ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Полное наименование системы: «Тренажер оперативных переключений в электрической схеме тяговой подстанции 110/27,5/10 кВ».

Условное обозначение: «Тренажер тяговой подстанции 110/27,5/10 кВ».

Год выпуска: 2021 год.

Компьютерный тренажер по оперативным переключениям в схеме тяговой подстанции воспроизводит процессы, имеющие место на реальной подстанции. На основе всережимной математической модели процессов в электротехническом оборудовании моделируется работа тяговой подстанции, алгоритмов управления и защит, имитируется управление с операторской станции АСУ ТП. Тренажер является средством обучения, предэкзаменационной подготовки и экзаменационного тестирования оперативного персонала тяговой подстанции.

Основные задачи обучения, решаемые при использовании тренажера по оперативным переключениям, следующие:

• овладение навыками оперативной деятельности в нестационарных, аварийных и нормальных режимах, обеспечивающих наилучшие показатели работы всего оборудования и его сохранность. Формируемые при этом знания и навыки должны служить только задаче принятия наилучших оперативных решений при управлении оборудованием;
• поддержание у человека при всех условиях производственной деятельности высокой готовности к действию. Степень готовности к действию – важнейший показатель надежности человека как звена системы управления, так как она определяет эффективность и своевременность управления процессом в штатных ситуациях. Вместе с тем, наиболее сложной и ответственной функцией деятельности человека является управление оборудованием в случае резких изменений режимов, приводящих к аварийному состоянию. В этом случае человек-оператор должен принимать ответственные решения, как правило, в условиях неполной информированности, неопределенности и дефицита времени.

Тяговые подстанции электрифицированных железных дорог представляют собой электроустановки, предназначенные для комплексного электроснабжения (электрической тяги поездов), устройства для питания сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), нетяговых потребителей,  ж/д и нежелезнодорожных промышленных сельскохозяйственных потребителей (районные потребители).

В качестве объекта-прототипа моделируется тяговая отпаечная подстанция 110/27,5/10 кВ с управлением на базе установленной АСУ ТП фирмы «Siemens».

Подстанция питается от Целиноградской главной понизительной подстанции ЦГПП по двухцепной ЛЭП-110кВ «ЦГПП-Западная цепь левая» и «ЦГПП-Западная цепь правая». На ЦГПП установлены воздушные выключатели, оборудование АПВ.

По роду тока (система электрической тяги) ТП классифицируется как подстанция переменного тока 27,5 кВ.

По роли и назначению в электрической схеме питающей энергосистемы-  отпаечная.

По значению питающего напряжения — 10, 27,5, 110 кВ;

ОРУ-110 кВ представляет собой две системы шин, соединенных секционным выключателем.  Шины питаются от соответствующих ЛЭП 110 кВ и далее через силовые трансформаторы типа ТДНТЖ-40000кВА, которые понижают подводимое напряжение 110 кВ до 27,5 и 10 кВ, через распределительные устройства 27,5; 10 кВ проводится распределение электроэнергии по зонам питания тяговой сети, линии АБ (автобокировки) и районных потребителей.

Подстанция питает:

• 10 фидеров 27,5 кВ контактной сети (ФКС);
• 3 фидера 27,5 кВ ДПР (два провода рельса);
• 2 фидера 10 кВ АБ (СЦБ – сигнализация, централизация, блокировки);
• 6 фидеров 10 кВ для питания районных потребителей.

ОРУ-27,5 кВ состоит из двух систем шин с обходной. Первая и вторая СШ соединяются секционными разъединителями СР-1 и СР-2. 1 СШ включает ячейки с 1 по 12, 2СШ – с 13 по 23. Каждая система имеет вводную ячейку от трансформатора 110/27,5/10, отводящую ячейку ТСН, пять фидеров контактной сети, ТН и ячейки ДПР – две на 1СШ 27,5 кВ и одну на 2 СШ 27,5 кВ.

Линейные разъединители 27,5 кВ располагаются на ОРУ, а шинные выполнены в пределах ячейки 27,5 кВ вместе с соответствующими выключателями и расположены в блочно-модульном здании.

ОРУ-10 кВ представляет из себя две системы шин, объединяющихся через секционный выключатель. Каждая СШ имеет рабочий ввод от трансформатора 110/27,5/10 и отводящие рабочие и резервные фидеры 10 кВ в количестве 11 штук. В тренажере нагрузку каждого фидера можно изменить вручную в большую или меньшую сторону.

На подстанции проводилась модернизация оборудования ОРУ-110 кВ и 27,5, с заменой старого оборудования на оборудование нового поколения фирмы «Siemens».

В блочно-модульных зданиях (БМЗ) установлены распределительные ячейки со встроенным вакуумным выключателем и системой микропроцессорной защиты.

Состав тренажера:

В состав тренажера «Тяговой подстанции 110/27,5/10 кВ» входят:

1. Следующий графический материал:

1.1. Схема электрических соединений. Мнемосхема изображает оперативную электрическую схему тяговой подстанции и предусматривает возможность управления коммутационными аппаратами, мониторинга основных параметров и состояния переключающих устройств схемы.

Отражены все присоединения на шинах, выведены параметры частоты, напряжений на шинах, мощностей и токов по присоединенным линиям, через трансформаторы.

1.2. Мнемосхема ОРУ 110 является экранной копией схемы ОРУ-110 из управляющей АСУ ТП подстанции с таким же набором функций и топологией, как в реальности. Позволяет вызывать детальные экраны вводных и отходящих ячеек с возможностью управляющих воздействий в объеме использования дежурным персоналом, экраны управления РПН трансформаторов, переключаться между режимами управления электрооборудованием Местный/Удаленный, задавать температуру наружного воздуха, осуществлять переходы на экранные схемы ОРУ-27,5, ОРУ-10 кВ.

 Для производства операций с коммутационными аппаратами непосредственно на ОРУ предусматриваются кнопки перехода «МЩ», открывающие внешний вид устройства, его текущее состояние, а также местный шкаф управления данным устройством, выполненный по фотографиям с объекта, с оживленными переключателями и кнопками. Переключения по месту (на ОРУ) возможны при положении ключа выбора режима управления «Local». В случае выполнения переключений через операторскую систему управления (через АСУ ТП) ключ выбора режима должен находиться в положении «Remote».

Все графические элементы (выключатели 110 кВ, разъединители 110 кВ,  трансформаторы) изображены по фотографиям реальных объектов, установленных на подстанции.

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.

1.3. Мнемосхема ОРУ-27,5 кВ. Повторяет экранную схему ОРУ-27,5 кВ управляющей АСУ ТП с реализацией функциональных возможностей в рамках использования обслуживающим персоналом подстанции.

Позволяет выполнять переходы на детальные экраны ячеек, отображающие их текущее состояние: цепи управления, сработавшие защиты и другие подробные характеристики ячеек. Существует возможность ввода команд на включение, отключение, блокировку коммутационного аппарата как из интерфейса АСУ ТП, так и по месту через кнопку «МЩ».

Внешний вид ячеек в тренажере соответствует реальному и исполнен по фотографиям с объекта. Управление переключающими устройствами, изменение положения тележки в ячейке, взвод пружины выключателя, срабатывание аварийной и предупредительной сигнализации и другие операции в ячейке моделируются как в реальности, соответственно текущему положению, а модель тренажера адекватно рассчитывает все параметры схемы исходя из созданного режима.  

Кроме того, имеется возможность изменения нагрузки на отходящих фидерах, что позволяет моделировать и настраивать режимы энергопотребления на ТП.

1.4. Мнемосхема КРУН-10 кВ является копией экрана 10 кВ операторской среды АСУ, повторяет ее топологическую и функциональную структуру. Управление и представление переключающих устройств и сигнализации соответствует имеющимся в жизни, выполненным по фотографиям реальных ячеек, а также дублируется через управляющий интерфейс АСУ ТП.

Так же, как и в системе АСУ ТП, выполняются переходы на детальные экраны ячее КРУ-10 кВ, отображающие их текущее состояние: цепи управления, сработавшие защиты и другие подробные характеристики ячеек. Существует возможность ввода команд на включение, отключение, блокировку коммутационного аппарата как из интерфейса АСУ ТП, так и по месту через кнопку «МЩ».

Математическая модель при этом рассчитывает любые состояния электрической схемы и соответствующим образом реагирует на все переключающие воздействия эксплуатирующего персонала, в том числе и несанкционированные.

Это позволяет не только проводить тренировки по бланкам переключений и другим номинальным операциям, но и использовать тренажер в качестве исследовательского средства для прогнозирования развития аварий и других нештатных ситуаций.

1.5. Трансформаторы Т-1, Т-2.

Управление трансформаторами в тренажере осуществляется через АСУ ТП и выполнено аналогично реальному. Регулирование напряжения производится путем вызова соответствующего интерактивного окна, изменяющего значение коэффициента трансформации в ту или иную сторону. Показатели работы трансформаторов такие, как температура,  давление и уровень масла в маслобаке, целостность изолирующих устройств проверяются по месту на ОРУ.

1.4. Мнемосхема линейных выключателей.

Мнемосхема отражает состояние питающих линий 110 кВ тяговой подстанции с указанием значений основных параметров по ЛЭП-110 (активная и реактивная мощности, напряжение, ток) с индикацией положения  выключателей линий как со стороны тяговой подстанции, так и со стороны главной понизительной подстанции (ЦГПП). При возникновении аварии (короткого замыкания) на линии защита будет оказывать действие на оба выключателя.

1.7. Защиты и сигнализация 110, 27,5, 10 кВ.

Релейные защиты и блокировки, АВР элементов электрической схемы в тренажере выполнены по инструкциям, картам уставок защит и блокировок с подстанции. Моделируются защиты трансформаторов Т1, Т2, ТСН-1, ТСН-2, ТС-1, ТС-2; ЛЭП 110 кВ, фидеров 27,5 и 10 кВ, защиты шин, УРОВ 110, 27,5, 10 кВ.

Выполнены блокировки управления (снятие и включение всех блокировок), блокировки ячеек 10, 27,5 кВ, блокировки выключателей, разъединителей 110 кВ, АВР секционных выключателей и др.

При срабатывании любой из защит включается свето-звуковая сигнализация, отключается соответствующее электрооборудодование, в панелях (ячейках) отключенного защитой оборудования, срабатывают соответствующие блинкеры, а в системах сигнализации и сбора событий фиксируются все аварийные сообщения, по которым можно проанализировать и установить причину произошедшей аварии или отключения. 

Квитирование действующих и ушедших сообщений происходит нажатием соответствующих кнопок.

1.8. Средства для ведения телефонных переговоров.

1.9. Средства для проведения обходов, осмотров оборудования.

1.10. Средства по технике безопасности.

1.11. Средства индивидуальной защиты.

2. Всережимная математическая модель электрической схемы станции.
3. Модель защит, блокировок, сигнализаций и автоматики.
4. Модель АСУ ТП «Siemens».
5. Модели электрооборудования 110, 27,5, 10 кВ.
6. Развитая конфигурация сети.
7. Пульт инструктора.
8. Комплект аварийных ситуаций (задание с помощью специальной таблицы вводных).
9. Комплект автоматизированных сценариев тренировок с оценкой.
10. Сохранение режимов и запуск тренажера из любого сохраненного состояния, откат режима.
11. Протоколирование: действий оператора, ошибок, сигнализаций, защит, блокировок.
12. Система поддержки оператора.
13. Простота запуска и выключения тренажера.
14. Оптимизация программного обеспечения (с применением современных информационных технологий и современных методов моделирования) с возможностью установки тренажера на одном компьютере.

Математическое описание тренажера.

В состав тренажера входят математические модели:

• электрической цепи;
• трансформаторов;
• коммутационных аппаратов;
• средств РЗА.

Модель электрической цепи основана на системе дифференциальных уравнений, выражающих законы Кирхгофа, и описывает динамику напряжений, токов и частоты во всех режимах, включая аварийные.

В состав математического описания тренажера входят следующие подсистемы:

1. ОРУ-110 кВ.
2. ОРУ-27,5 кВ.
3. КРУ-10 кВ.
4. Трансформатор Т-1.
5. Трансформатор Т-2.
6. Трансформатор ТСН-1.
7. Трансформатор ТСН-2.
8. Релейные защиты.
9. Сигнализация.

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 28 автоматизированных сценариев, охватывающих весь спектр электротехнического оборудования тчговой подстанции 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.

