Un intervento in corsa
Maurizio Delucchi
Quick Work
Ansaldo Sistemi Industriali S.p.A. has extended and adapted
the substation which supplies power to the entire QATAR
STEEL plant in the industrial zone of Mesaieed in QATAR,
achieving a complete reorganization of the 66kV Electrical
Power Supply.
The special feature of the work was the extremely limited
time available for work on site due to the fact that updating
of the substation required the complete shut-down of the
plant.
This article describes the solutions, precautions and work
methods adopted which enabled the steelworks to return to
production early compared to the already tight schedule for
works on site.
QATAR STEEL required a complete reorganization of the
distribution network inside its steelworks in the industrial
zone of Mesaieed on the outskirts of Doha Qatar.
The electrical power supply for the plant was provided by a
66kV double connection supplied by Kaharama (the electricity distribution body in Qatar).
The receiving substation, originally built by the Japanese in
the 1970s, had been subject to various extensions and rebuilds. It is an air-insulated substation, installed in an industrial shed where every circuit has its counterpart in an
insulated bay in the relevant cell. Above each cell, suspended
from the roof by insulators, run the main busbars made of
tubular aluminium designed to handle 2000 A and 25 kA of
short circuit current. (Fig. 1 section)
The work had multiple aims as indicated below:
1. To separate the electrical loads subject to rapid and frequent variations (the so-called “dirty” loads) from the stable ones (“clean” loads).
2. To change the connection of the TAs of the EF2R furnace
which, over the course of various modifications, had become configured incorrectly.
3. To replace the old electromechanical bar protection, which
covered only part of the main busbar system, with modern
and functional differential digital busbar protection.
To carry out the work described in point 1 above it was necessary to move the power supply for 2 circuits (Gasal and
RM2) from the QS no. 1 substation, connecting it to the receiving substation (busbars with “clean” loads) where there
was only one free cell.
The solution adopted had therefore to take into account the
limited space available for the extension of the receiving substation and still give preference to solutions which ensured a
minimum shut-down time.
INNOVATION
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The order for the turnkey installation was awarded, following an international tender process, to Ansaldo Sistemi
Industriali S.p.A. which in 12 months has planned and
completed the work.
The solution adopted included the following solutions:
For the extension of the 66kV bays, hybrid system technology was used, installing 2 bays with equipment insulated with Gas SF6 inside the only cell available (Fig 2),
while the main busbar was extended with air insulation as
in the existing solution. For the modification of the existing
ammeter circuit, various solutions were evaluated because
the limited space and the specific layout of the existing
plant would not allow the TAs to be moved; thus it was
preferred to modify the existing busbar, adopting a solution using bars insulated with resin (Duresca ®) which allowed the circuits to be correctly connected in spite of the
limited space available. (Fig 3)
The most critical work, however, was that relating to the extension and replacement of the existing busbar protection.
The old busbar protection consisted of electromechanical
protection dating from the 1970s, which covered the existing 10 feeders and was composed of four independent
relays for the protection of phases R, Y, B and the homopolar circuit. This last relay is indispensable for detecting
faults in the grounding which is limited to 100 A by an impedance placed on the neutral of the 66kV system.
A differential protection was added to the above relay, installed when the system was being extended to construct
the second furnace (EF2R), covering both the transformer
for the furnace and a portion of the busbar attached to it.
This reflected the need to cover the whole busbar with a
single protection by adopting a new form of protection.
This replacement involved the following risks:
• the need to interface with 40 year-old equipment and circuitry
• the need to work under total shut-down conditions, because the work was on the busbar for the sole energy receiving substation for the entire plant.
The solution adopted had to take account of the above requirements, so it was decided to make new panels for the
busbar protection containing, in line with the existing philosophy, 4 Busbar Protection SEL 487B. The new panels
were built and tested in ASI’s Montebello factory taking
into account that these were then to be installed and tested
in the control room next to the existing busbar protection.
(Fig. 4,5)
To minimize the time needed for the work, it was decided
to keep the existing connections in the field in action up to
the support terminal board inside the existing panels already located in the control room; while the circuits from
the support terminal board up to the new protection were
produced and fully tested before the shut-down.
Ansaldo Sistemi Industriali S.p.A. ha realizzato
l’estensione e l’adeguamento della sottostazione che
alimenta l’intero stabilimento di Qatar Steel nella
zona industriale di Mesaieed in Qatar realizzando
una completa riorganizzazione del Electrical Power
Supply a 66kV.
