Hydro Turbine Governor Test Platform with ABB System 800xA

Abstract

This bachelor’s thesis was commissioned by ABB Energy Industries division. The objective of the research is to determine the feasibility of using a virtual testing computer as a testing platform for FAT and SAT of ABB’s hydro turbine governor, HTG-800. The Virtual Machine will work as a single node with the distributed control system 800xA, allowing access to its tools and applications. When implementing data from the HTG-800 to the test platform, the aim is to find additional functionalities to support FAT and SAT. By utilizing system 800xA, a test program intended for the HTG-800 could be implemented, including a versatile historical data storage function and an HMI allowing full supervision over the turbine governor.

Extensive research on ABB’s internal hydropower project documentation was done to acquire knowledge about turbine governors and their test procedures. Interviews of employees regarding relevant on-site experiences were also conducted to establish further documentation on how the testing computer could support current FAT and SAT procedures.

Once the necessary research material had been gathered, the test computer was set up, and the system 800xA and required applications were deployed. During the development of the testing computer, simulations of the turbine governor and tests involving physical control systems were made.

As a result of this thesis, a virtual testing computer was made that could be adapted into any project relevant to HTG-800. Many beneficial functions were implemented in the testing computer including full-scale data logging and an HMI designed for supervision and configuration. In conclusion, some tests could perhaps not be carried out due to insufficient sampling rate. Although historical data storage was implemented, further development regarding practicality was required. For adequate evaluation of the test platform regarding practical use, tests on an operational hydropower plant would have been required. As a prototype, however, the results of this research proved what functions can be implemented and what needs to be further developed.

Detta examensarbete gjordes för ABB Energy Industries. Syftet med arbetet är att undersöka möjligheterna att utföra FAT och SAT av ABB:s Hydroturbinregulator, HTG-800 med hjälp av en virtuell maskin som testplattform. Som krav ska ABB:s automationssystem 800xA installeras på den virtuella maskinen för att få åtkomst till dess verktyg och applikationer, nödvändiga för arbetet. Förutom dataimplementeringen från HTG-800, är undersökningens mål att ytterligare hitta funktioner som kan medföra en positiv inverkan för nuvarande testmetoder. Dessa funktioner kan vara mångsidig datalagring av HTG-800 och fullständig övervakning av systemet med hjälp av HMI.

Arbetet bestod i första hand av att undersöka relevant projektdokumentation för att få vetenskap om turbinregulatorer och hur dom testades. I samband med undersökningen intervjuades kollegor angående tidigare driftsättningar av hydrokraftverk, för att få en tydligare helhetsbild i relation till HTG-800:s FAT och SAT. Under intervjuerna lyftes också fram fler potentiella utvecklingsidéer som kunde stöda testandet av HTG-800.

När nödvändiga undersökningar och dokumentation hade gjorts, skapades den virtuella maskinen och installation av 800xA och relevanta applikationer utfördes. Under utvecklingsskedet av den virtuella maskinen utfördes simuleringar i likhet med verkliga test.

Slutresultatet av examensarbetet är en testplattform som lätt kan anpassas till olika hydroprojekt, relevanta till HTG-800. Många funktioner i förebyggande syfte implementerades för att underlätta FAT och SAT. Dessa funktioner var bland annat omfattande datalagring och ett HMI som var anpassat för övervakning och konfigurering. Som slutsats kunde man konstatera att vissa tester möjligtvis inte kunde utföras på grund av otillräcklig samplingshastighet. Trots att datalagringen implementerades fanns det begränsningar gällande smidighet, vilket krävde vidareutveckling. För att ordentligt utvärdera testplattformens praktiska funktion, skulle tester på ett fungerande vattenkraftverk ha krävts. Med prototypen kunde man dock bevisa vad som var möjligt och testplattformens utvecklingspotential.

Tämä opinnäytetyö on tehty ABB Energy Industriesin toimeksiannosta. Työn tarkoitus oli tutkia mahdollisuuksia suorittaa FAT ja SAT ABB:n HTG-800 -turbiinisäätäjälle käyttäen virtuaalista tietokonetta testialustana. Vaatimuksena oli ABB:n automaatiojärjestelmä 800xA, joka asennettaisiin virtuaalikoneeseen, jotta päästään käsiksi työssä tarvittaviin työkaluihin ja sovelluksiin. HTG-800:n virtuaalisen testialustan luomisen lisäksi tutkimuksen tavoitteena oli löytää lisää ominaisuuksia, joilla saattaisi olla myönteisiä vaikutuksia nykyisiin testausmenetelmiin. Näitä ominaisuuksia voisi olla esimerkiksi monipuolinen HTG-800:n tietojen tallennus ja järjestelmän täydellinen valvonta HMI:n avulla.

Työn aloitus koostui pääasiassa asiaankuuluvien projektitiedostojen tutkimisesta tiedon hankkimiseksi turbiinisäätäjästä ja sen testauksesta. Tutkimuksen yhteydessä haastateltiin kollegoita vesivoimalaitosten aikaisemmista käyttöönotoista selkeämmän kokonaiskuvan saamiseksi HTG-800:n FAT:stä ja SAT:stä. Haastatteluissa nostettiin esille useampia potentiaalisia kehittämisideoita, jotka voisivat tukea HTG-800:n testausta.

Kun tarvittava tutkimus ja dokumentointi oli tehty, virtuaalikone luotiin. Tämän jälkeen 800xA ja muut tarvittavat sovellukset asennettiin. Virtuaalikoneen kehitysvaiheessa koneella suoritettiin todellisuudenmukaisia simulaatioita.

Opinnäytetyön lopputuloksena on testialusta, joka on helposti sovitettavissa erilaisiin HTG-800:aan liittyviin vesivoimaprojekteihin. FAT:n ja SAT:n helpottamiseksi otettiin käyttöön monet hyödylliset ominaisuudet. Näihin ominaisuuksiin kuuluvat laaja tietovarastointi ja HMI, joka oli räätälöity valvontaa ja konfigurointia varten. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että joitakin testejä ei ehkä voida suorittaa riittämättömän näytteenottotaajuuden vuoksi. Vaikka tietojen tallennus toteutui, oli käytännöllisyyden suhteen rajoituksia, jotka vaativat lisäkehitystä. Testausalustan käytännöllisyyden arvioimiseksi kunnolla, testejä toimivalla vesivoimalaitoksella vaadittaisiin. Prototyyppinä testialusta kuitenkin pystyi todistamaan mikä oli mahdollista, ja mitkä asiat vaativat kehitystä.