1. Вывод в ремонт трансформатора ТП-1.
2. Включение в работу трансформатора ТП-1.
3. Вывод в ремонт 1 секции шин 110 кВ.
4. Включение в работу 1 секции шин 110 кВ.
5. Вывод в ремонт ТСН-1 без перерыва питания.
6. Включение в работу ТСН-1 без перерыва питания.
7. Вывод в ремонт ВВ АБ-1 10 кВ.
8. Включение в работу ВВ АБ-1 10 кВ.
9. Вывод в ремонт ВВ ТС-1 БМЗ-СЦБ без перерыва питания на линии АБ-1.
10. Включение в работу ВВ ТС-1 БМЗ-СЦБ без перерыва питания на линии АБ-1.
11. Вывод в ремонт 1 секции шин БМЗ-27,5 кВ.
12. Включение в работу 1 секции шин БМЗ-27,5 кВ.
13. Вывод в ремонт 1 секции шин БМЗ-27,5 кВ и ОРУ-27,5 кВ с заземлением отходящей линии.
14. Включение в работу 1 секции шин БМЗ-27,5 кВ и ОРУ-27,5 кВ.
15. Вывод  в ремонт ВВ ввода 27,5 кВ ТП-1.
16. Включение в работу ВВ ввода 27,5 кВ ТП-1.
17. Вывод в ремонт ВВ ФКС 27,5 кВ с перерывом питания.
18. Включение в работу ВВ ФКС 27,5 кВ с перерывом питания.
19. Вывод в ремонт ВВ ДПР-1.
20. Включение в работу ВВ ДПР-1.
21. Вывод в ремонт ТН-27,5 кВ 1 секции шин.
22. Включение в работу ТН-27,5 кВ 1 секции шин.
23. Вывод в ремонт ВВ фидера 10 кВ.
24. Включение в работу ВВ фидера 10 кВ.
25. Вывод в ремонт ВВ ввода 10 кВ ТП-1 (при условии работы обеих секций раздельно от каждого ввода).
26. Включение в работу ВВ ввода 10 кВ ТП-1 (при условии работы обеих секций раздельно от каждого ввода).
27. Вывод в ремонт 1 секции шин 10 кВ (при включенном СВВ).
28. Включение в работу 1 секции шин 10 кВ (при включенном СВВ).

Кроме базовых сценариев тренировок, тренажер позволяет организовывать тренинг оперативного персонала по типовым бланкам переключений, не вошедшим в вышеуказанный перечень. Такая возможность достигается благодаря наличию в тренажере контролирующей программы, отслеживающей ошибочные действия и оценивающей степень серьезности совершенного нарушения.

В данном случае по количеству штрафных баллов в протоколе контроля, а также при помощи протоколов действий оператора, аварийных сообщений, действий автоматики, произошедших за время тренировки, инструктор самостоятельно оценивает качество прохождения задания.

По данной схеме обучения инструктор может формировать любые задания на тренировку, даже не обращаясь к бланкам переключений (в том числе операции с гидромеханическим оборудованием)

Модель вводных.

Модель вводных – это математическое описание различного рода внешних возмущений, производимых с пульта инструктора. К ним относятся отказы в работе электротехнического оборудования – выключателей, повреждения на линиях, шинах, в трансформаторах, генераторах, 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.

Данная функция тренажера позволяет формировать противоаварийные сценарии тренировок, с последующим анализом действий обучаемого.

В тренажер включен стандартный набор аварийных ситуаций, выполненный в виде таблицы вводных, служащих для подготовки оперативного персонала к парирующим действиям:

• короткие замыкания, в том числе однофазные и межфазные, на всех линиях 110, 27,5, 10 кВ, шинах, трансформаторах;
• отказы в работе любых коммутационных аппаратов, защит, блокировок.

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.

Протоколы.

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.

 

 

 

Инструкции.

В тренажере имеется архив технической документации, используемой на подстанции, по работе систем электрической схемы. Это инструкции по эксплуатации, оперативные схемы, карты защит и т.п., 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.

Установка тренажера

Установка тренажера может быть произведена на компьютеры удовлетворяющие минимальным техническим требованиям:

• Операционная система Microsoft Windows 11/10/8/7/Vista/XP.
• процессор с частотой не мене 2ГГц;
• оперативная память емкостью не менее 4Гб;
• свободная дисковая память емкостью не менее 2 Гб;
• видеокарта с внутренней памятью не менее 128 Мб;
• монитор с разрешением не менее 1920×1080 (рекомендуемое разрешение 1920×1200), для удобства работы с тренажером рекомендуется использовать два или более мониторов;
• звуковая карта и колонки;
• клавиатура, мышь;
• сетевая карта 100Мбит (для сетевого варианта Тренажера).

Для работы сетевой версии тренажера необходимо минимум два компьютера соединенных в сеть пропускной способностью не менее 100Мбит/с.

Для печати протоколов, графиков, заданий к тренажеру и документации рекомендуется использовать цветной лазерный принтер.

Процедуры при первоначальной установке тренажера:

1. Установка и настройка сервера баз данных MySQL (строго по Инструкции)
2. Установка программного обеспечения тренажера
3. Первоначальный запуск и регистрация тренажера ПГУ у разработчика (отправка и получение активационного кода)

Эксплуатация и обслуживание тренажера

При возникновении неисправностей в ходе эксплуатации ПО, рекомендуется сделать следующее:

1. Перезагрузить компьютер. Перезагрузите компьютер и попробуйте запустить тренажер. Если все получилось, то скорее всего это был временный сбой вызванный зависанием программы в памяти компьютера. Если перезагрузка не помогла, то скорее всего повреждена база данных.
2. Поэтому придется восстановить базу данных. Для этого необходимо выполнить от имени администратора команду:

«c:\Program Files (x86)\MySQL\MySQL Server 5.1\bin\mysqlcheck» -u root —password=ХХХХ —auto-repair —check —optimize —all-databases

Вместо XXXX — вставить пароль из инструкции по установке MySQL для тренажера.

Имя каталога должно совпадать с именем каталога в котором у Вас установлен сервер MySQL.

Если восстановить базу данных не получилось, то придется:

3. Переустановить тренажер из имеющегося дистрибутива. Желательно не удалять предыдущую версию тренажера и каталог куда она была установлена — в противном случае придется заново производить активацию тренажера.

Процедуры установки обновленных версий тренажера:

1. Установка обновленных версий программного обеспечения тренажера

Первоначальная установка тренажера производится специалистами АО «ТЭСТ» или системным администратором по выдаваемой инструкции. Дальнейшая установка обновленных версий может производиться  самостоятельно конечными пользователем или системным администратором пользователя тренажера.

Эксплуатация ПО

Вся информация необходимая для эксплуатации тренажера поставляется вместе с тренажером в виде PDF файлов.

Заказать бесплатную демонстрацию тренажера >>>

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Описание объекта.

Полное наименование системы: «Тренажер по оперативным переключениям Кармановской ГРЭС». 

Условное обозначение: «Тренажер Кармановской ГРЭС».

Год выпуска: 2023 год.

ВВЕДЕНИЕ.

Тренажер по оперативным переключениям Кармановской ГРЭС предназначен для подготовки, переподготовки и повышения квалификации оперативного и обслуживающего персонала Кармановской ГРЭС, позволяет формировать и поддерживать на высоком уровне навыки оперативного персонала при производстве переключений в электроустановках станции в нормальном и аварийном режимах работы.

Современный электроэнергетический IT-тренажер, разработанный по принципам современных информационных технологий, соответствующий нормативам (СО153-34.0-12.305-99, СТУ 115.-15-2003), а также российским и международным стандартам качества удовлетворяет следующим требованиям.

IT-тренажер, как система, разделяется на пять основных подсистем:

• средства обучения оперативного персонала;
• средства контроля и анализа процесса обучения;
• средства поддержки обучаемых и инструктора;
• модель энергообъекта;
• служебные средства.

В тренажере, разработанном на базе современных IT-технологий, реализуется искусственное воспроизведение условий и факторов, аналогичных тем, которые имеют место в процессе эксплуатации реального объекта.

Уникальность тренажера заключается не только в применении современных информационных технологий, направленных на усовершенствование программного обеспечения, но и в методике разработки математической модели тренажера, а также организации тренажерной подготовки при обучении кадрового ресурса электростанции.

При проведении обучения и тренировок оперативного персонала тренажер по оперативным переключениям Кармановской ГРЭС выполняет следующие основные задачи:

• отображение рабочих мест, тренирующихся с максимальным приближением к реальным рабочим местам;
• отображение моделируемого оборудования;
• имитация работы электрической схемы ГРЭС (включая ЛЭП), устройств РЗА в любых возможных режимах, в том числе аварийных;
• проведение основных операций оперативного персонала при выполнении работ на работающем и остановленном оборудовании;
• производство на тренажере оперативных переключений в электроустановках, устройствах РЗА в нормальном режиме работы станции и при ликвидации аварий, связанных с технологическими нарушениями, в том числе с изменением режима работы станции;
• протоколирование действий оператора, совершенных им ошибок, сообщений аварийной и предупредительной сигнализации, действия защит, блокировок и автоматики.
• возможность работы по диспетчерскому графику.
• создание любых произвольных режимов работы главной электрической схемы с адекватной ответной реакцией поведения объекта, сохранение режимов, возврат режима в любую промежуточную точку.

Тренажер по оперативным переключениям в электрической схеме КГРЭС служит достижению основных целей подготовки персонала:

• выработке у тренируемых умения оценивать оперативную ситуацию;
• формированию у тренируемого умения находить правильную последовательность операций для решения любых заданий по изменению режима работы оборудования;
• поддержанию профессионального уровня;
• подготовке и проведению сложных переключений в электроустановках;
• проведению соревнований оперативного персонала ГРЭС;
• проведению тренировок в штатных и нештатных режимах;
• моделированию реальных происшествий на ГРЭС, их анализ, исключение ошибок в выполнении последовательности операций тренируемыми для решения задач по переключению в электроустановках и управлении оборудованием.

 

В состав моделируемого оборудования тренажера входят:

‒      Шесть генераторов:

• четыре генератора ТВВ-320 мощностью по 300 МВт;
• два генератора ТВВ-350 мощностью по 350 МВт;

‒      Центральный щит управления с колонками синхронизации;

‒      Шесть блочных щитов управления генераторами с панелями синхронизации;

‒      Шесть релейных щитов генераторов РЩ-ТГ-1÷6;

‒      Щиты возбуждения генераторов ТГ-1÷6;

‒      Панели СН блока ТГ-1÷6;

‒      Релейный щит ОРУ;

‒      Открытое распредустройство 500 кВ;

‒      Открытое распредустройство 110 кВ;

‒      Распредустройство 35 кВ;

‒      Генераторные РУ-20 кВ;

‒      Комплектное распредустройство КРУ 6 кВ;

‒      Распредустройство собственных нужд 0,4 кВ;

‒      Два автотрансформатора 1АТ, 2АТ;

‒      Блочные трансформаторы, ТСН;

‒      АСУ ТП;

‒      Автоматика, блокировки, сигнализация силового и коммутационного оборудования;

‒      Местное и дистанционное управление;

‒      Ячейки КРУ, выключатели, разъединители, ТН,

‒      Сборки питания, шкафы управления и др.

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА-ПРОТОТИПА.

Кармановская ГРЭС – самая мощная тепловая электростанция в Башкирии, расположенная в с. Энергетик (городской округ Нефтекамск) на реке Буй. Была спроектирована и построена с целью использования в качестве топлива местной высокосернистой нефти. В дальнейшем все котлоагрегаты были переведены на сжигание газа. В настоящее время электрическая мощность электростанции составляет 1856,2 МВт.

В составе электростанции шесть блоков с генераторами ТВВ-320-2 и ТВВ-350-2 производства Ленинградского объединения «Электросила» напряжением 20 тыс. вольт, ток статора – 10,2 тыс. ампер, с водяным охлаждением обмотки статора, водородным охлаждением ротора и статора, системой высокочастотного машинного возбуждения.

Блочные силовые трансформаторы изготовлены на Запорожском трансформаторном заводе, напряжением на высшей стороне соответственно 110 и 500 тыс. вольт. Это одни из первых трехфазных трансформаторов на 500 кВ.

Автотрансформаторы связи ОРУ 110 — 500 кВ 1АТ и 2АТ.

ОРУ 110 имеет одиннадцать линий связи с энергосистемой, ОРУ-500 кВ – три.

Генераторы выдают электроэнергию на напряжении 20 кВ.

С трансформаторов электроэнергия передаётся на открытые распределительные устройства (ОРУ) напряжением 500 кВ  и 110 кВ, откуда затем выдаётся в энергосистему по линиям электропередачи.

Для связи между шинами открытых распределительных устройств 110 и 500 кВ смонтированы два автотрансформатора связи. 

В состав главной электрической схемы ГРЭС входят ОРУ 500 кВ, ОРУ 110 кВ, РУ-35 кВ, ГРУ-20 кВ, КРУ-6 кВ, РУ-0,4 кВ, а также автотрансформаторы 1АТ, 2 АТ, блочные трансформаторы, трансформаторы резервного питания 20Т, 30Т.

ОРУ 110 кВ разделено на 2 секции, каждая из которых представляет собой сборную систему шин, выполненных по схеме две СШ с обходной ОСШ. К первой секции присоединяется  шесть ВЛ-110 кВ, блочный трансформатор 1ГТ и автотрансформатор АТ-1. Ко второй – блочный трансформатор 1ГТ, трансформатор резервного питания 20Т, пять ВЛ-110 кВ и автотрансформатор АТ-2.