Caratteristica particolare dell’intervento è stata la
tempistica di realizzazione in sito estremamente ridotta in quanto l’adeguamento della sottostazione ha
richiesto il fuori servizio generale dello stabilimento.
L’articolo descrive le soluzioni, gli accorgimenti e le
modalità di intervento adottati che hanno permesso
all’impianto siderurgico di tornare in produzione in
anticipo rispetto al già ridotto programma delle attività in sito.
Qatar Steel ha previsto una riorganizzazione completa della rete di distribuzione interna allo stabilimento siderurgico ubicato nella zona industriale di
Mesaieed alla periferia di Doha Qatar.
L’alimentazione elettrica allo stabilimento avviene a
mezzo di una doppia connessione a 66 kV fornita da
Kaharama (Ente distributore elettrico del Qatar)
La sottostazione ricevente, costruita originariamente
dai Giapponesi negli anni ’70, è stata oggetto di diverse estensione e rifacimenti. Trattasi di una sottostazione isolata in aria, installata in capannone
industriale dove ogni circuito trova riscontro in una
baia segregata in apposita cella. Al di sopra di ogni
cella si estendono, sospese al tetto tramite isolatori,
le barrature principali in alluminio tubolare da 2000
A, 25 kA di corto circuito.
Lo scopo dell’intervento è stato molteplice come di
seguito indicato:
1. Realizzare la separazione dei carichi elettrici soggetti a rapide e frequenti variazioni (i cosidetti carichi “sporchi”) da quelli stabili (carichi “puliti”).
2. Modificare il collegamento dei TA del forno EF2R
che nel corso delle varie modifiche avevano assunto una configurazione non corretta.
3. Rimpiazzare la vecchia protezione di sbarra elettromeccanica che copriva solo parte del sistema
sbarra principale tramite una moderna e funzionale protezione digitale differenziale di sbarra.
Per effettuare l’intervento di cui al punto 1 precedente
occorreva spostare l’alimentazione di n° 2 circuiti
(Gasal e RM2) dalla QS substation n° 1 collegandoli
alla sottostazione ricevente (sbarre con carichi “puliti”) dove era disponibile una sola cella libera.
La soluzione adottata doveva pertanto tenere conto
degli spazi ridotti per l’estensione della sottostazione
ricevente e comunque privilegiare le soluzioni che garantissero un tempo di fuori servizio minimo.
La commessa per la realizzazione chiavi in mano
dell’intervento è stata affidata, tramite gara internazionale, ad Ansaldo Sistemi Industriali S.p.A. che in
12 mesi ha progettato e realizzato l’intervento.
La soluzione adottata ha previsto le seguenti soluzioni:
Per l’estensione delle baie a 66 kV è stata adottata la
tecnologia dell’impianto Ibrido installando n° 2 baie
con apparecchiature isolate in Gas SF6 all’interno
dell’unica cella disponibile (Fig 2), mentre la barratura principale è stata estesa con isolamento in aria
in analogia con la soluzione esistente. Per la modifica
del circuito Amperometrico esistente sono state valutate varie soluzioni in quanto gli spazi ristretti ed il
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Maurizio Delucchi
Particular attention was paid during the design and
construction to carrying out all the preliminary activities which could help to reduce downtime and the
risks arising from the interface with the existing plant.
The work schedule, including the resulting plant shutdown time, was subjected to in-depth analysis in a series of constructive discussions with the customer until
a detailed work timetable had been defined, setting,
with about 6 months advance warning, the date when
the plant would shut down.
The schedule agreed with the customer provided for a
total shut-down of 5 days plus a period of 3 days to
energize the GASAL and RM2 circuits.
Coinciding with the work in question, the customer’s
Maintenance Unit arranged for other ordinary and extraordinary maintenance work to take place involving
other subcontractors, thus creating a schedule which
it would be very difficult to deviate from.
Work on-site
Before the period agreed for the work all the components and materials needed were collected on site and
those which would not interfere with production activity (the GIS hybrid, parts of the 66Dv cabling, protection panels, control panels, auxiliary equipment and
BT interconnection cables) were assembled.
In addition all the pre-commissioning activities which
it was possible to carry out with the plant still energized were completed, such as checking of all the BT
cables already attached to the side of the new equipment, pre-commissioning tests on the hybrid system
and the feeder protection panels etc.
