dvošobna turbina Pelton z odrezačem), model proporcionalnih hidravličnih ventilov in servomotorjev ter poenostavljeni model sinhronskega generatorja. Z modelom se je načrtalo in testiralo ustrezno regulacijo.

Kaj je potrebno za pravilno delovanje turbine

Nadalje je Primož pojasnil, da je pomemben člen vsakega agregata v hidroelektrarni turbinski regulator, ki skrbi za pravilno delovanje turbine in agregata v prostem teku in po priključitvi na električno omrežje. Turbinski regulator mora najprej zagotavljati pravilno delovanje agregata glede na posebnosti celotnega hidro sistema (zajetje, cevovod, turbina, generator itd.), nato pa tudi zahtevam, ki jih narekuje zakonodaja priključitve hidroelektrarne na električno omrežje.

Turbinski regulatorji so se skozi zgodovino razvoja hidroelektrarn tehnološko zelo razvili. Od prvih povsem mehanskih, prek kombinacije analogne tehnike in elektromehanike, pa vse do današnjih, ki so kombinacija digitalne tehnike in elektromehanike. Sodobni turbinski regulatorji so sestavljeni iz aplikativne programske opreme regulatorja, ki je izvedena na programirljivih logičnih krmilnikih ali na namenskih elektronskih napravah in iz elektromagnetnih ventilov ter hidravličnih servomotorjev.

Za potrebe testiranja izdelan matematični model HE

»V fazi razvoja aplikativne programske opreme turbinskega regulatorja je le to nemogoče testirati na realnem sistemu. Zato se je za potrebe testiranja izdelal v realnem času delujoči matematični model hidroelektrarne, ki vključuje vse glavne sklope realnega sistema: zajetje, cevovod, turbino, elektromagnetne ventile in servomotorje ter generator. Z modelom sem načrtal in testiral ustrezno regulacijo,« je dejal Primož.

Glede rezultatov pa je pojasnil, da je aplikativno programsko opremo turbinskega regulatorja testiral na PLK-ju CPU 313SC proizvajalca VIPA Elektronik-Systeme. Za vmesnik človek stroj (ang. Human Machine Interface) je uporabil operaterski panel WOP-2070T proizvajalca Advantech. Matematični model hidroelektrarne v realnem času se je izvajal na osebnem računalniku. Naprave so si med seboj izmenjevale podatke preko mrežne povezave.

Testi za hidroelektrarne s tlačnimi cevovodi

Pomemben test turbinskega regulatorja, je nadalje pojasnil Primož, je odziv na razbremenitve agregata iz različnih delovnih moči. Običajno se izvede teste razbremenitve iz 25-%, 50-%, 75-% in 100-% nazivne delovne moči agregata. Ti testi so še posebej pomembni pri hidroelektrarnah s tlačnimi cevovodi, kjer mora biti turbinski regulator dovolj hiter, da prepreči pobeg agregata (preveliko povišanje obratov), na drugi strani pa počasen, da ne pride do prevelike spremembe tlaka v cevovodu.

Pri turbini Pelton turbinski regulator prvi problem rešuje s hitrim zapiranjem odrezača, drugega pa z ustrezno dolgimi zapiralnimi časi igel. Pri razbremenitvi se mora turbinski regulator odzvati, tako da varno pripelje agregat na nazivne vrtljaje in ga na nazivnih vrtljajih obdrži.

Omogočen nadaljnji razvoj turbinskih regulatorjev

Kako se je v praksi izkazal omenjeni matematični model? Po Primoževih besedah kot odličen pripomoček pri razvoju turbinskega regulatorja. Z njim se je testiralo različne režime obratovanja in prehodne pojave, tudi take, ki se jim na realnem sistemu raje izognejo oz. jih izvedejo z določenim strahom, saj lahko povzročijo poškodbe na objektu in napravah. Tako matematični model kot turbinski regulator sta dobra osnova za nadaljnji razvoj turbinskih regulatorjev za ostale vrste turbin in hidroelektrarn.

Primož se rad ukvarja tudi z ladijskem modelarstvom

In kako je Primož v času magistrskega študija usklajeval študijske, poklicne in zasebne obveznosti? Kot je dejal, je bilo večkrat naporno in je bilo potrebno v dogovoru s sodelavci in domačimi iskati ustrezne rešitve. Predavanja na fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani, ki jih je obiskoval še v času, ko ni imel družine, so se izvajala v popoldanskem času. Sedaj, ko je veliko družinskih  obveznosti in z ženo Majo precej časa namenjata 2-letnemu sinu Blažu, bi bil študij zelo oviran, če že ne skoraj nemogoč. Prav tako je sedaj manj časa za šport in ladijsko modelarstvo, s katerima se Primož sicer zelo rad ukvarja. Po spletu in strokovnih revijah spremlja razvoj elektronskih komponent, kupi pač tisto, kar je potrebno, ostalo pa potem sam izdela. Ladijske modele preizkuša na manjšem jezeru v bližini stanovanjske hiše, včasih pa tudi na jezeru Vogeršček blizu naselja Šempas.

Miro Jakomin