Для связи первой и второй систем шин ОРУ 110 кВ имеется шиносоединительный выключатель ШСВ-110.

Автотрансформаторы 1АТ и 2АТ применяются для связи между ОРУ-500 кВ и ОРУ-110 соответственно.

ОРУ 500 кВ состоит из двух систем шин и выполнено по полуторной схеме (две системы шин и три выключателя на две цепи) и питается через пять блочных трансформаторов от генераторов ТГ-2 ÷ ТГ-6 без генераторных выключателей. Передача мощности потребителям происходит по трем воздушным линиям электропередачи ВЛ-500 кВ.

Для энергоснабжения собственных нужд предусмотрено КРУ-6 кВ, секции которого 1РА-6РА, 1РБ-6РБ питаются соответственно от трансформаторов собственных нужд 21Т – 26Т, подключенных к главным выводам генераторов, напряжением 20/6 кВ.

Рабочими являются трансформаторы СН блоков 41ТА ÷ 46ТА, 41ТБ ÷ 46ТБ напряжением 6/0,4 кВ.

Каждый из двух трансформаторов СН блока питает две секции 0,4 кВ НА, НВ и НБ, НГ соответственно. РУСН-0,4 кВ НА, НБ разделены секционными автоматами на две полусекции. От одной полусекции питается особо ответственная нагрузка. Ввод от трансформаторовров на секции 0,4 кВ осуществляется через автоматы рабочих вводов.

Резервное питание электрической схемы Кармановской ГРЭС осуществляется через трансформаторы 20Т и 30Т мощностью 32 МВА.

  

2. СОСТАВ ТРЕНАЖЕРА.

2.1.      Модель объекта и режимы работы.

В состав тренажера входят математические модели:

—    генераторов;

—    электрической цепи;

—    трансформаторов;

—    коммутационных аппаратов;

—    устройств РЗА.

Основными составляющими тренажёра являются математические модели генератора, системы возбуждения, электрической цепи, средств РЗА, трансформаторов, коммутационных аппаратов, электродвигателей и упрощённая модель энергосистемы при работе на длинную линию.

Математические модели электрооборудования главной электрической схемы Кармановской ГРЭС состоят из дифференциальных уравнений, основанных на рассмотрении физической природы процессов.

Модели генераторов реализованы на основе системы 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 главной электрической схемы (ГЭСх) электростанции с полным комплексом электротехнического оборудования воспроизводит все режимы работы оборудования при любых переключениях в электрической схеме, при выработке мощности, синхронизации и отключении генераторов от сети, вводах-выводах в работу генераторов, трансформаторов, ЛЭП, систем шин, выключателей, защит, блокировок и т.п., а также в аварийных режимах, задаваемых с пульта инструктора. Такими режимами могут быть короткие замыкания на линиях, шинах, в трансформаторах, на генераторе, присоединениях, отказы в работе электротехнического оборудования.

2.2.      Модель системы управления.

В Компьютерном тренажере оперативных переключений, соответствующем главной электрической схеме Кармановской ГРЭС полномасштабно моделируются   все технологические зоны, обслуживаемые персоналом электрического цеха ГРЭС.

Оперативная диспетчерская схема центрального щита управления выполнена в соответствии с оригиналом и является средством отображения и контроля за состоянием режима работы основного электротехнического оборудования электростанции, общей выработки мощности и потребления.     

Мнемосхемы ОРУ, РУ, КРУ выполнены по оперативным схемам и позволяют проводить переключения всех коммутационных аппаратов, как в дистанционном режиме, так и при местном управлении.

Модель системы управления тренажера позволяет взаимодействовать с объектами главной электрической схемы станции, контролировать текущее состояние параметров и оборудования, срабатывание защит, блокировок и сигнализации. Управляющее оборудование в тренажере выполнено по фотографиям с объекта, оживлено и смоделировано в таком же представлении, как и в реальности на Кармановской ГРЭС, привычном и узнаваемом для персонала.

Согласно Техническому проекту, в интерфейсе тренажера реализованы следующие зоны управления КГРЭС: ЦЩУ, БЩУ, ОРУ, РУ, КРУ, РЩ ОРУ, щиты возбуждения, щиты управления СН, релейные щиты генераторов, трансформаторов, местные шкафы управления выключателями, разъединителями, высоковольтные коммутационные аппараты, ячейки КРУ, панели синхронизации и многое другое.

Интерфейсные управляющие и информационные окна тренажера представляют собой отображение и текущее состояние всех элементов электрической схемы, управляются понятным и доступным для любого уровня компьютерной подготовки оператора щелчком мыши или с помощью активных областей перехода.

Для выполнения некоторых обязательных действий, таких как, осмотр, визуальная проверка включенного или отключенного состояния разъединителя, заземляющих ножей, состояния выключателей, ввод-вывод защит, управление  с местных щитов управления и т.д., а также для соответствия возможных действий оперативного персонала реальным, в тренажере предусмотрены дополнительные функции. 

Например, управление коммутационными аппаратами смоделировано таким образом, что их включение и отключение (разъединителей, заземляющих ножей) можно было бы осуществлять как дистанционно, так и через местные щиты на ОРУ. Для этого предусмотрены кнопки переключения режима управления с местного на дистанционный и обратно. То есть, для выполнения операций на ОРУ, необходимо переключить управление на местное и вызовом на мнемосхеме соответствующего значка коммутационного аппарата открыть его интерактивное изображение с присутствующим здесь же шкафом управления. 

В состав мнемосхем тренажера введены дополнительные управляющие динамические схемы с набором оборудования блочных и релейных щитов управления, панелей ЦЩУ, выключателей с другой стороны воздушных линий электропередач и иного оборудования, необходимого для выполнения операций по бланкам переключений и расширения зоны обслуживания оборудования ГРЭС.

Панели и шкафы управления генераторами, РЗиА, ЦЩУ, РЩ ОРУ, сборок питания, ячеек КРУ выполнены по фотографиям и имеют управляющие элементы (ключи, кнопки, автоматы) такие же, что и в реальности.

При вызове с экрана любого управляющего элемента появляется соответствующее диалоговое окно с изображением реальной панели управления, функционал которой соответствует прототипу и отражает ее текущее состояние в общей схеме.

Кроме управляющих элементов на мнемосхемы тренажера выведены динамические параметры схем: напряжения на шинах, ВЛ, трансформаторах, токи по линиям, активные и реактивные мощности, параметры генераторного оборудования. Показания этих параметров зависят от состояния электрической схемы и режима работы ГЭСх и адекватно реагируют на любые воздействия при их изменении. В случае выхода параметров за верхние или нижние границы – срабатывает предупредительная или аварийная сигнализация с возможным аварийным отключением.

Одна из основных функций в модели системы управления тренажера, не входящая в общую систему управления, – это ведение телефонных переговоров с диспетчером. В случае необходимости переключений в схеме, оператор обязан по телефону связаться с диспетчером для получения разрешения на предстоящие операции или для 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 обеспечению техники безопасности. Имеются ввиду переключения на электрооборудовании, выполнение мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению коммутационных аппаратов, установка защитного заземления, вывешивание плакатов по ТБ, использование средств индивидуальной защиты.

Вывешивание плакатов на переключаемом электрооборудовании – одно из основных требований, обеспечивающих безопасность людей при работе на электроустановках, также 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. Созданы визуально идентичными реальным, имеют сигнальную лампу и находятся в составе электроинструментов тренажера. При проверке напряжения кроме сигнальной лампы тренажер выдает дополнительное сообщение об отсутствии или наличии напряжения на проверяемом участке токопровода.

2.3.      Модель системы защит.

Модель системы защит включает следующие модели:

—    защиты генераторов;

—    защиты трансформаторов;

—    защиты линий;

—    защиты шин.

Модель системы защит воспроизводит работу защит оборудования в аварийных ситуациях и при повреждениях оборудования на электростанции. Реализация модели защит проводилась на основе технической документации, предоставленной Кармановской ГРЭС и в достаточной мере точно имитирует их работу.

Управление электрическими защитами в тренажере производится из шкафов резервных и основных защит, расположенных на релейных щитах, выполнено по фотографиям шкафов РЩ и максимально приближено к реальному. Панели защит имеют идентификационные номера такие же, как их маркировка на электростанции и вызываются с мнемосхем релейного зала тренажера или БЩУ путем нажатия на пиктограмму соответствующей панели. В момент срабатывания защиты мигает сигнал желтого или красного цвета совместно со звуковой сигнализацией. Сигналы, ключи, переключатели и кнопки в шкафах защит отрабатывают аналогично реальным. Отображение информации по защитам и другим системам тренажера повторяет интерфейс АСУ ТП объекта и дает возможность проводить обучение персонала в условиях, приближенным к рабочим.

2.4.      Модель блокировок.

Реализована модель блокировок, имеющихся на электростанции. Сюда входят блокировки основного и вспомогательного оборудования генераторов, разъединителей и выключателей, заземляющих ножей главной электрической схемы и СН. Информация о действующей блокировке коммутационного аппарата находится в управляющем окне данного аппарата и содержит информацию об условиях ее действия.

2.5.      Модель аварийной и предупредительной сигнализации.

В тренажере 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.

3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА.

3.1.      Модели сценариев тренировок.

Набор сценариев тренировок представляет собой дополнительные программы, представляющие собой готовые решения для индивидуальной самостоятельной подготовки, экзаменации и тестирования персонала, а также в любых других формах обучения, позволяющие тренировать персонал по типовым бланкам переключений на электрооборудовании ГРЭС.

Модель сценария – это программное пошаговое описание набора необходимых действий оператора в определенной последовательности для выполнения тренировочного задания по сценарию, которое в отдельных непринципиальных случаях может выполняться с некоторыми допущениями. 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 31 автоматизированный сценарий, охватывающий основной спектр возможных переключений в электрооборудовании КГРЭС и представленный в виде типовых бланков переключений. При выполнении каждой операции по бланку оператор должен проставить галочку в бланке, также как и в жизни при производстве реальных переключений и затем перейти к следующему шагу.

Состав автоматизированных сценариев тренировок тренажера.

1. Вывод из работы блока 1ГТ
2. Ввод в работу блока 1ГТ
3. Вывод из работы блока 3ГТ
4. Ввод в работу блока 3ГТ
5. Вывод в ремонт автотрансформатора 1АТ
6. Ввод в работу автотрансформатора 1АТ
7. Вывод в ремонт трансформатора собственных нужд (20Т)
8. Ввод в работу трансформатора собственных нужд (20Т)
9. Вывод в ремонт ВЛ-110 кВ Закамская-Карманово I цепь с отпайками
10. Ввод в работу ВЛ-110 кВ Закамская-Карманово I цепь с отпайками
11. Вывод в ремонт ВЛ 500кВ Воткинская ГЭС — Кармановская ГРЭС
12. Ввод в работу ВЛ 500кВ Воткинская ГЭС — Кармановская ГРЭС
13. Вывод в ремонт выключателя ВЭ-110 кВ Арлан-2 с заменой на ОВ
14. Ввод в работу выключателя ВЭ-110 кВ Арлан-2
15. Вывод в ремонт выключателя 16В 500 кВ
16. Ввод в работу выключателя 16 В 500 кВ
17. Вывод в ремонт выключателя 17В 500 кВ
18. Ввод в работу выключателя 17В 500 кВ
19. Вывод из работы 2СШ 110 кВ
20. Ввод в работу 2 СШ 110 кВ
21. Вывод из работы 1 СШ 500 кВ
22. Ввод в работу 1 СШ 500 кВ
23. Вывод из работы 2 СШ 500 кВ
24. Ввод в работу 2 СШ 500 кВ
25. Вывод в ремонт ТН-110кВ 1СШ НКФ-1СИ
26. Ввод в работу ТН-110кВ 1СШ НКФ-1СИ
27. Вывод в ремонт секции 6 кВ 3РА
28. Ввод в работу секции 6 кВ 3РА
29. Вывод в ремонт трансформатора собственных нужд (30Т)
30. Ввод в работу трансформатора собственных нужд (30Т)
31. Ввод в работу ВЛ-110 кВ Арлан-1 на 1СШ -110 кВ

Благодаря наличию всережимной математической модели тренажер позволяет составлять любые сценарии тренировок из любых начальных состояний оборудования с адекватной реакцией объекта.

3.2.      Модель вводных.

Модель вводных – это математическое описание различного рода внешних возмущений, производимых с пульта инструктора. К ним относятся отказы в работе электротехнического оборудования – выключателей, повреждения на линиях, шинах, в трансформаторах, генераторах, отказы в действии защит и др. Для работы с вводными предусмотрены специальные управляющие интерфейсные 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 аварийных ситуаций в составе тренажера:

Короткое замыкание на выводах трансформаторов:

—         Трансформатор 1АТ;

—         Трансформатор 2АТ;

—         Трансформатор 1ГТ;

—         Трансформатор 2 ГТ;

—         Трансформатор 3 ГТ;

—         Трансформатор 4 ГТ;

—         Трансформатор 5 ГТ;

—         Трансформатор 6 ГТ;

—         Трансформатор 20Т;

—         Трансформатор 30Т;

—         Трансформатор 21Т;

—         Трансформатор 22Т;

—         Трансформатор 23Т;

—         Трансформатор 24Т;

—         Трансформатор 25Т;

—         Трансформатор 26Т.