The schedule provided for double shift work involving
the presence on site of various work teams doubled up
both in terms of specialists and workmen to provide
the necessary assistance for the specialists.
The work groups operated on the following fronts:
• one group worked on the physical modification of
the busbar
• one group worked on the 66kV connection to the
GIS hybrid
• one group worked on cabling and testing for the
busbar protection and the new feeders
• one group worked on the 66kV cables.
Particular attention was paid to coordination and
safety, taking into account that some activities would,
by their nature, interfere with others. In particular all
the voltage tests at industrial frequency were performed, during which it was obviously not possible to
work near the parts subject to testing.
The following were high voltage tested, at the industrial
frequency testing voltage required by the regulations:
• GIS hybrid (before the shutdown)
• 66kV cable towards the RM2
• 66kV cable towards the GASAL
• Duresca ® busbar.
In order to test the stability of the busbar protection,
the primary injections were carried out on all the circuits, taking care not to interfere with the industrial
frequency tests and avoiding work on the portions of
the busbar where the extension work was under way.
In this way a complete check of the ammeter circuits,
both new and existing, was carried out, including
checking that the existing TAs were in good condition
(check on connections and polarity).
The opportunity was also taken to rationalize an existing marshalling kiosk where cabling was repaired
and rationalized.
The total on site work (assembly, cabling, testing and
commissioning) involved a shut-down time of five
days, at the end of which all the certificates for the
tests carried out were delivered to the Kaharama Electricity Authority; this allowed the whole plant to be
re-energized from the sixth day, that is, 2 days early
with respect to the overall schedule agreed with the
Customer.
This exceptional result was possible thanks to the
commitment of all the personnel of Ansaldo Sistemi
Industriali S.p.A., all the specialists who worked on
site and also to the availability and willingness of the
Qatar Steel Maintenance Service which did all it could,
using all its staff, to help the contractor with his work
and to enable, in the common interest, this great performance to be achieved.
a partire dal sesto giorno ovvero con un anticipo di 2
giorni rispetto al programma complessivo concordato
con il Cliente.
L’eccezionale risultato di cui sopra è stato possibile grazie all’impegno di tutto il personale Ansaldo Sistemi Industriali S.p.A., di tutti gli specialisti intervenuti in sito
e grazie anche alla disponibilità del Servizio Manutenzione di Qatar Steel che si è prodigato con tutto il suo
personale per assistere il contrattista nel suo lavoro e facilitare, nell’interesse comune, la realizzazione di questa
importante performance.
particolare layout dell’impianto esistente non consentivano
di spostare i TA; pertanto si è preferito modificare la barratura esistente adottando una soluzione con barre isolate
in resina (Duresca ®) che ha consentito di realizzare la corretta connessione di circuiti pur negli angusti spazi a disposizione. L’intervento più critico è stato comunque
quello relativo alla estensione e sostituzione dell’esistente
protezione di sbarra.
La vecchia protezione di sbarra era costituita da una protezione elettromeccanica degli anni ’70 che copriva gli esistenti n° 10 feeders ed era costituita da quattro relè
indipendenti per la protezione delle fasi R,Y,B e del circuito
omopolare. Quest’ultimo relè risulta indispensabile per
poter rilevare il guasto a terra che è limitato a 100 A da
una impedenza posta sul neutro del sistema a 66 kV.
Ai sopraccitati relè si aggiungeva una protezione differenziale installata in fase di estensione per realizzazione del
forno 2 (EF2R) che copriva sia il trasformatore del forno
sia la porzione di sbarra afferente a quest’ultimo.
Ne derivava l’esigenza di coprire con un’unica protezione
la completa barratura adottando una protezione nuova.
Tale sostituzione comportava i seguenti rischi:
• necessità di interfacciarsi con equipaggiamenti e circuiteria vecchi di 40 anni
• necessità di operare in regime di totale fuori servizio in
quanto si interveniva sulla sbarra della sola stazione ricevente energia per l’intero stabilimento.
