Заказать бесплатную демонстрацию тренажера >>>
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
Описание объекта.
Полное наименование системы: «Тренажер переключений в электроустановках, устройствах РЗиА, управление гидротурбинным и гидромеханическим оборудованием ГЭС.»
Условное обозначение: «Тренажер ГЭС».
Год выпуска: 2021
ВВЕДЕНИЕ.
Тренажер по оперативным переключениям ГЭС разработан и внедрен для подготовки, переподготовки и повышения квалификации оперативного и обслуживающего персонала ГЭС, позволяет формировать и поддерживать на высоком уровне навыки оперативного персонала в производстве переключений в электроустановках и управлении гидротурбинным и гидромеханическим оборудованием станции в нормальном и аварийном режимах работы.
В тренажере, разработанном на базе современных IT-технологий, реализовано искусственное воспроизведение условий и факторов, аналогичных тем, которые имеют место в процессе эксплуатации реального объекта.
Уникальность тренажера заключается не только в методике разработки и организации тренажерной подготовки при обучении кадрового ресурса электростанции, но и в отсутствии его аналогов в системе ГЭС на всем пространстве РФ, а также за рубежом.
- ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА-ПРОТОТИПА.
Гидромеханическая часть ГЭС состоит из шестнадцати радиально-осевых гидроагрегатов (ГА) мощностью по 245 МВт, работающих при рабочем напоре 90,7 метров и расположенных в машзале в плотине между верхним и нижним бьефами. Высота верхнего бьефа над уровнем моря составляет 296 метров. Установленная мощность ГЭС 3840 МВт.
Каждый гидроагрегат оборудован турбиной с расходом воды 329 м3/сек, направляющим аппаратом и рабочим колесом, регулирующими мощность, напор и расход воды через ГА. Маслонапорная установка с котлом МНУ 12,5С-1/40 и двумя маслонасосами 3В-63/40ГТ обеспечивает маслом систему регулирования каждого гидроагрегата.
В состав главной электрической схемы ГЭС входят ОРУ 500 кВ, ОРУ 220 кВ, ОРУ 35 кВ, ГРУ 15, КРУ 6,3 кВ, собственные нужды станции, а также автотрансформаторы, предназначенные для обеспечения связи электрических сетей напряжением 220 и 500 кВ, блочные трансформаторы, ТСН.
ОРУ-500 кВ представляет собой систему из четырех секций, выполненных по системе «4/3». Четыре выключателя на три присоединения. Четыре секции шин. Связь между 1 и 3 секциями и между 2 и 4 через секционные выключатели. От ОРУ-500 отходят 3 воздушных линии ВЛ 500 кВ. К ОРУ-500 подходят 6 кабельных линий от блоков 3Т÷8Т. К 3 и 4 секции подходят воздушные переходы от автотрансформаторов 1АТ и 2АТ соответственно. Каждая ВЛ 500 кВ подключена к ОРУ-500 через два линейных параллельно работающих выключателя. Блоки подключаются к секциям каждый через свой шинный выключатель.
Схема ОРУ-220 кВ выполнена как «двойная система шин с обходной». I и II системы шин соединяются между собой через шиносоединительный выключатель. Обходная система шин может быть подключена к IСШ или IIСШ через обходной выключатель. От ОРУ-220 отходят 7 воздушных линий ВЛ 220 кВ. К ОРУ-220 подходят 2 кабельные линии от блоков 1Т, 2Т и 2 воздушных перехода от автотрансформаторов 1АТ, 2АТ. Всего 13 присоединений, на каждом установлен выключатель марки ВВД-220Б.
ОРУ – 35 представляет собой 3 несвязанные между собой системы шин. I СШ 35 кВ подключена через выключатель В-35-1АТ к автотрансформатору 1АТ, от нее питается трансформатор общестанционных собственных нужд 101Т. II СШ 35 кВ подключена через выключатель В-35-2АТ к автотрансформатору 2АТ, от нее питается трансформатор общестанционных собственных нужд 102Т. III СШ 35 кВ запитана через выключатель В-35-34 от ВЛ-35 (ПС 220 кВ № 3 СЭС ИЭСК), от нее питается трансформатор общестанционных собственных нужд 103Т. Все три выключатели марки ВГТ-35.