Короткое замыкание на выводах генераторов:

—         Генератор ТГ-1;

—         Генератор ТГ-2;

—         Генератор ТГ-3;

—         Генератор ТГ-4;

—         Генератор ТГ-5;

—         Генератор ТГ-6.

Короткое замыкание на шинах:

—         1 СШ-500 кВ;

—         2 СШ-500 кВ;

—         1 СШ 110 кВ;

—         2 СШ 110 кВ;

—         РУ 35 кВ;

—         КРУ 6 кВ 1РА;

—         КРУ 6 кВ 1РБ;

—         КРУ 6 кВ 2РА;

—         КРУ 6 кВ 2РБ;

—         КРУ 6 кВ 3РА;

—         КРУ 6 кВ 3РБ;

—         КРУ 6 кВ 4РА;

—         КРУ 6 кВ 4РБ;

—         КРУ 6 кВ 5РА;

—         КРУ 6 кВ 5РБ;

—         КРУ 6 кВ 6РА;

—         КРУ 6 кВ 6РБ.

Короткое замыкание на воздушной линии:

—        ВЛ 110 кВ Кармановская ГРЭС – Янаул I цепь с отпайкой на ПС Строительная (Янаул-1);

—       ВЛ 110 кВ Кармановская ГРЭС – Янаул II цепь с отпайками (Янаул-2);

—       ВЛ 110 кВ Кармановская ГРЭС – Янаул № 3 с отпайкой на ПС Байгузино (Янаул-3);

—        ВЛ 110 кВ Кармановская ГРЭС – Редькино I цепь с отпайкой (Редькино-1);

—        ВЛ 110 кВ Кармановская ГРЭС – Редькино II цепь с отпайками (Редькино-2);

—        ВЛ 110 кВ Кармановская ГРЭС – Автозавод I цепь с отпайками (Автозавод-1);

—        ВЛ 110 кВ Кармановская ГРЭС – Автозавод II цепь с отпайкой на ПС Раздолье (Автозавод-2);

—        ВЛ 110 кВ Кармановская ГРЭС – Арлан I цепь с отпайками (Арлан-1);

—        ВЛ 110 кВ Кармановская ГРЭС – Арлан II цепь с отпайками (Арлан-2);

—        ВЛ 110 кВ Закамская – Кармановская ГРЭС II цепь с отпайками (Закамская-2);

—        ВЛ 110 кВ Закамская – Кармановская ГРЭС I цепь с отпайками (Закамская-1);

—        ВЛ 500 кВ Кармановская ГРЭС – Буйская;

—        ВЛ 500 кВ Кармановская ГРЭС – Удмуртская;

—        ВЛ 500 кВ Воткинская ГЭС – Кармановская ГРЭС.

Отказ в работе выключателей (аварийные ситуации шт.), действия УРОВ:

—         Выключатели ОРУ-500 кВ (15 шт.);

—         Выключатели ОРУ-110 кВ (18 шт.);

—         Выключатели РУ-35 кВ (1 шт.);

—         Выключатели и выкатные  элементы КРУ-6 кВ.

 3.3.      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.

3.4.      Протоколы.

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. Протоколы могут совмещаться в одном документе.

 

3.5.      Инструкции.

В тренажере предусмотрен архив технической документации, используемой на электростанции, по работе систем главной электрической схемы, защитам, блокировкам, режимам работы и т.д. Это основные инструкции по эксплуатации, карты уставок защит и сигнализации, электрические схемы соединений и другие документы, 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.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Описание объекта.

Полное наименование системы: «Тренажер по оперативным переключениям Ондской ГЭС». 

Условное обозначение: «Тренажер Ондской ГЭС».

Год выпуска: 2023 год.

ВВЕДЕНИЕ.

Тренажер по оперативным переключениям Ондской ГЭС предназначен для подготовки, переподготовки и повышения квалификации оперативного и обслуживающего персонала Ондской ГЭС, позволит формировать и поддерживать на высоком уровне навыки оперативного персонала при 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, реализуется искусственное воспроизведение условий и факторов, аналогичных тем, которые имеют место в процессе эксплуатации реального объекта.

Уникальность тренажера заключается не только в применении современных информационных технологий, направленных на усовершенствование программного обеспечения, но и в методике разработки математической модели тренажера, а также организации тренажерной подготовки при обучении кадрового ресурса электростанции.

 

В состав моделируемого оборудования тренажера входят:

• Четыре гидроагрегата мощностью по 80 МВт;
• Главный щит управления;
• Щит управления ОПУ;
• Агрегатные щиты управления;
• Релейный щит;
• Открытое распредустройство 330 кВ;
• Открытое распредустройство 220 кВ;
• Открытое распредустройство 110 кВ;
• Распределительные устройства КРУ 10 кВ, ГРУ-10 кВ;
• Распределительное устройство КРУН-6 кВ;
• Собственные нужды станции;
• Четыре автотрансформатора;
• Блочные трансформаторы, ТСН;
• АСУ ТП;
• ГРАРМ.
• автоматика, блокировки, сигнализация;
• вспомогательные системы ГА,
• щиты возбуждения,
• ячейки КРУ, выключатели, разъединители, ТН,
• сборки питания, шкафы управления и др.

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА-ПРОТОТИПА.

Ондская ГЭС − гидроэлектростанция на реке Онде, недалеко от посёлка Надвоицы в Карелии. Входит в Выгский каскад ГЭС. ГЭС построена по плотинно-деривационному типу.

Мощность Ондской ГЭС − 80 МВт, среднегодовая выработка − 416 млн кВт·ч.

В здании ГЭС установлено 4 поворотно-лопастных гидротурбины мощностью по 20,8 МВт, работающих при расчетном напоре 26 м. Напорные сооружения ГЭС (длина напорного фронта 0,7 км) образуют Ондское водохранилище, соединенное протокой с Выгозерским водохранилищем.

Плотина ГЭС имеет оригинальную конструкцию − гравитационная, выгнутая книзу по течению реки, с «обжатым» профилем. 

Основным потребителем электроэнергии гидроэлектростанции является Надвоицкий алюминиевый завод.

Гидротурбина объединена в единый агрегат с зонтичным гидрогенератором, имеющим подпятник на нижней, грузонесущей крестовине. Расход воды через гидротурбину составляет 91,6 м³ /с при расчетном напоре и мощности, число оборотов n=150 об/мин.

На гидроагрегатах выполнена модернизация системы управления и регулятора скорости гидроагрегата. Система автоматического управления гидроагрегатом (САУ ГА) осуществляет необходимые технологические операции по управлению турбиной, генератором и их вспомога­тельным оборудованием при переходных и установившихся режимах работы гидроагрегата на основе результатов контроля состояния его узлов и внешних команд управления САУ ГА.

На Ондской ГЭС установлено четыре гидрогенератора ВГС-700/80-40, работающих с повышающими трансформаторами, повышая напряжение с 10 кВ до 110 кВ. В нормальном режиме от двух генераторов Г-2 и Г-3 запитано КРУ-10 кВ. От КРУ-10 кВ запитаны два трансформатора местного района Т-12 и Т-13 и трансформаторы собственных нужд ТСН-1 и ТСН-2 для питания щита собственных нужд «С».

Главная электрическая схема станции ОГЭС включает распредустройства следующих типов: ОРУ 330, ОРУ-220, ОРУ-110, ГРУ-10 кВ, КРУ-10 кВ, КРУН-6 кВ.

Схема ОРУ-110 кВ представляет собой две рабочие системы шин с обходной системой шин и девятью ЛЭП 110 кВ. Мощность с шин ОРУ 110 кВ выдается в сеть 110 кВ по воздушным линиям электропередач ВЛ-110 кВ:

• ВЛ 110 кВ Ондская ГЭС – НАЗ №1 (Л-100);
• ВЛ 110 кВ Ондская ГЭС – НАЗ №2 (Л-101);
• ВЛ 110 кВ Ондская ГЭС – Олений (Л-106);
• ВЛ 110 кВ Ондская ГЭС – НАЗ №3 (Л-107);
• ВЛ 110 кВ Ондская ГЭС – НАЗ №4 (Л-108);
• ВЛ 110 кВ Ондская ГЭС – СЦБК с отпайкой на ПС Сегежа №1 (Л-109);
• ВЛ 110 кВ Ондская ГЭС – СЦБК с отпайкой на ПС Сегежа №2 (Л-110);
• ВЛ 110 кВ Ондская ГЭС – Идель (Л-111);
• ВЛ 110 кВ Ондская ГЭС – Идель (Л-112).

Схема ОРУ-220 кВ представляет собой две секции с обходной системой шин и одной ЛЭП 220 кВ — ВЛ 220 кВ Ондская ГЭС – Сегежа.

Схема ОРУ-330 кВ представляет собой четырехугольник с двумя шинными мостами 330 кВ:

• ШМ-330 кВ АТ-3 Ондская ГЭС;
• ШМ-330 кВ АТ-4 Ондская ГЭС;

Связь с энергосистемой ОРУ-330 кВ происходит через две ВЛ 330 кВ:

• ВЛ-330 кВ Ондская ГЭС – Кондопога (Л-390);
• ВЛ-330 кВ Ондская ГЭС – Путкинская ГЭС (Л-391).

Связь между ОРУ-110 кВ и ОРУ-220 кВ осуществляется через автотрансформаторы АТ-1 и АТ-2. Связь между ОРУ-220 кВ и ОРУ-330 кВ осуществляется через автотрансформаторы АТ-3 и АТ-4. С низкой стороны 10 кВ АТ-1 и АТ-2 запитаны трансформаторы собственных нужд ТСН-3 и ТСН-4 для питания щита «Н».

Питание собственных нужд здания ГЭС, КРУН-6 кВ, здания напорного бассейна и ОРУ-330 кВ осуществляется от щитов «С». Питание собственных нужд здания технологического корпуса, ОПУ, ОРУ-110 кВ и ОРУ-220 кВ осуществляется от щитов «Н».

 

2. СОСТАВ ТРЕНАЖЕРА.
   • Модель объекта и режимы работы.

В состав тренажера входят математические модели:

• гидравлической части гидроагрегата;
• тепломеханической части гидроагрегата;
• электрической схемы блока генератор-трансформатор;
• главной электрической схемыа станции;
• электрической схемы питания собственных нужд станции;
• трансформаторов;
• системы аварийной и предупредительной сигнализации;
• устройств РЗиА.

Математические модели гидравлической и тепломеханической частей гидроагрегатов, 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.

Основными составляющими тренажёра также являются 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 аварийных режимах, задаваемых с пульта инструктора. Такими аварийными режимами могут быть короткие замыкания на линиях, шинах, в трансформаторах, на генераторе, присоединениях, отказы в работе гидравлического оборудования.

• Модель системы управления.

В Тренажере с компьютерными динамическими мнемосхемами гидроагрегатов и электрических схем ОГЭС за основу для моделирования взята система управления оборудованием, эксплуатируемая в данный момент на Ондской ГЭС, разработанная филиалом АО «Институт Гидропроект» — «НИИЭС». Мнемосхемы управления гидроагрегатами, ГРАМ, ГРНРМ визуально идентичны реальным, управляющие формы и окна также представляют собой копии из АСУ ТП.

 Мнемосхемы ОРУ, КРУ, КРУН главной электрической схемы ОГЭС выполнены по оперативным схемам и позволяют проводить переключения на всех коммутационных аппаратах как в дистанционном режиме, так и при местном управлении.

Модель системы управления тренажера позволяет взаимодействовать с объектами гидромеханической части и главной электрической схемы станции, контролировать текущее состояние параметров и оборудования, срабатывание защит и сигнализации в таком же представлении, как и в реальности на Ондской ГЭС, привычно для персонала, в объеме, необходимом для проведения обучающих тренировок.

Согласно Техническому проекту, в интерфейсе тренажера реализованы следующие зоны управления ОГЭС: АСУ ТП, ЩУ ГЭС, ЩУ ОПУ, ОРУ, КРУ, КРУН управление с местных и релейных щитов релейного зала, машзала, трансформаторов, релейного зала и другого электротехнического и гидромеханического оборудования гидростанции.

Управляющие и информационные окна тренажера соответствуют реальным из АСУ ТП и имеют аналогичное назначение, аналогичный интерфейс.

Для выполнения некоторых обязательных действий, не предусмотренных системой АСУ ТП, например, осмотр, визуальная проверка включенного или отключенного состояния разъединителя, заземляющих ножей, состояния выключателей, ввод-вывод защит, управление ГА с местных щитов управления  и т.д., а также для соответствия возможных действий оперативного персонала реальным, в тренажере, помимо модели АСУ ТП, предусмотрены дополнительные функции в управлении оборудованием. 