La soluzione adottata ha dovuto tenere conto delle esigenze
di cui sopra, si è pertanto deciso di realizzare nuovi pannelli
per la protezione di sbarra contenenti, in analogia con la filosofia esistente, n° 4 Busbar Protection SEL 487B. I nuovi
pannelli sono stati costruiti e provati presso la fabbrica ASI
di Montebello considerando che gli stessi andavano poi installati e provati ubicandoli in sala controllo a fianco del
quadro esistente di protezione di sbarra. (Fig. 4,5)
Per minimizzare i tempi di intervento si è deciso di mantenere
attivi i collegamenti esistenti dal campo fino alle morsettiere
di appoggio all’interno dei quadri esistenti già ubicati in sala
controllo; mentre i circuiti dalla morsettiera di appoggio fino
alle nuove protezioni sono stati realizzati e completamente
testati prima della realizzazione del fuori servizio.
Particolare attenzione è stata posta durante tutta la progettazione e realizzazione dell’opera a predisporre tutte le attività preliminari che potevano contribuire alla riduzione
dei tempi di fuori servizio e dei rischi derivanti dall’interfaccia con l’esistente. Il programma di intervento con conseguente fermo dello stabilimento è stato oggetto di
approfondite analisi a confronti costruttivi con il Cliente
fino alla definizione di una tempistica dettagliata di intervento che ha fissato con circa 6 mesi di anticipo la data in
cui lo stabilimento si sarebbe fermato.
Il programma concordato con il Cliente prevedeva un fuori
servizio totale di 5 giorni più un periodo di 3 giorni per
l’energizzazione dei circuiti GASAL e RM2.
In concomitanza con l’intervento in oggetto, il Gruppo di
Manutenzione del Cliente ha fissato altre attività di manutenzione ordinaria e straordinaria che coinvolgevano altri subappaltatori, creando così una programmazione per la quale
sarebbe stato molto difficile gestire qualsiasi variazione.
Attività in sito
Prima del periodo fissato tutti i componenti e materiali oggetto della realizzazione sono stati radunati in sito e sono
stati montati quelli che non interferivano con le attività
produttive (GIS ibrido, parte dei cavi 66 kV, pannelli protezione, pannelli controllo, ausiliari, cavi BT di intercollegamento ). Sono state inoltre completate tutte le attività di
precommissioning che è stato possibile sviluppare con l’impianto esistente energizzato, quali ad esempio il controllo
di tutti i cavi BT già cablati lato nuove apparecchiature, le
prove di precommisioning dell’ibrido, dei quadri protezione di feeder, ecc.
Il programma ha previsto di lavorare su doppio turno comportando la presenza in sito di diversi team di lavoro ridondati sia nelle figure specialistiche che nella mano
d’opera per la necessaria assistenza agli specialisti.
I gruppi di lavoro hanno operato sui seguenti fronti:
• un gruppo ha operato sulla modifica fisica della barrature
• un gruppo ha operato per la realizzazione delle connessioni a 66 kV al GIS ibrido
• un gruppo ha operato ai cablaggi e prove per le protezioni di sbarra e di nuovi feeder
• un gruppo ha operato sui cavi 66 kV
Particolare attenzione è stata posta al coordinamento e alla
sicurezza considerato che alcune attività hanno avuto, per
loro natura, interferenze con altre. In particolare sono state
effettuate tutte le prove di tensione applicata a frequenza
industriale durante le quali ovviamente non è stato possibile operare nelle vicinanze degli organi soggetti a prova.
Sono stati provati in alta tensione, alla tensione di prova a
frequenza industriale prevista dalla normativa:
• GIS ibrido (prima del fuori servizio).
• Cavo a 66 kV verso RM2
• Cavo a 66 kV verso GASAL
• Condotto sbarre Duresca ®
Per la prova di stabilità della protezione di sbarra sono
state effettuate le iniezioni primarie su tutti i circuiti
avendo cura di non interferire con le prove a frequenza industriale ed evitando di operare sulle porzioni di sbarra
dove era in corso l’estensione delle stesse. In tal modo è
stata fatta una completa verifica dei circuiti amperometrici
sia esistenti che nuovi inclusa la verifica di buono stato dei
TA esistenti (verificati i rapporti, le polarità).
Con l’occasione è stato anche razionalizzata una marshalling kiosk esistente dove sono stati rifatti e razionalizzati
alcuni cablaggi.
In totale l’intervento in sito (montaggio, cablaggio, prove
e commissioning) ha comportato un fuori servizio di cinque giorni al temine del quale sono stati consegnati all’Ente
Elettrico Kaharama tutti i certificati delle prove effettuate;
questo fatto ha permesso di rienergizzare l’intero impianto
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