На ГЭС выполнены схемы собственных нужд переменного тока с учетом обеспечения их в нормальных, ремонтных и аварийных режимах с двумя ступенями напряжения 0,4кВ и 6кВ. Для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций предусмотрено питание части потребителей от дизель-генераторов.
На ГЭС установлены два автотрансформатора типа АОДЦТН-167000/500/220-У1 производства «ЗТЗ» Украина. Оперативное наименование – 1АТ, 2АТ. Каждый АТ состоит из трех однофазных аппаратов со схемой и группой соединения обмоток Yн авто/Δ-0-11. Силовой масляный однофазный, общего назначения со встроенным регулированием напряжения под нагрузкой на стороне 220 кВ, с принудительной циркуляцией масла и охлаждаемого воздухом. Предназначены АТ для обеспечения связи электрических сетей напряжением 220 и 500 кВ. Кроме того, к обмотке НН АТ подключена часть потребителей общестанционных собственных нужд У-ИГЭС.
На ГЭС установлены маслонаполненные двухобмоточные трансформаторы типа:
- ТЦ- 630000/220/15,75 (оперативное наименование — 1Т, 2Т);
- ТЦ- 630000/500/15,75 (оперативное наименование — 3Т ÷ 8Т);
- ТДНС-10000/35/6,3 (оперативное наименование — 101Т, 102Т, 103Т).
- СОСТАВ ТРЕНАЖЕРА.
- Модель объекта и режимы работы.
В состав тренажера входят математические модели:
- гидравлической части гидроагрегата;
- тепломеханической части гидроагрегата;
- электрическая схема блока генератор-трансформатор;
- главная электрическая схема станции;
- электрическая схема питания собственных нужд станции;
- трансформаторы и автотрансформаторы;
- система аварийной и предупредительной сигнализации;
- РЗиА.
Математические модели гидравлической и тепломеханической частей гидроагрегатов, работы вспомогательного оборудования ГЭС состоят из дифференциальных уравнений, основанных на рассмотрении физической природы процессов, то есть стандартных балансовых уравнений, а количественные зависимости и направленность процессов определяются законами термодинамики, гидродинамики и т.д. Зависимости между параметрами связей однозначно и единообразно описываются уравнениями энергетического, расходного и гидравлического балансов в элементах оборудования.
В состав тренажёра также входят математические модели генератора, системы возбуждения, электрической цепи, средств РЗА, трансформаторов, коммутационных аппаратов, электродвигателей и упрощённая модель энергосистемы при работе на длинную линию;
Модели гидрогенераторов реализованы на основе системы дифференциальных уравнений Парка-Горева и описывают работу генераторов в синхронном, асинхронном и двигательном режимах с непрерывным переходом из одного режима в другой.
Модель электрической цепи основана на системе дифференциальных уравнений, выражающих законы Кирхгофа, и описывает динамику напряжения, токов и частоты во всех режимах, включая аварийные.
В общем, математическая модель данного объекта, а именно модель гидроэлектростанции с полным комплексом гидравлического, энергетического и электротехнического оборудования воспроизводит все режимы работы оборудования при любых переключениях в схеме электростанции, при выработке и регулировании мощности в энергосистеме, в пусковых и остановочных режимах гидроагрегатов, а также аварийные режимы, которые задаются с помощью вводных с пульта инструктора. Это короткие замыкания на линиях, шинах, в трансформаторах, генераторе, на присоединениях, отказы в работе гидравлического оборудования.
- Модель системы управления.
В Тренажере по оперативным переключениям ГЭС за основу для моделирования взята система управления оборудованием, существующая на ГЭС. Мнемосхемы управления гидроагрегатами, распредустройств 500, 220, 35 15 кВ, собственных нужд визуально полностью идентичны станционным.