Например, управление коммутационными аппаратами смоделировано таким образом, что их включение и отключение (разъединителей, заземляющих ножей) можно было бы осуществлять как с помощью АСУ ТП, так и через местные щиты на ОРУ. Для этого предусмотрена кнопка переключения режима управления с местного на дистанционный и обратно. То есть, для выполнения операций на ОРУ, необходимо переключить управление на местное и вызовом на мнемосхеме соответствующего значка коммутационного аппарата открыть его интерактивное изображение с присутствующим здесь же шкафом управления. 

В состав мнемосхем тренажера введены дополнительные управляющие схемы с набором оборудования блочных и агрегатных щитов управления, панелей ГЩУ, РЗиА, выключателей с другой стороны воздушных линий электропередач и иного оборудования, необходимого для выполнения операций по бланкам переключений и расширения зоны обслуживания оборудования ГЭС.

Панели и шкафы управления гидроагрегатами, РЗиА, ЩУ ГЭС, ЩУ ОПУ, сборок питания  выполнены по фотографиям ячеек и имеют управляющие элементы (ключи, кнопки, автоматы) такие же, что и в реальности.

При вызове с экрана любого управляющего элемента появляется соответствующее диалоговое окно с изображением реальной панели управления, где присутствуют все необходимые функции для работы с данной панелью и отражающие ее состояние.

Кроме управляющих элементов на мнемосхемы тренажера выведены динамические параметры схем: напряжения на шинах, ВЛ, трансформаторах, токи по линиям, активные и реактивные мощности, параметры гидромеханического оборудования. Показания этих параметров зависят от состояния электрической схемы и режима работы ГА и адекватно реагируют на любые воздействия при их 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, не входящая в состав АСУ ТП, – 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 обеспечению техники безопасности. Имеются ввиду переключения на электрооборудовании, выполнение мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению коммутационных аппаратов, установка защитного заземления, вывешивание плакатов по ТБ, средства индивидуальной защиты.

Вывешивание плакатов на переключаемом 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. Визуально идентичны реальным, имеют сигнальную лампу и находятся в составе электроинструментов тренажера.

• Модель системы защит.

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 Ондской ГЭС, и в достаточной мере точно имитирует их работу.

Управление гидромеханическими защитами гидроагрегатов входит в систему АСУ ТП и осуществляется с соответствующей мнемосхемы, входящей в состав аварийной сигнализации в АСУ ТП. 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 трех гидроагрегатов.

Информация о сработавших защитах представляется в общем списке центральной сигнализации АСУ ТП дискретных сигналов и дублируется в специальном отдельном окне аварийной и предупредительной сигнализации системы тренажера с внесением в протокол контроля.

Управление электрическими защитами ГЭС в тренажере производится из шкафов резервных и основных защит, расположенных на агрегатных и релейных щитах, выполнено по фотографиям шкафов РЗ и максимально приближено к реальному. Шкафы защит имеют идентификационные номера такие же, как их маркировка на электростанции и легко узнаваемы на мнемосхемах тренажера, изображаются в виде кнопок и областей перехода. В момент срабатывания защиты мигает сигнал желтого или красного цвета совместно со звуковой сигнализацией. Сигналы, ключи, переключатели и кнопки в шкафах защит отрабатывают аналогично реальным. Отображение информации по защитам и другим системам тренажера повторяет интерфейс АСУ ТП объекта и дает возможность проводить обучение персонала в условиях, приближенным к рабочим.

• Модель блокировок.

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 содержит условия ее действия.

• Модель аварийной и предупредительной сигнализации.

Кроме сигнализации в системе АСУ ТП, 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.

 

3. 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 на оборудовании ГЭС по выводу в ремонт, вводу в работу и т.д.

Модель сценария – это программное пошаговое описание набора необходимых действий оператора в определенной последовательности для выполнения тренировочного задания по сценарию, которое в отдельных непринципиальных случаях может выполняться с некоторыми допущениями. 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 гидромеханического и электротехнического оборудования Ондской ГЭС и представленных в виде разделов инструкций по эксплуатации или бланков переключений. При выполнении каждого шага по бланку оператор должен проставить галочку в бланке, также как и в жизни при производстве реальных переключений и затем перейти к следующему шагу. Всережимная математическая модель тренажера позволяет составлять любые сценарии тренировок из любых начальных состояний оборудования.

• Модель вводных.

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 интерфейсные 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.  

• 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.

• Протоколы.

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.

 

• Инструкции.

В тренажере предусмотрен архив технической документации, используемой на электростанции, по работе систем главной электрической схемы, гидромеханического и гидротехнического оборудования, защитам, режимам работы и т.д. Это основные инструкции по эксплуатации, карты уставок защит и сигнализации, технологические и электрические схемы и т.п., 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.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Описание объекта.

Полное наименование системы: «Тренажер с динамическими компьютерными мнемосхемами гидроагрегатов и электрических схем Юмагузинской ГЭС 45МВт». 

Условное обозначение: «Тренажер Юмагузинской ГЭС».

Год выпуска: 2023 год.

ВВЕДЕНИЕ.

Тренажер с динамическими компьютерными мнемосхемами гидроагрегатов и электрических схем Юмагузинской ГЭС производственной площадки Салаватской ТЭЦ филиала ООО «БГК» разработан и внедряется для подготовки, переподготовки и повышения квалификации оперативного и обслуживающего персонала Юмагузинской ГЭС, позволяет формировать и поддерживать на высоком уровне навыки оперативного персонала при 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 применении современных информационных технологий, направленных на усовершенствование программного обеспечения, но и в методике разработки математической модели тренажера, а также организации тренажерной подготовки при обучении кадрового ресурса электростанции.

В состав моделируемого оборудования тренажера входят:

• три гидроагрегата мощностью по 15 МВт,
• открытое распредустройство ОРУ-110,
• распределительное устройство КРУ-10,
• распределительное устройство КТПСН-0,4 кВ,
• ЛЭП,
• блочные трансформаторы, ТСН,
• главный щит управления ГЩУ,
• блочные щиты управления БЩУ,
• релейный зал ГЭС,
• автоматика, блокировки, сигнализация
• щиты машзала,
• АСУ ТП «Круг»,
• вспомогательные системы ГА,
• щиты возбуждения,
• ячейки КРУ, выключатели, разъединители, ТН,
• сборки питания, шкафы управления и др.

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА-ПРОТОТИПА.

Юмагузинская ГЭС – средненапорная приплотинная гидроэлектростанция «каньонного» типа, построенная на реке Белой в Кугарчинском районе Республики Башкортостан. Установленная электрическая мощность – 45 МВт. Напорные сооружения ГЭС образуют Юмагузинское водохранилище. Основная задача гидроузла – выполнение водорегулирующей функции с попутной выработкой электроэнергии.

Гидромеханическая часть ГЭС состоит из трех поворотно-лопастных гидроагрегатов мощностью по 15 МВт, работающих при расчётном напоре 40 м. Каждый гидроагрегат оборудован турбиной ПЛ50-В-230 мощностью 15,6 МВт и расходом воды 42,6 м³/сек, направляющим аппаратом и рабочим колесом, регулирующими мощность, напор и расход воды через ГА. Маслонапорная установка МНУ 1/1-63-1,5-2 с гидроаккумулятором объемом 1 м³ и двумя маслонасосами обеспечивает маслом систему регулирования каждого гидроагрегата. Вспомогательное оборудование ГА – маслонапорная установка (МНУ) с маслопровода­ми и насосами, лекажный агрегат, насос откачки воды с крышки турбины, трубопро­воды – обеспечивает его безаварийную работу.

Выдача электроэнергии в единую сеть по трем ВЛ-110 кВ производится с открытого распределительного устройства напряжением 110 кВ тремя гидрогенераторами СВ2 380/115-20, установленными на ГА,  номинальной мощностью 15 МВт каждый. В состав главной электрической схемы ЮГЭС кроме того входят два повышающих трансформатора 10,5/115 кВ, комплектное распределительное устройство 10 кВ,  распределительное устройство собственных нужд станции 0,4 кВ.

Рабочие трансформаторы 1Т и 2Т на напряжении 10,5/110 кВ мощностью 40 МВА от генераторов 1Г, 2Г, 3Г питают 1 и 2 СШ 110 кВ.

ОРУ-110 кВ предназначено для приема электрической энергии от трансформаторов 1Т и 2Т и распределения её по ВЛ 110 кВ Юмагузинская ГЭС − Мраково, ВЛ 110 кВ Юмагузинская ГЭС − Давлетшино и ВЛ 110 Юмагузинская ГЭС − Самаровка с отпайками.

ОРУ-110 кВ выполнено по схеме две секции шин 110 кВ с обходной и состоит из 7 ячеек. 1 и 2 секции соединяются при помощи секционного выключателя СВ-110 кВ.

КРУ серии К-61М предназначено для приема электрической энергии от генерато­ров, распределения её на собственные нужды и выдачи на трансформаторы связи с энергосистемой и состоит из 3 секций, запитанных каждая от генераторов 1Г, 2Г, 3Г соответственно и четырех трансформаторов 1Т, ТСН1 – на первую секцию, 2Т,ТСН2 – на третью.

Система электроснабжения собственных нужд ГЭС содержит источники рабочего, резервного и аварийного питания и распределительное устройство напряжением 0,4 кВ. Распределительное устройство собственных нужд 0,4 кВ состоит из двух секций, запитанных от трансформаторов ТСН1, ТСН-2 напряжением 10/0,4 кВ и представляет собой комплектную трансформаторную подстанцию. От секций питаются потребители собственных нужд, а также трансформаторы ТСН1, ТСН2.

2. 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;
• система аварийной и предупредительной сигнализации;
• РЗиА.

Математические модели гидравлической и тепломеханической частей гидроагрегатов, 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.

Основными составляющими тренажёра также являются 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 аварийных режимах, задаваемых с пульта инструктора. Такими аварийными режимами могут быть короткие замыкания на линиях, шинах, в трансформаторах, генераторе, на присоединениях, отказы в работе гидравлического оборудования.

• Модель системы управления.

В Тренажере с компьютерными динамическими мнемосхемами гидроагрегатов и электрических схем ЮГЭС за основу для моделирования взята система управления оборудованием, эксплуатируемая в данный момент на Юмагузинской ГЭС. Мнемосхемы управления гидроагрегатами, главной электрической схемы визуально идентичны реальным.

Модель системы управления тренажера позволяет взаимодействовать с объектами гидромеханической части и главной электрической схемы станции, контролировать текущее состояние параметров и оборудования, срабатывание защит и сигнализации в таком же представлении, как и на реальной системе Юмагузинской ГЭС, привычной для персонала, в объеме, необходимом для проведения обучающих тренировок.

Согласно Техническому проекту, в интерфейсе тренажера реализованы следующие системы управления ЮГЭС: АСУ ТП, ЦПУ, управление с местных и релейных щитов ГА, трансформаторов, РЗиА и другого электротехнического и гидромеханического оборудования гидростанции.

Управляющие и информационные окна тренажера соответствуют реальным из АСУ ТП и имеют аналогичное назначение, аналогичный интерфейс.

Для выполнения некоторых обязательных действий, не предусмотренных системой АСУ ТП, например, осмотр, визуальная проверка включенного или отключенного состояния разъединителя, заземляющих ножей, состояния выключателей, ввод-вывод защит, управление ГА с местных щитов управления  и т.д., а также для соответствия возможных действий оперативного персонала реальным, в тренажере, помимо модели АСУ ТП, предусмотрены дополнительные функции в управлении оборудованием. 

Например, управление коммутационными аппаратами смоделировано таким образом, что их включение и отключение (разъединителей, заземляющих ножей) можно было бы осуществлять как с помощью АСУ ТП, так и через местные щиты на ОРУ. Для этого предусмотрена кнопка переключения режима управления с местного на дистанционный и обратно. То есть, для выполнения операций на ОРУ, необходимо переключить управление на местное и вызовом на мнемосхеме соответствующего значка коммутационного аппарата открыть его интерактивное изображение с присутствующим здесь же шкафом управления.    

В состав мнемосхем тренажера введены дополнительные управляющие схемы с набором оборудования блочных и агрегатных щитов управления, панелей ЦПУ, РЗиА, выключателей с другой стороны воздушных линий электропередач и иного оборудования, необходимого для выполнения операций по бланкам переключений и расширения зоны обслуживания оборудования ГЭС.

Панели и шкафы управления гидроагрегатами, РЗиА, ЦПУ, сборок питания  выполнены по фотографиям ячеек и имеют управляющие элементы (ключи, кнопки, автоматы) такие же, что и в реальности.

При вызове с экрана любого управляющего элемента появляется соответствующее диалоговое окно с изображением реальной панели управления, где присутствуют все необходимые функции для работы с данной панелью и отражающие ее состояние.

