事例研究 AVR:Bently Nevada BN3500 から Istec SpeedSys 200 過速度検知システムへの置き換え

AVR社は、さまざまな種類の残渣廃棄物の処理を専門としており、この廃棄物をエネルギーや、家庭および企業向けの原材料へと転換しています。ボトレック(ロッテルダム)にある同社のプラントでは、発電機を駆動する蒸気タービンを稼働させています。AVR社は、過速度状態およびゼロ速度を検出するために、Bently Nevada社製のBN3500過速度検出システム(ODS)を採用しました。  

過速度状態が発生した場合、システムは潜在的な損傷や危険な状況を防止するために蒸気タービンをトリップさせる必要があります。回転装置が早期に始動するのを防ぐため、ゼロ速度が監視されていました。回転装置は、ローターが完全に停止した時点でのみ始動可能です。そうしないと、回転装置が損傷する恐れがあるためです。

BN3500 過速度カード不合格

AVR社は、同社のBently Nevada ODSに搭載された3枚の過速度保護カードが同時に故障したため、Istec社に連絡しました。これにより、蒸気タービンの起動ができず、発電機に電力が供給されなくなったため、プロセスの downtime が発生しました。

Istecによるアプリケーションの初期調査では、 eddy current 速度センサーは正常に動作しているように見えました。しかし、供給電圧に異常な値が示されていました。Bently Nevadaシステムのログを確認したところ、24V電源、5V電源ライン、および12V電源ラインにエラーメッセージが見つかりました。その結果、出力信号が乱れ、過速度保護カードおよびゼロ速度カードが故障しました。

Bently Nevada 3500(BN3500)の保護カードは、そのOEMによって製造中止が宣言されたため、交換用カードは入手できなくなりました。AVRは、Bently Nevadaシステムを最新の過速度検出システムであるIstec SpeedSys 200に置き換えることを決定しました。

課題:

本プロジェクトでは、機械の downtime がAVR社にとって多大なコストとなるため、時間の制約が極めて厳しかった。そのため、Istec社は短期間のうちに新システムの納入、設計、実装、および試運転を完了することが求められた。当社のエンジニアは、数日のうちにこれを成し遂げた。

2つ目の課題は、ループ図以外に、過速度検出システムの論理機能やトリップの動作原理に関する適切な文書が一切存在しなかったことでした。旧システムを置き換え、どの(中核的な)機能を引き継ぐかを決定するために、Istecは現場でSpeedSys 200の構成を設計する必要がありました。

最後に、AVR社は、以前BN3500システムに速度信号を送信するために使用されていた既存の3線式 eddy current プローブを引き続き使用したいと考えていました。これにより、Istecによる独自のエンジニアリングを必要とする2つの課題が生じました:

  • SpeedSys 200は、3線式 eddy current 電圧センサーからの信号を受け入れるようには設計されていません(2線式電流センサーのみ対応)。
  • Bently Nevadaの eddy current プローブは負の供給電圧を必要とするのに対し、SpeedSysモジュールは正の信号を想定しています。

解決策:

Istec社は、SpeedSys 200構成におけるBN3500システムのすべてのコア機能を引き継いでいます。

旧システム

旧式のBently Nevada 3500システムは、以下の19インチカードで構成されていました:

  • ゼロ速度監視用 3500/50M タ tachometer モジュール 1台
  • 3500/53M型電子式過速度検出カード 3枚
図1. AVR社におけるBently Nevada 3500システム。ゼロ速度監視用の tachometer モジュール(1)と3つの過速度モジュール(2)は、SpeedSys 200に置き換えられた。その他のカードは引き続き使用されている。

新システム

3つのGSI 127ガルバニックアイソレータ(SpeedSysモジュールごとに1つ)を追加することで、既存の速度センサーを引き続き使用することが可能となりました。GSI 127は、 eddy current プローブの信号を反転させてSpeedSysモジュールで使用可能にすると同時に、センサーの監視機能も維持します。さらに、GSI 127ユニットは、既存の eddy current プローブの出力信号を生成するために必要なプロキシミターに電力を供給します。

SpeedSys 200ユニットのリレーの1つは、ゼロ速度監視に対応するように設定されていました。これは、以前は旧型のBN3500タコメーター( tachometer )モジュールが担っていた機能です。

BN3500は、2oo3 SpeedSys 200構成に置き換えられました。DINレールアセンブリは現場で設計され、以下のコンポーネントで構成されています:

  • 24V電源2台
  • 3つのGSI 127ガルバニックアイソレータ
  • 3つのSpeedSys 200モジュールは、2oo3投票構造を形成するようにハードワイヤードされている
図2. Istec社が提供、設計、導入した新システム。2oo3構成のSpeedSys 200ユニットはそれぞれGSI 127に配線され、3線式 eddy current プローブから正しい信号を受信する。
図3. Istec社は、SpeedSys 200ユニットに独立した24V電源を供給するため、冗長電源を設置し、高出力リレー周辺で発生する不要な電力サージの影響を排除しました。 

成果物

  • 既存のインフラに新しいシステムを組み込むためのオンサイトでのカスタムエンジニアリング。必要な調整は最小限に抑えます。
  • 速度測定用ハードウェアおよび設置に関する包括的な供給とサポート
  • SpeedSysの代替ソリューションは、以前の導入環境のすべての主要機能を網羅しています
  • 迅速なトラブルシューティング、納品、設置、および試運転
  • 影響の少ないこの設置システムは、設計上SIL 2認証を取得しており、これにより、従来のシステムよりも長い proof-test 間隔が可能となっています。

その影響:

新システムのエンジニアリングは現場で行う必要がありましたが、Istec社は、大規模なインフラ変更を必要とせずにBN3500カードをSpeedSys 200に置き換える迅速なソリューションを考案しました。 SpeedSys 200の導入により、旧システムのすべての主要機能がカバーされています。発生した軽微な問題については、当社のチームが迅速に対応し、解決しました。Istecの支援により、AVR社は、Bently Nevadaの過速度カードの不具合を特定してからわずか数日後に、新しいSpeedSys 200構成でタービンの起動に成功しました。