Модель системы управления тренажера позволяет управлять объектами гидромеханической и главной электрической схемы станции, контролировать текущее состояние параметров и оборудования, срабатывание защит и сигнализации в таком же представлении, как и на реальной системе ГЭС, привычной для персонала, в объеме, необходимом для проведения обучающих тренировок.
Согласно Техническому проекту, в интерфейсе тренажера реализованы следующие системы управления ГЭС: АСУБ1-8, АДВ, ГРАРМ, ЦПУ, управление с местных и релейных щитов ГА, трансформаторов, РЗиА, СН и другого оборудования гидростанции.
На мнемосхемы тренажера, взятые из АСУ ТП станции, для удобства переходов между управляющими элементами оборудования одной системы и их локализации, дополнительно выведены области и кнопки вызова управляющих окон шкафов защит, сборок питания, выключателей, блоков управления оборудованием.
При вызове с экрана такого элемента, появляется соответствующее диалоговое окно, в котором присутствуют все необходимые функции для работы с данным элементом и отражающие его состояние.
Для выполнения некоторых обязательных действий, не предусмотренных системой АСУ, например, осмотр, визуальная проверка включенного или отключенного состояния разъединителя, заземляющих ножей, состояния выключателей и т.д., а также для соответствия возможных действий оперативного персонала реальным, в тренажере, помимо модели АСУ, предусмотрены некоторые дополнительные функции по управлению оборудованием.
Например, управление коммутационными аппаратами смоделировано таким образом, что их включение и отключение (разъединителей, заземляющих ножей) можно было бы осуществлять как с помощью АСУ, так и через местные щиты ячеек ОРУ.
Шкафы управления, РЗиА, сборок питания выполнены по фотографиям ячеек и имеют управляющие элементы (ключи, кнопки) такие же, что и в реальности. Местные щиты содержат информацию о состоянии оборудования ячеек и служат для перехода к управлению коммутационным оборудованием и его осмотру (см. рис.3.)
Кроме управляющих элементов на мнемосхемы тренажера выведены динамические параметры схем: напряжения на шинах, ВЛ, трансформаторах, токи по линиям, активные и реактивные мощности и т.д. Состояние этих параметров зависит от состояния схемы и меняется сразу же при ее изменении. В случае выхода параметров за верхние или нижние границы – срабатывает предупредительная или аварийная сигнализация, может произойти аварийное отключение.
Одна из основных функций в модели системы управления тренажера и не входящая в состав АСУ – это ведение телефонных переговоров с диспетчером. В случае необходимости переключений в схеме, оператор обязан по телефону связаться с диспетчером для получения разрешения на то или иное действие, отчета о произведенных переключениях. Проведение телефонных переговоров выполнено в форме диалога, то есть на каждое свое обращение оператор получает ответ и указания о дальнейших действиях.
При обслуживании электрооборудования важное место занимают технические меры по технике безопасности. Имеются ввиду переключения электрооборудования, выполнение мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению коммутационных аппаратов, установка защитного заземления, вывешивание плакатов по ТБ.
Вывешивание плакатов на переключающем электрооборудовании – одно из основных требований, обеспечивающих безопасность людей в электроустановках, реализовано в тренажере. При работе по сценариям по выводу установки в ремонт или проведении противоаварийных тренировок контролирующая программа тренажера фиксирует каждый вывешенный плакат и его соответствие месту. За неправильные действия по таким операциям будут начислены штрафные баллы.
Указатели высокого напряжения по уровням напряжения выполнены для определения наличия напряжения на токоведущих частях электрооборудования и линиях электропередач. Внешне похожи на реальные, имеют сигнальную лампу и находятся в составе электроинструментов тренажера.
Модель системы защит включает следующие модели:
- защиты гидроагрегатов;
- защиты гидрогенераторов;
- защиты трансформаторов;
- защиты линий;
- защиты шин.