Кроме управляющих элементов на мнемосхемы тренажера выведены динамические параметры схем: напряжения на шинах, ВЛ, трансформаторах, токи по линиям, активные и реактивные мощности, параметры гидромеханического оборудования. Состояние этих параметров зависит от состояния электрической схемы и режима работы ГА и адекватно реагирует на любые воздействия при их 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, не входящая в состав АСУ ТП, – 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 обеспечению техники безопасности. Имеются ввиду переключения электрооборудования, выполнение мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению коммутационных аппаратов, установка защитного заземления, вывешивание плакатов по ТБ.

Вывешивание плакатов на переключаемом 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. Визуально идентичны реальным, имеют сигнальную лампу и находятся в составе электроинструментов тренажера.

• Модель системы защит.

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 Юмагузинской ГЭС, и в достаточной мере точно имитирует их работу.

Управление гидромеханическими защитами гидроагрегатов не входит в систему АСУ ТП и осуществляется с агрегатных щитов машзала. 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 трех гидроагрегатов.

Информация о сработавших защитах представляется в общем списке центральной сигнализации АСУ ТП дискретных сигналов и дублируется в специальном отдельном окне аварийной и предупредительной сигнализации системы тренажера с внесением в протокол контроля.

Управление электрическими защитами ГЭС в тренажере производится из шкафов резервных и основных защит, расположенных на агрегатных и релейных щитах, для которых предусмотрены отдельные мнемосхемы АЩУ/БЩУ и РЩ, выполнено по фотографиям шкафов РЗ и максимально приближено к реальному. Шкафы защит имеют идентификационные номера такие же, как их маркировка на электростанции и легко узнаваемы на мнемосхемах тренажера, изображаются в виде кнопок и областей перехода. В момент срабатывания защиты срабатывает сигнал желтого или красного цвета совместно со звуковой сигнализацией. Сигналы, ключи, переключатели и кнопки в шкафах защит отрабатывают аналогично реальным. Отображение информации по защитам и другим системам тренажера повторяет интерфейс АСУ ТП объекта и дает возможность проводить обучение персонала в условиях, приближенным к рабочим.

• Модель блокировок.

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 содержит условия ее действия.

• Модель аварийной и предупредительной сигнализации.

Кроме сигнализации в системе АСУ ТП, 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.

 

3. 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 на оборудовании ГЭС по выводу в ремонт, вводу в работу и т.д.

Модель сценария – это программное пошаговое описание набора необходимых действий оператора в определенной последовательности для выполнения тренировочного задания по сценарию, которое в отдельных непринципиальных случаях может выполняться с некоторыми допущениями. 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 Юмагузинской 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. Всережимная математическая модель тренажера позволяет составлять любые сценарии тренировок из любых начальных состояний оборудования.

• Модель вводных.

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 интерфейсные 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. 

• 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.

• Протоколы.

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. 

• Инструкции.

В тренажере имеется архив технической документации, используемой на электростанции, по работе систем главной электрической схемы, гидромеханического и гидротехнического оборудования, защитам, режимам работы и т.д. 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.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Описание объекта.

Полное наименование системы: «Тренажер Красноярской ГЭС 6000МВт». 

Условное обозначение: «Тренажер Красноярской ГЭС».

Год выпуска: 2022 год.

ВВЕДЕНИЕ.

Полномасштабный компьютерный тренажерно-аналитический комплекс по оперативным переключениям Красноярской ГЭС разработан и внедрен для подготовки, переподготовки и повышения квалификации оперативного и обслуживающего персонала Красноярской 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.

Состав моделируемого оборудования:

• Двенадцать гидроагрегатов мощностью по 508 МВт;
• Главный щит управления;
• Агрегатные щиты управления;
• Релейный зал ГЭС;
• Открытое распредустройство 500 кВ;
• Открытое распредустройство 220 кВ;
• Распределительное устройство ГРУ 15,75 кВ;
• Распределительные устройства КРУ-6 кВ, ЦКРУ-6 кВ, КРУН-6 кВ, РУП-6 кВ;
• собственные нужды станции;
• автотрансформаторы АТ;
• блочные трансформаторы, ТСН;
• РЗиА, сигнализация;
• ГРАРМ;
• АСУ ТП
• автоматика, блокировки, сигнализация;
• вспомогательные системы ГА,
• щиты возбуждения,
• ячейки КРУ, выключатели, разъединители, ТН,
• сборки питания, шкафы управления и др.

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА-ПРОТОТИПА.

Красноярская ГЭС представляет собой мощную  высоконапорную гидроэлектростанцию плотинного типа, расположенную на реке Енисее в 2380 км от его устья и является третьей ступенью Енисейского каскада ГЭС.

Сооружения гидроузла включают в себя плотину, здание ГЭС, открытые распределительные устройства (ОРУ) и судоподъёмник. Установленная мощность электростанции − 6000 МВт, проектная среднегодовая выработка электроэнергии – 20 400 млн кВт·ч, фактическая среднемноголетняя выработка за период эксплуатации — 18 350 млн кВт·ч.

Здание ГЭС приплотинного типа, длина здания — 428,5 м, ширина 31 м. Здание разделяется на 12 агрегатных секций длиной по 30 м и две секции монтажной площадки. В машинном зале ГЭС установлено 12 гидроагрегатов мощностью по 500 МВт, оборудованных радиально-осевыми турбинами РО-115/697а-ВМ-750, работающими на расчётном напоре 93 м. Турбины имеют диаметр рабочего колеса 7,5 м, пропускную способность 615 м³/с. Турбины соединены с синхронными гидрогенераторами СВФ-1690/185-64 с водяным охлаждением обмотки статора. Гидротурбины изготовлены Ленинградским металлическим заводом, генераторы − заводом «Электросила».

Гидроагрегаты выдают электроэнергию на напряжении 15,75 кВ. Шесть гидроагрегатов подключены к трёхфазным трансформаторам ТЦ-630000/220, остальные шесть объединены в укрупнённые блоки: каждые два генератора подключены к группе из трёх однофазных трансформаторов ОЦ-417000/500.

Трансформаторы расположены на открытой площадке между зданием ГЭС и плотиной. С трансформаторов электроэнергия передаётся на открытые распределительные устройства (ОРУ) напряжением 500 кВ (ОРУ-500 кВ, расположено на левом берегу) и 220 кВ (ОРУ-220 кВ, расположено на правом берегу вблизи здания ГЭС). Для энергоснабжения собственных нужд станции, судоподъёмника и прилегающего района (в том числе города Дивногорска) на напряжении 110 кВ на ОРУ-220 кВ смонтированы два автотрансформатора АТДЦТН-63000/220/110.

Электроэнергия Красноярской ГЭС выдаётся в энергосистему по следующим линиям электропередачи:

• ВЛ 500 кВ Красноярская ГЭС — ПС «Енисей» (2 цепи);
• ВЛ 500 кВ Красноярская ГРЭС — Назаровская ГРЭС (2 цепи);
• ВЛ 220 кВ Красноярская ГЭС — ПС «Дивногорская» (2 цепи);
• ВЛ 220 кВ Красноярская ГЭС — ПС «Левобережная» (2 цепи);
• ВЛ 110 кВ Красноярская ГЭС — ПС «Гидростроителей» (2 цепи).

Энергия, вырабатываемая генераторами Красноярской ГЭС, выдается в энергосистему на напряжении 220 кВ через шесть повышающих трансформаторов 1Т-5Т и 9Т, на напряжении 500 кВ — через три повышающих трансформатора 6Т — 8Т и на напряжении 110 кВ — через два автотрансформатора АТ-1, АТ-2.

Собственные нужды ГЭС получают питание от автотрансформаторов АТ-1, АТ-2 .

Трансформаторы 101Т ÷ 132Т питают общестанционные собственные нужды.

Трансформаторы 21Т ¸ 32Т и 51Т ¸ 62Т питают собственные нужды  агрегатов.

Изменение напряжения трансформаторов 1Т-9Т осуществляется регулированием возбуждения генераторов и зависит от режима работы энергосистемы.

2. СОСТАВ ТРЕНАЖЕРА.

2.1. 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»  Красноярской ГЭС филиала за основу для моделирования взята система управления оборудованием, существующая на Красноярской ГЭС. Мнемосхемы распредустройств 500, 220, 15,75 кВ, собственных нужд визуально полностью идентичны находящимся в составе операторской системы упрвления гидроэлектростанции. Выполнено моделирование систем ГРАРМ 220 и ГРАРМ 500. Модель центрального пульта управления разработана по фотографиям реального ЦПУ и представлена в виде управляющих панелей с приборами и переключающими элементами такими же, как и в жизни.

Модель системы управления тренажера позволяет управлять объектами гидромеханической и главной электрической схемы станции, контролировать текущее состояние параметров и оборудования, срабатывание защит и сигнализации, в объеме, необходимом для проведения обучающих тренировок.

• Подсистемы тренажера

В общем, в состав математического описания тренажера входят следующие подсистемы:

1. Гидроагрегат и генератор Г-1;
2. Гидроагрегат и генератор Г-2;
3. Гидроагрегат и генератор Г-3;
4. Гидроагрегат и генератор Г-4;
5. Гидроагрегат и генератор Г-5;
6. Гидроагрегат и генератор Г-6;
7. Гидроагрегат и генератор Г-7;
8. Гидроагрегат и генератор Г-8;
9. Гидроагрегат и генератор Г-9;
10. Гидроагрегат и генератор Г-10;
11. Гидроагрегат и генератор Г-11;
12. Гидроагрегат и генератор Г-12;
13. ГЩУ
14. ОРУ-500 кВ;
15. ОРУ-220 кВ;
16. ВЛ-110 кВ;
17. ГРУ-15,75кВ;
18. КРУ- 6 кВ, ЦКРУ-6кВ, КРУН-6 кВ;
19. СН 0,4 кВ;
20. Трансформаторы и автотрансформаторы, ТСН;
21. Релейные защиты и автоматика;
22. Сигнализация;
23. ГРАРМ.

В графическом представлении на мнемосхемах тренажера основные подсистемы распределяются по зонам обслуживания

1.1.Мнемосхемы главного щита управления ГЩУ. В данную группу входят: схема ОРУ-500 кВ, схема ОРУ 220 кВ, схема ГРУ-15,75 кВ, КРУ-6 кВ, ВЛ-110 кВ,ВЛ-500 кВ; ВЛ-220 кВ, мнемосхема центральной сигнализации, мнемосхемы управления гидроагрегатами 1-12, шкафы и панели ГЩУ.

Схемы ОРУ-500, 220 кВ, ГРУ-15,75 кВ, отображают информацию о положении управляющих элементов ОРУ, действующих блокировках КА и выключателей, а также силовых и измерительных трансформаторов, электрических параметрах работы оборудования (напряжения, токи, мощности, частота).

Схема центральной сигнализации ГЩУ поочередно выводит на экран сообщения сигнализации, сработавшей за время тренировки.

Схемы управления гидроагрегатами 1-12 включают информацию о состоянии основных и вспомогательных систем гидравлической части тренажера, включая подсистемы термоконтроля генератора, вспомогательного оборудования, виброконтроля, диагностики, сигнализации, алгоритмов готовности к пуску и пожаротушения. Кроме того, данные мнемосхемы позволяют осуществлять взаимодействие с гидроагрегатными панелями машзала М1, М2, М3, М4, М5, М6 и др.

Внешний вид ГЩУ выполняется в максимальном соответствии реальному щиту. Приборные и управляющие панели полностью копируют настоящие и выполняют те же функции. Операции по коммутации выключателей воспроизводятся с ключа управления, а проверочные операции — по приборам, лампам, световым табло, а также по внешнему виду на ОРУ.

Схема центральной сигнализации ГЩУ поочередно выводит на экран сообщения сигнализации, сработавшей за время тренировки.

1.2. Мнемосхемы состояния коммутационных аппаратов (КА) ОРУ-500, 220, ВЛ, ГРУ-15,75 кВ, КРУ 6 кВ  отображают не только положение КА и выключателей, значения параметров, но и дают информацию об установленных переносных элементах – плакатах, заземлениях, индикаторах напряжений. Данные мнемосхемы выполнены в полном соответствии с реальными схемами (АРМ ОРУ).

1.3. Местные щиты (шкафы) управления

Все графические элементы (выключатели 500 кВ, 220 кВ, 110 кВ разъединители 500 кВ, 220 кВ, 110 кВ, 15,75 кВ, выключатели КРУ, СН, трансформаторы) изображены по фотографиям реальных коммутационных аппаратов, установленных на электростанции.

В ОРУ моделируются разъединители соответствующие типу объекта-прототипа, приводы главных ножей разъединителей и приводы заземляющих ножей.

В модели реализованы все реально существующие оперативные и механические блокировки разъединителей и заземляющих ножей.

Состояние готовности выключателя к выполнению операций включения/отключения определяется положением автоматических выключателей и ключей управления, расположенных на соответствующих панелях РЗА.

