Planering för återbruk av belastningssystem : Design av styrsystem för frekvensomvandlare och lastbankar för belastning av förbränningsmotorer

Abstract

Examensarbetet utfördes åt Wärtsilä Finland Oy. Wärtsilä tillverkar och utvecklar bland annat förbränningsmotorer för fartyg och kraftverk. Motorer behöver testas för utvecklingssyften och för det måste de belastas. Motorer belastas av generatorer som är anslutna till belastningssystem.

En av Wärtsiläs anläggningar som används för test av motorer kommer att stängas ner inom snar framtid och den befintliga utrustningen i den anläggningen skall tas tillvara för återbruk i mån av möjlighet.

Examensarbetets syfte var att planera återbruk av ett existerande belastningssystem för Wärtsilä-motorer. Uppgifterna som skulle utföras var att ta reda på om simultan belastning av frekvensomvandlare och lastbankar var tekniskt möjligt, och därefter planera hur det kunde utföras i praktiken. Planering för modifikation av ställverk skulle utföras för att få rum att koppla in frekvensomvandlare och transformatorer. Planlösningar för hur frekvensomvandlare och transformatorer kunde placeras i den nya anläggningen skulle göras. Lönsamhetsberäkningar skulle göras för att ta reda på vad projektet skulle kosta samt om det skulle vara lönsamt.

Metoder som användes var att läsa användarmanualer för frekvensomvandlare, lastbankar och transformatorer, granska elritningar för det befintliga ställverket samt granska den nya anläggningens byggnadsritningar. De existerande systemen för de olika belastningsmetoderna analyserades för att kunna förstå hur de skulle kunna användas simultant.

Detta examensarbete resulterade i en genomförbar plan för hur det existerande belastningssystemet kan tas till vara. Genomförande av projektet i sin helhet visade sig vara möjligt. Simultan belastning med frekvensomvandlare och lastbankar visade sig vara tekniskt möjligt och en automationslösning utvecklades. Kostnaderna för projektet blev så pass stora att projektet inte innebär en kostnadsbesparing. Om projektet skall utföras måste det motiveras med andra orsaker.

Opinnäytetyö tehtiin Wärtsilä Finland Oy:lle. Wärtsilä valmistaa ja kehittää polttomoottoreita muun muassa laivoihin ja voimalaitoksiin. Moottoreita täytyy testata kehitystarkoituksia varten, ja tätä varten ne täytyy kuormittaa. Moottoreita kuormitetaan generaattoreilla, jotka on kytketty lastausjärjestelmiin.

Yksi Wärtsilän moottoreiden testaukseen käytettävistä laitoksista suljetaan lähitulevaisuudessa, ja laitoksen olemassa oleva laitteisto pyritään pelastamaan uudelleenkäyttöä varten mahdollisimman paljon.

Opinnäytetyön tarkoituksena oli suunnitella olemassa olevan Wärtsilän moottoreiden kuormitusjärjestelmän uudelleenkäyttöä. Tehtävänä oli selvittää, onko samanaikainen kuormitus taajuusmuuttajien ja kuormituspankkien kanssa teknisesti mahdollista, ja sen jälkeen suunnitella, miten se voitaisiin toteuttaa käytännössä. Kojeiston muutostöiden suunnittelu tehtäisiin tilan vapauttamiseksi taajuusmuuttajien ja muuntajien liittämistä varten. Pohjapiirustukset siitä, miten taajuusmuuttajat ja muuntajat voitaisiin sijoittaa uuteen laitokseen, oli tarkoitus laatia. Kannattavuuslaskelmat tehtäisiin selvittääkseen, mitä projekti maksaisi ja olisiko se kannattava.

Menetelminä käytettiin taajuusmuuttajien, kuormituspankkien ja muuntajien käyttöoppaiden lukemista, nykyisten kojeistojen sähköpiirustusten tarkastelu ja uuden laitoksen rakennuspiirustusten tarkistaminen. Eri kuormitusmenetelmien olemassa olevia järjestelmiä analysoitiin, jotta ymmärrettäisiin, miten niitä voitaisiin käyttää samanaikaisesti.

Tämä opinnäytetyö johti toteuttamiskelpoiseen suunnitelmaan siitä, miten nykyistä kuormitusjärjestelmää voidaan hyödyntää uudelleen. Projektin toteuttaminen kokonaisuudessaan osoittautui mahdolliseksi. Taajuusmuuttajien ja kuormituspankkien samanaikainen kuormitus osoittautui teknisesti mahdolliseksi, ja automaatioratkaisu kehitettiin. Projektin kustannukset olivat kuitenkin niin suuret, että projekti ei tuo kustannussäästöjä. Jos projekti aiotaan toteuttaa, sen täytyy olla perusteltu muilla syillä.

The thesis was carried out for Wärtsilä Finland Oy. Wärtsilä manufactures and develops combustion engines for ships and power plants, among other things. Engines need to be tested for development purposes and for that they need to be loaded. The engines are loaded by generators which are connected to loading systems.

One of Wärtsilä's facilities which are used for testing engines will be shut down within the near future and the existing equipment in that facility shall be salvaged for reuse as far as possible.

The purpose of the thesis was to plan the reuse of an existing loading system for Wärtsilä engines. The tasks that would be carried out were to find out if simultaneous loading with frequency converters and load banks was technically possible, and thereafter plan how it could be carried out in practice. Planning for modification of a switchgear would be conducted to make space to connect the frequency converters and the transformers. Floor plans for how frequency converters and transformers could be placed in the new facility were to be made. Profitability calculations would be made to find out what the project would cost and if it would be profitable.

Methods used were reading user manuals for the frequency converters, load banks and transformers, reviewing electrical drawings for the existing switchgear and checking the construction drawings of the new facility. The existing systems for the different loading methods were analyzed to understand how they could be used simultaneously.

This thesis resulted in a feasible plan for how the existing loading system can be reused. Implementation of the project in its entirety proved to be possible. Simultaneous loading with frequency converters and load banks proved to be technically possible and an automation solution was developed. The costs for the project were so great that the project does not mean a cost saving. If the project is to be carried out, it must be justified with other reasons.