Модель системы защит воспроизводит работу защит оборудования в аварийных ситуациях и при повреждениях оборудования на гидроэлектростанции. Реализация модели защит проводилась на основе технической документации, предоставленной ГЭС, и в достаточной мере точно имитирует их работу.
Управление защитами гидроагрегатов входит в систему АСУГ и осуществляется из отдельной мнемосхемы «Управление накладками», найти которую возможно в иерархической таблице тренажера. В данной подсистеме содержатся защиты по давлению в котле МНУ, температурам сегментов подшипников и подпятника ГА, от разгона ГА, пожаротушению и др., выполненные для каждого из восьми гидроагрегатов.
Информация о сработавших защитах представляется в специальном отдельном окне аварийной и предупредительной сигнализации системы АСУГ, а также в общем списке центральной сигнализации.
Управление электрическими защитами ГЭС тренажера происходит из шкафов резервных и основных защит, УРОВ, расположенных на мнемосхемах АСУБ1-8 – для защит генераторов и блочных трансформаторов и схемах релейного щита 500 и 220 кВ, выполненных в соответствии с планом расположения шкафов РЗ на РЩ и максимально приближенных к реальным. Шкафы защит имеют идентификационные номера такие же, как их маркировка на электростанции и узнаваемы на схемах тренажера, изображаются в виде кнопок и областей перехода. В момент срабатывания защиты подают сигнал желтого цвета совместно со звуковой сигнализацией. Сигналы и ключи в шкафах защит отрабатывают аналогично реальным. Отображение информации по защитам и другим системам тренажера повторяет интерфейс АСУ объекта и дает возможность проводить обучение персонала в условиях, приближенным к рабочим.
Реализована модель блокировок, имеющихся на гидроэлектростанции. Сюда входят блокировки основного и вспомогательного оборудования ГА, разъединителей и выключателей, заземляющих ножей главной электрической схемы и СН. Информация о действующей блокировке коммутационного аппарата находится в управляющем окне данного аппарата и описывает условия ее действия.
- Модель аварийной и предупредительной сигнализации.
Кроме сигнализации в системах АСУБ, АДВ и др. срабатывание аварийной и предупредительной сигнализаций отображается в отдельном специальном окне в виде табло. Каждая строка этого табло – одно сигнализационное сообщение с соответствующими характеристиками: наименованием, временем срабатывания, указанием объекта срабатывания и устройства срабатывания. Кроме того, сработавшая сигнализация фиксируется в протоколе аварийных сообщений и записывается в отдельный файл.
- УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА.
- Модели сценариев тренировок.
Набор сценариев тренировок представляет собой дополнительные программы, позволяющие обучать персонал по бланкам переключений, а также по основным операциям в управлении оборудованием (вывод в ремонт, ввод в работу и т.д.)
Модель сценария – это программное пошаговое описание набора необходимых действий оператора в определенной последовательности для выполнения тренировочного задания по сценарию. В процессе прохождения задания модель отслеживает и фиксирует выполняемые оператором действия по пунктам из бланка переключений или задания. В случае правильного выполнения всех описанных в бланке шагов в заданной последовательности и достижения требуемого состояния оборудования, модель сценария заканчивает свою работу и выдает сообщение об успешном прохождении тренировочного задания.
На данный момент в тренажере имеется 30 автоматизированных сценариев, охватывающих весь спектр электротехнического оборудования ГЭС и представленных в виде бланков. При выполнении каждого шага по бланку оператор должен проставить галочку, также как и при выполнении реальных переключений и затем перейти к следующему шагу.