1.4. Панели и шкафы релейных щитов (релейных защит и автоматики).

Данные мнемосхемы содержат:

• панели защит и автоматики воздушных линий 500, 220, 110 кВ;
• панели защит и автоматики трансформаторного оборудования;
• панели защит и автоматики ОРУ-220 кВ, ОРУ-500, 15,75 кВ;
• панели защит и автоматики генераторов;
• панели защит и автоматики КРУ-6 кВ;
• панели противоаварийной и режимной автоматики.

Панели РЗА в тренажере моделируются в объеме тех элементов, на которые в реальности воздействует оперативный персонал. К таким элементам относятся автоматические выключатели оперативного постоянного тока, переключатели шинок питания, накладки ввода защит, указательные реле (блинкеры), испытательные блоки в токовых цепях. Все перечисленные элементы являются активными (подлежат управлению), при этом любое изменение состояния элемента приводит к адекватной реакции модели тренажера.

1.5. Средства для ведения телефонных переговоров.

1.6. Средства для проведения обходов, осмотров оборудования.

1.7. Средства по технике безопасности (плакаты, УВН, переносное заземление, средства индивидуальной защиты).

2. Всережимная математическая модель гидротурбинного, гидромеханического и электротехнического оборудования.
3. Модель защит, блокировок, сигнализаций и автоматики.
4. Пульт инструктора.
5. Комплект аварийных ситуаций (задание с помощью специальной таблицы вводных).
6. Комплект автоматизированных сценариев тренировок с оценкой.
7. Сохранение режимов и запуск тренажера из любого сохраненного состояния.
8. Протоколирование: действий оператора, ошибок, сигнализаций, защит, блокировок.
9. Система поддержки оператора.
10. Развитая конфигурация сети.
11. Простота запуска и выключения тренажера.
12. Оптимизация программного обеспечения (с применением современных информационных технологий и современных методов моделирования) с возможностью установки тренажера на одном компьютере.

3. 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, отрабатывающих наиболее востребованные операции по переключениям в электрической схеме Красноярской 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.

• Вывод в ремонт блока 1ГТ.
• Ввод в работу блока 1ГТ.
• Вывод в ремонт укрупненного блока 6Т с выводом ГА-7,8.
• Ввод в работу укрупненного блока 6Т с вводом ГА-7,8.
• Вывод в ремонт автотрансформатора АТ-1.
• Ввод в работу автотрансформатора АТ-1.
• Вывод блока 6Т в ремонт.
• Ввод блока 6Т в работу..
• Вывод в ремонт ВЛ-110 кВ Красноярская ГЭС – Гидростроитель I цепь (С-281).
• Ввод в работу ВЛ-110 кВ Красноярская ГЭС – Гидростроитель I цепь (С-281).
• Вывод в ремонт ВЛ-220 кВ Красноярская ГЭС – Левобережная I цепь (Д-3).
• Ввод в работу ВЛ-220 кВ Красноярская ГЭС – Левобережная I цепь (Д-3).
• Вывод в ремонт ВЛ-500 кВ Красноярская ГЭС-Енисей №1.
• Ввод в работу ВЛ-500 кВ Красноярская ГЭС-Енисей №1.
• Вывод в ремонт выключателя 220 кВ В-Д4.
• Ввод в работу выключателя 220 кВ В-Д4.
• Вывод в ремонт выключателя 500 кВ В1-511.
• Ввод в работу выключателя 500 кВ В1-511.
• Вывод в ремонт 1 секции шин 220 кВ.
• Ввод в работу 1 секции шин 220 кВ.
• Вывод в ремонт 2 секции шин 220 кВ.
• Ввод в работу 2 секции шин 220 кВ.
• Вывод в ремонт 1 секции I СШ 500 кВ.
• Ввод в работу 1 секции I СШ 500 кВ.
• Вывод в ремонт 1 секции II СШ 500 кВ.
• Ввод в работу 1 секции II СШ 500 кВ.
• Вывод в ремонт ТН 1c I СШ 500кВ.
• Ввод в работу ТН 1c I СШ 500кВ.
• Вывод в ремонт 1 cекции КРУН 6 кВ.
• Ввод в работу 1 cекции КРУН 6 кВ.
  • Модель вводных.

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.

Данная функция тренажера позволяет формировать противоаварийные сценарии тренировок, с последующим анализом действий обучаемого.

• Аварийные ситуации в работе гидротехнического оборудования.

Короткое замыкание на воздушных линиях 500 кВ:

• ВЛ-500 кВ Красноярская ГЭС – Енисей №1;
• ВЛ-500 кВ Красноярская ГЭС – Енисей №2;
• ВЛ-500 кВ Красноярская ГЭС – Назаровская ГРЭС №1;
• ВЛ-500 кВ Красноярская ГЭС – Назаровская ГРЭС №2.

Короткое замыкание на воздушных линиях 220 кВ:

• ВЛ-220 кВ Красноярская ГЭС – Дивногорская I цепь  (Д-1);
• ВЛ-220 кВ Красноярская ГЭС – Дивногорская II цепь (Д-2);
• КВЛ-220 кВ Красноярская ГЭС – Левобережная I цепь (Д-3);
• КВЛ-220 кВ Красноярская ГЭС – Левобережная II цепь (Д-4).

Короткое замыкание на воздушных линиях 110 кВ:

• ВЛ-110 кВ Красноярская ГЭС – Гидростроитель I цепь (С-281);
• ВЛ-110 кВ Красноярская ГЭС – Гидростроитель II цепь  (С-282).

Короткое замыкание на сборных шинах 500, 220 кВ и ШСВ:

• 1 секция I СШ-500 кВ;
• 2 секция I СШ-500 кВ;
• 1 секция II СШ-500 кВ;
• 2 секция II СШ-500 кВ;
• СВ-1 500 кВ;
• СВ-2 500 кВ;
• 1 секция 220 кВ;
• 2 секция 220 кВ.

Короткое замыкание на шинах 6,3 кВ:

• ЦКРУ 6 кВ 1 Ш;
• ЦКРУ 6 кВ 2 Ш;
• КРУ 6 кВ 3 Ш;
• КРУ 6 кВ 4 Ш;
• 1 секция КРУН 6 кВ;
• 2 секция КРУН 6 кВ;
• 1 секция РУП 6 кВ;
• 2 секция РУП 6 кВ.

Короткое замыкание в трансформаторах:

• Трансформатор 1Т;
• Трансформатор 2Т;
• Трансформатор 3Т;
• Трансформатор 4Т;
• Трансформатор 5Т;
• Трансформатор 6Т;
• Трансформатор 7Т;
• Трансформатор 8Т;
• Трансформатор 1АТ;
• Трансформатор 2АТ;
• Трансформатор ВДТ-1;
• Трансформатор ВДТ-2.

Короткое замыкание на генераторах:

• Генератор 1Г;
• Генератор 2Г;
• Генератор 3Г;
• Генератор 4Г;
• Генератор 5Г;
• Генератор 6Г;
• Генератор 7Г;
• Генератор 8Г;
• Генератор 9Г;
• Генератор 10Г;
• Генератор 11Г;
• Генератор 12Г.

Взрыв и пожар ТН:

• ТН 1с I СШ 500 кВ;
• ТН 2с I СШ 500 кВ;
• ТН 1с II СШ 500 кВ;
• ТН 2с II СШ 500 кВ;
• ТН 1с 220 кВ;
• ТН 2с 220 кВ.

Пожар на генераторах:

• Генератор 1Г;
• Генератор 2Г;
• Генератор 3Г;
• Генератор 4Г;
• Генератор 5Г;
• Генератор 6Г;
• Генератор 7Г;
• Генератор 8Г;
• Генератор 9Г;
• Генератор 10Г;
• Генератор 11Г;
• Генератор 12Г.

• Аварийные ситуации в работе гидротехнического оборудования.

Данная часть пульта инструктора включает набор вводных, имитирующих повреждения гидротехнического и гидромеханического оборудования Красноярской ГЭС:

• Засорение фильтра ТВС Ф-1 ГА-1÷12.
• Засорение фильтра ТВС ФС-1 ГА-1÷12.
• Засорение фильтра ТВС Ф-3 ГА-1÷12.
• Засорение фильтра механической очистки дистиллята ГА-1÷12.
• Повышение уровня воды на крышке турбины ГА-1÷12.
• Повышение вибрации турбины ГА-1÷12.
• Поломка срезных пальцев рычагов НА ГА-1÷12.
• Отказ действия защиты от разгона ГА-1÷12.
• Неисправность системы регулирования гидрогенераторов ГА-1÷12.
• Неисправность защиты по превышению температуры подпятника ГА-1÷12.
• Повышение температуры сегментов подпятника выше уставок защит на останов агрегата ГА-1÷12.
• Повышение частоты вращения ротора гидроагрегата выше 115 об/мин ГА-1÷12.
• Понижение уровня масла в маслованне подпятника ГА-1÷12.
• Снижение давления масла в котле МНУ ниже 29 атм ГА-1÷12.
• Понижение уровня масла в маслованне подшипника ГА-1÷12.

• Отказ в работе выключателей, механизмов, запорной арматуры.

Выполнен функционал вводных аварийных ситуаций, позволяющий задавать отказы в работе коммутационной аппаратуры (любых выключателей), любых механизмов и запорной и регулирующей арматуры. Обращение к данному сервису происходит через команду «Вводные» → «Вводные по арматуре и механизмам», входящую в состав главного меню тренажера.

Чтобы выбрать оборудование, к которому будет применяться вводная отказа (выключатель, механизм и др.), предварительно необходимо перейти на схему, включающую данный элемент или выбрать ее из выпадающего списка в окне вводных.

• 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.

• Протоколы.

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.

 

• Инструкции.

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.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Описание объекта.

Полное наименование системы: «Тренажер с динамическими компьютерными мнемосхемами гидроагрегатов и электрических схем Павловской ГЭС 166.4МВт». 

Условное обозначение: «Тренажер Павловской ГЭС».

Год выпуска: 2022 год.

ВВЕДЕНИЕ.

Тренажер с динамическими компьютерными мнемосхемами гидроагрегатов и электрических схем Павловской ГЭС производственной площадки Приуфимской ТЭЦ филиала ООО «БГК» разрабатывается и внедряется для подготовки, переподготовки и повышения квалификации оперативного и обслуживающего персонала Павловской ГЭС, позволит формировать и поддерживать на высоком уровне навыки оперативного персонала при 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, реализуется искусственное воспроизведение условий и факторов, аналогичных тем, которые имеют место в процессе эксплуатации реального объекта.

Уникальность тренажера заключается не только в применении современных информационных технологий, направленных на усовершенствование программного обеспечения, но и в методике разработки математической модели тренажера, а также организации тренажерной подготовки при обучении кадрового ресурса электростанции.

В состав моделирования объекта-прототипа тренажера входят:

• четыре гидроагрегата мощностью по 41,6 МВт,
• Открытое распредустройство ОРУ-110,
• Открытое распредустройство ОРУ-35,
• Распределительные устройства ГРУ-10, КРУ-10,
• Распределительное устройство КРУН 6,3,
• Распределительное устройство СН-0,4 кВ,
• ЛЭП,
• блочные трансформаторы,ТСН,
• Главный щит управления (ГЩУ),
• Агрегатные щиты управления (АЩУ),
• Релейный щит РЩ,
• АСУ ТП «Овация»,
• ГРАРМ,
• автоматика, блокировки, сигнализация;
• вспомогательные системы ГА,
• щиты возбуждения,
• ячейки КРУ, выключатели, разъединители, ТН,
• сборки питания, шкафы управления и др.

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА-ПРОТОТИПА.

Павловская ГЭС представляет собой плотинную русловую гидроэлектростанцию со зданием ГЭС, совмещённым с водосливной плотиной, установленная мощность  электростанции — 166,4 МВт, среднегодовая выработка электроэнергии — 590 млн кВт·ч. Напорные сооружения ГЭС образуют Павловское водохранилище.

В здании ГЭС под водосливами установлены 4 вертикальных гидроагрегата мощностью по 41,6 МВт, с поворотно-лопастными турбинами ПЛ 577-ВБ-550, работающими при расчётном напоре 22 м. Турбины семилопастные, диаметр рабочего колеса 5,5 м, произведены Харьковским турбинным заводом (в настоящее время АО «Турбоатом»). Турбины приводят в действие генераторы СВМ 1030/120-68 УХЛ4 производства ПАО «Силовые машины».

На Павловской ГЭС используется автоматизированная система управления оборудованием электростанции на базе программно-технического комплекса «Овация» фирмы Эмерсон.

Для выработки и передачи мощности на площадке ПГЭС применена блочная схема соединения генератор-трансформатор по одиночному типу с частичным распределением электроэнергии на генераторном напряжении. Все блоки выполнены по одинаковой схеме.

Гидрогенераторы ст. №№ 1-4 работают на шины главного распределительного устройства ГРУ-10 кВ.