Перечень сценариев тренировок тренажера
по оперативным переключениям ГЭС
- Вывод в ремонт генератора 11Г
- Ввод в работу генератора 11Г
- Вывод в ремонт трансформатора 6Т
- Ввод в работу трансформатора 6Т
- Вывод в ремонт автотрансформатора 2АТ
- Ввод в работу автотрансформатора 2АТ
- Вывод в ремонт трансформатора собственных нужд совместно с секцией 0,4 кВ
- Ввод в работу трансформатора собственных нужд
- Вывод в ремонт ВЛ 220 кВ У (ВЛ-247)
- Ввод в работу ВЛ 220 кВ (ВЛ-247)
- Вывод в ремонт ВЛ 500 кВ (ВЛ-571)
- Ввод в работу ВЛ 500 кВ (ВЛ-571)
- Вывод в ремонт выключателя 220 кВ
- Ввод в работу выключателя 220 кВ
- Вывод в ремонт выключателя 500 кВ
- Ввод в работу выключателя 500 кВ
- Вывод из работы IСШ 220 кВ
- Ввод в работу IСШ 220 кВ
- Ввод в работу IIСШ 220 кВ
- Вывод из работы IIСШ 220 кВ
- Вывод из работы 1С 500 кВ
- Ввод в работу 1С 500 кВ
- Вывод из работы 2С 500 кВ)
- Ввод в работу 2С 500 кВ
- Вывод в ремонт ТН-1С 500кВ
- Ввод в работу ТН-1С 500кВ
- Вывод в ремонт 1СШ 35кВ
- Ввод в работу 1СШ 35кВ
- Вывод в ремонт КРУ-6 кВ 1С
- Ввод в работу КРУ-6 кВ 1С
Модель вводных – это математическое описание различного рода внешних возмущений, производимых с пульта инструктора. К ним относятся отказы в работе как электротехнического оборудования – выключателей, повреждения на линиях, шинах, в трансформаторах, генераторах, так и в работе гидромеханических систем – засорение фильтров, снижение давления масла в системе МНУ, отказы в действии защит и др. Для работы с вводными предусмотрены специальные управляющие окна, в которых инструктор по своему усмотрению задает различные нештатные ситуации, позволяющие подготавливать персонал электростанции к парирующим действиям.
Эта функция тренажера позволяет формировать противоаварийные сценарии тренировок, с последующим анализом действий обучаемого.
Перечень вводных аварийных ситуаций тренажера по оперативным переключениям ГЭС
Короткое замыкание на выводах трансформаторов:
- Трансформатор 1АТ
- Трансформатор 2АТ
- Трансформатор 1Т
- Трансформатор 2Т
- Трансформатор 3Т
- Трансформатор 4Т
- Трансформатор 5Т
- Трансформатор 6Т
- Трансформатор 7Т
- Трансформатор 8Т
- Трансформатор 11Т
- Трансформатор 12Т
- Трансформатор 13Т
- Трансформатор 14Т
- Трансформатор 15Т
- Трансформатор 16Т
- Трансформатор 17Т
- Трансформатор 18Т
- Трансформатор 101Т
- Трансформатор 102Т
- Трансформатор 103Т
Короткое замыкание на выводах генераторов:
- Генератор 1Г
- Генератор 2Г
- Генератор 3Г
- Генератор 4Г
- Генератор 5Г
- Генератор 6Г
- Генератор 7Г
- Генератор 8Г
- Генератор 9Г
- Генератор 10Г
- Генератор 11Г
- Генератор 12Г
- Генератор 13Г
- Генератор 14Г
- Генератор 15Г
- Генератор 16Г
Короткое замыкание на шинах:
- 1С-500 кВ
- 2С-500 кВ
- СВ 1-3 500 кВ
- СВ 2-4 500 кВ
- IСШ-220 кВ
- IIСШ-220 кВ
- IСШ-35 кВ
- IIСШ-35 кВ
- IIIСШ-35 кВ
- ШСВ-220 кВ
- 1 секция 6 кВ
- 2 секция 6 кВ
- 3 секция 6 кВ
- 4 секция 6 кВ
- 5 секция 6 кВ
- 6 секция 6 кВ
Короткое замыкание на воздушной линии:
- ВЛ-500 кВ №1
- ВЛ-500 кВ (ВЛ-571)
- ВЛ-220 кВ (ВЛ-245)
- ВЛ-220 кВ (ВЛ-246)
- ВЛ-220 кВ (ВЛ 220кВ — А)
- ВЛ-220 кВ (ВЛ 220кВ — Б)
- ВЛ-220 кВ №2
- ВЛ-220 кВ (ВЛ-247)
- ВЛ 220 кВ (ВЛ-248)
- Короткое замыкание на генераторном напряжении 15,75 кВ:
- Генераторы :1Г,2Г
- Генераторы:3Г,4Г
- Генераторы:5Г,6Г
- Генераторы:7Г,8Г
- Генераторы:9Г,10Г
- Генераторы:11Г,12Г
- Генераторы:13Г,14Г
- Генераторы:15Г,16Г
Отказ в работе выключателей (аварийные ситуации шт.), действия УРОВ:
- Выключатели ОРУ-500 кВ(14шт.)
- Выключатели ОРУ-220 кВ(13шт.)
- Выключатели РУ-35 кВ (4шт.)
- Выключатели ГРУ-15,75 кВ(16 шт.)
- Выключатели и выкатные элементы КРУ-6,3 кВ(20шт.)
Аварийные ситуации в работе гидротехнического оборудования.
- Засорение фильтра технического водоснабжения.
- Самопроизвольное закрытие задвижки технического водоснабжения.
- Ухудшение или прекращение смазки подшипников турбины.
- Засорение фильтров в сливном баке МНУ.
- Повышение уровня воды на крышке турбины.
- Повышение вибрации турбины.
- Поломка срезных пальцев рычагов НА.
- Отказ действия защиты от разгона.
- Частичная или полная потеря напряжения собственных нужд при нормальной работе гидроагрегатов
- Неисправность системы регулирования гидрогенераторов
- Неисправность технологических защит, действующих на останов агрегата
- Нарушение нормальной работы вспомогательного оборудования
- Пожар в генераторе
- Повышение температуры сегментов подпятника, верхнего и нижнего генераторного подшипников выше уставок защит на останов агрегата
- Повышение частоты вращения ротора гидроагрегата выше 150 об/мин
- Повышение/понижение уровней масла в ваннах подпятника, верхнего и нижнего генераторного подшипников
- Выход из строя системы регулирования турбины
- Снижение давления масла в котле МНУ ниже 33 атм.
- Выброс масла из маслоприёмника и попадание его на кольца и щётки возбуждения
- Контролирующая программа.
Работает в течение всего процесса тренировки и фиксирует ошибки, произведенные оператором за время работы на тренажере. Происходит начисление штрафных баллов при отклонении значений текущих параметров от допустимых с учетом правильного (или неправильного) выполнения определенных операций. Количество начисленных баллов зависит от характера и весомости нарушения.
Все возможные нарушения заносятся в список нарушений. В данном списке указаны критерии нарушений, количество штрафных баллов по каждому критерию и время задержки наложения штрафа. То есть, для некоторых нарушений предоставляется определенное количество времени на их устранение.
Регистрация произведенных оператором ошибок, в результате работы контролирующей программы, происходит в протоколе контроля с указанием момента времени совершения нарушения и количеством начисленных за него штрафных баллов.
Программа тренажера формирует следующие протоколы:
— контроля;
— действий оператора;
— аварийных сообщений;
— действий автоматики;
— действия защит;
— первопричины защит.
Каждое событие, совершенное при работе оператора на тренажере, фиксируется по времени и заносится в соответствующий протокол.
Это позволяет инструктору следить за процессом обучения, анализировать причины ошибок оператора и давать соответствующие наставления и рекомендации.
В тренажере имеется архив технической документации, используемой на электростанции, по работе систем главной электрической схемы. Это основные инструкции, обращение к которым производится нажатием одной клавиши. При необходимости получения справочной информации оператор в любой момент может обратиться к этому архиву. Исключение составляет экзаменационный режим, в котором отключаются все подсказки.