Мощность с шин ГРУ 10 кВ через комплектные распределительные устройства 10 и 6 кВ, открытое распределительное устройство ОРУ-35 кВ выдается потребителям электроэнергии, а также посредством трансформаторов 1Т-4Т в ОРУ 110 кВ.

Мощность с шин ОРУ 110 кВ выдается в сеть 110 кВ по 5 воздушным линиям электропередач ВЛ-110 кВ:

• СПП – Павловская ГЭС с отпайками;
• Уфимская ТЭЦ-3 – Павловская ГЭС с отпайками;
• Павловская ГЭС – Новый Субай с отпайками;
• Павловская ГЭС – Кундашлы 1;
• Павловская ГЭС – Кундашлы 2.

К 1секции ОРУ 35кВ через ШР МВ ВЛ «Бирючево поле» и ЛР ВЛ «Бирючево поле» выключателем МВ ВЛ «Бирючево поле» подключена воздушная линия «Бирючево поле». Схема ОРУ 35 кВ секционированная, состоит из двух секций, объединенных секционными разъединителями СР 1С и СР 2С. Питается от ячеек КРУ-10 кВ через трансформаторы 5Т и 6Т.

Каждый из 4-х энергоблоков состоит из гидрогенератора 10,5 кВ с установленной мощностью 41,6 МВт и повышающего двухобмоточного трансформатора 10,5/110кВ мощностью 63 МВА с разъединителем и выключателем нагрузки на генераторном напряжении. Вырабатываемая генераторами электроэнергия после повышения напряжения главными трансформаторами поступает на сборные шины распределительного устройства ОРУ 110кВ откуда через присоединения ВЛ 110кВ распределяется потребителям. 

На стороне генераторного напряжения распределение электроэнергии осуществляется через отпайки и КРУ 10кВ на электроснабжение собственных нужд ГЭС напряжением 0,4кВ, потребителей организации «Шлюз» напряжением 10кВ, потребителей поселка напряжением 35 кВ и 6,3кВ.

От КРУ 10 кВ через понижающие трансформаторы 10,5/6,3кВ и далее через вводные ячейки с масляными выключателями МВ7Т или МВ8Т питание подается на КРУН 6,3 кВ, где распределяется по ячейкам местных потребителей. КРУН предназначена для электроснабжения потребителей поселка напряжением 6,3кВ. Состоит из 12 комплектных шкафов серии К-ХIII.

Собственные нужды площадки ПГЭС разделяются на агрегатные и общестанционные, все они питаются от КРУ 10,5 кВ [2].

2. 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;
• система аварийной и предупредительной сигнализации;
• РЗиА.

Математические модели гидравлической и тепломеханической частей гидроагрегатов, 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 [3].

Основными составляющими тренажёра также являются 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 аварийных режимах, задаваемых с пульта инструктора. Такими аварийными режимами могут быть короткие замыкания на линиях, шинах, в трансформаторах, генераторе, на присоединениях, отказы в работе гидравлического оборудования.

• Модель системы управления.

В Тренажере с компьютерными динамическими мнемосхемами гидроагрегатов и электрических схем ПГЭС за основу для моделирования взята система управления оборудованием, эксплуатируемая в данный момент на Павловской ГЭС. Мнемосхемы управления гидроагрегатами, главной электрической схемы визуально идентичны реальным.

Модель системы управления тренажера позволяет взаимодействовать с объектами гидромеханической части и главной электрической схемы станции, контролировать текущее состояние параметров и оборудования, срабатывание защит и сигнализации в таком же представлении, как и на реальной системе Павловской ГЭС, привычной для персонала, в объеме, необходимом для проведения обучающих тренировок.

Согласно Техническому проекту, в интерфейсе тренажера реализованы следующие системы управления ПГЭС: АСУ ТП, ГЩУ, управление с местных и релейных щитов ГА, трансформаторов, РЗиА и другого электротехнического и гидромеханического оборудования гидростанции.

Управляющие и информационные окна тренажера соответствуют реальным из АСУ ТП и имеют аналогичное назначение, аналогичный интерфейс.

Для выполнения некоторых обязательных действий, не предусмотренных системой АСУ ТП, например, осмотр, визуальная проверка включенного или отключенного состояния разъединителя, заземляющих ножей, состояния выключателей, ввод-вывод защит, управление ГА с местных щитов управления  и т.д., а также для соответствия возможных действий оперативного персонала реальным, в тренажере, помимо модели АСУ ТП, предусмотрены дополнительные функции в управлении оборудованием. 

Например, управление коммутационными аппаратами смоделировано таким образом, что их включение и отключение (разъединителей, заземляющих ножей) можно было бы осуществлять как с помощью АСУ ТП, так и через местные щиты на ОРУ. Для этого предусмотрена кнопка переключения режима управления с местного на дистанционный и обратно. То есть, для выполнения операций на ОРУ, необходимо переключить управление на местное и вызовом на мнемосхеме соответствующего значка коммутационного аппарата открыть его интерактивное изображение с присутствующим здесь же шкафом управления.  

В состав мнемосхем тренажера введены дополнительные управляющие схемы с набором оборудования блочных и агрегатных щитов управления, панелей ГЩУ, РЗиА, выключателей с другой стороны воздушных линий электропередач и иного оборудования, необходимого для выполнения операций по бланкам переключений и расширения зоны обслуживания оборудования ГЭС.

Панели и шкафы управления гидроагрегатами, РЗиА, ГЩУ, сборок питания  выполнены по фотографиям ячеек и имеют управляющие элементы (ключи, кнопки, автоматы) такие же, что и в реальности.

При вызове с экрана любого управляющего элемента появляется соответствующее диалоговое окно с изображением реальной панели управления, где присутствуют все необходимые функции для работы с данной панелью и отражающие ее состояние.

Кроме управляющих элементов на мнемосхемы тренажера выведены динамические параметры схем: напряжения на шинах, ВЛ, трансформаторах, токи по линиям, активные и реактивные мощности, параметры гидромеханического оборудования. Состояние этих параметров зависит от состояния электрической схемы и режима работы ГА и адекватно реагирует на любые воздействия при их 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, не входящая в состав АСУ ТП, – 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 обеспечению техники безопасности. Имеются ввиду переключения на электрооборудовании, выполнение мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению коммутационных аппаратов, установка защитного заземления, вывешивание плакатов по ТБ.

Вывешивание плакатов на переключаемом 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. Визуально идентичны реальным, имеют сигнальную лампу и находятся в составе электроинструментов тренажера.

• Модель системы защит.

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 Павловской ГЭС, и в достаточной мере точно имитирует их работу.

Управление гидромеханическими защитами гидроагрегатов входит в систему АСУ ТП и осуществляется с соответствующей мнемосхемы, входящей в состав аварийной сигнализации в АСУ ТП. 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 трех гидроагрегатов.

Информация о сработавших защитах представляется в общем списке центральной сигнализации АСУ ТП дискретных сигналов и дублируется в специальном отдельном окне аварийной и предупредительной сигнализации системы тренажера с внесением в протокол контроля.

Управление электрическими защитами ГЭС в тренажере производится из шкафов резервных и основных защит, расположенных на агрегатных и релейных щитах, для которых предусмотрены отдельные мнемосхемы ЗиУ БГТ и РЩ, выполнено по фотографиям шкафов РЗ и максимально приближено к реальному. Шкафы защит имеют идентификационные номера такие же, как их маркировка на электростанции и легко узнаваемы на мнемосхемах тренажера, изображаются в виде кнопок и областей перехода. В момент срабатывания защиты срабатывает сигнал желтого или красного цвета совместно со звуковой сигнализацией. Сигналы, ключи, переключатели и кнопки в шкафах защит отрабатывают аналогично реальным. Отображение информации по защитам и другим системам тренажера повторяет интерфейс АСУ ТП объекта и дает возможность проводить обучение персонала в условиях, приближенным к рабочим.

• Модель блокировок.

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 содержит условия ее действия.

• Модель аварийной и предупредительной сигнализации.

Кроме сигнализации в системе АСУ ТП, 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.

 

3. 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 на оборудовании ГЭС по выводу в ремонт, вводу в работу и т.д.

Модель сценария – это программное пошаговое описание набора необходимых действий оператора в определенной последовательности для выполнения тренировочного задания по сценарию, которое в отдельных непринципиальных случаях может выполняться с некоторыми допущениями. 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 33 автоматизированных сценария, охватывающих весь спектр гидромеханического и электротехнического оборудования Павловской ГЭС и представленных в виде разделов инструкций по эксплуатации или бланков переключений. При выполнении каждого шага по бланку оператор должен проставить галочку в бланке, также как и в жизни при производстве реальных переключений и затем перейти к следующему шагу. Всережимная математическая модель тренажера позволяет составлять любые сценарии тренировок из любых начальных состояний оборудования.

• Модель вводных.

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 интерфейсные 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.

• 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 [4].

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.

• Протоколы.

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.

• Инструкции.

В тренажере предусмотрен архив технической документации, используемой на электростанции, по работе систем главной электрической схемы, гидромеханического и гидротехнического оборудования, защитам, режимам работы и т.д. Это основные инструкции по эксплуатации, карты уставок защит и сигнализации, технологические и электрические схемы и т.п., 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.

Заказать бесплатную демонстрацию тренажера >>>

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Описание объекта.

Полное наименование системы: «Тренажер с динамическими компьютерными мнемосхемами основного технологического оборудования, тепловой схемы Уфимской ТЭЦ-4 ». 

Условное обозначение: «Тренажер Уфимской ТЭЦ-4».

Год выпуска: 2018 год.

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.

1. 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).

 

2. 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.

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.

 

• Модель блокировок.

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.

 

3. 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

1. Вывод в ремонт генератора 11Г
2. Ввод в работу генератора 11Г
3. Вывод в ремонт трансформатора 6Т
4. Ввод в работу трансформатора 6Т
5. Вывод в ремонт автотрансформатора 2АТ
6. Ввод в работу автотрансформатора 2АТ
7. Вывод в ремонт трансформатора собственных нужд совместно с секцией 0,4 кВ
8. Ввод в работу трансформатора собственных нужд
9. Вывод в ремонт ВЛ 220 кВ У (ВЛ-247)
10. Ввод в работу ВЛ 220 кВ  (ВЛ-247)
11. Вывод в ремонт ВЛ 500 кВ  (ВЛ-571)
12. Ввод в работу ВЛ 500 кВ  (ВЛ-571)
13. Вывод в ремонт выключателя 220 кВ
14. Ввод в работу выключателя 220 кВ
15. Вывод в ремонт выключателя 500 кВ
16. Ввод в работу выключателя 500 кВ
17. Вывод из работы IСШ 220 кВ
18. Ввод в работу IСШ 220 кВ
19. Ввод в работу IIСШ 220 кВ
20. Вывод из работы IIСШ 220 кВ
21. Вывод из работы 1С 500 кВ
22. Ввод в работу 1С 500 кВ
23. Вывод из работы 2С 500 кВ)
24. Ввод в работу 2С 500 кВ
25. Вывод в ремонт ТН-1С 500кВ
26. Ввод в работу ТН-1С 500кВ
27. Вывод в ремонт 1СШ 35кВ
28. Ввод в работу 1СШ 35кВ
29. Вывод в ремонт КРУ-6 кВ 1С
30. Ввод в работу КРУ-6 кВ 1С

• Модель вводных.

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:

1. Трансформатор 1АТ
2. Трансформатор 2АТ
3. Трансформатор 1Т
4. Трансформатор 2Т
5. Трансформатор 3Т
6. Трансформатор 4Т
7. Трансформатор 5Т
8. Трансформатор 6Т
9. Трансформатор 7Т
10. Трансформатор 8Т
11. Трансформатор 11Т
12. Трансформатор 12Т
13. Трансформатор 13Т
14. Трансформатор 14Т
15. Трансформатор 15Т
16. Трансформатор 16Т
17. Трансформатор 17Т
18. Трансформатор 18Т
19. Трансформатор 101Т
20. Трансформатор 102Т
21. Трансформатор 103Т

Короткое замыкание на выводах генераторов:

22. Генератор 1Г
23. Генератор 2Г
24. Генератор 3Г
25. Генератор 4Г
26. Генератор 5Г
27. Генератор 6Г
28. Генератор 7Г
29. Генератор 8Г
30. Генератор 9Г
31. Генератор 10Г
32. Генератор 11Г
33. Генератор 12Г
34. Генератор 13Г
35. Генератор 14Г
36. Генератор 15Г
37. Генератор 16Г

Короткое замыкание на шинах:

38. 1С-500 кВ
39. 2С-500 кВ
40. СВ 1-3 500 кВ
41. СВ 2-4 500 кВ
42. IСШ-220 кВ
43. IIСШ-220 кВ
44. IСШ-35 кВ
45. IIСШ-35 кВ
46. IIIСШ-35 кВ
47. ШСВ-220 кВ
48. 1 секция 6 кВ
49. 2 секция 6 кВ
50. 3 секция 6 кВ
51. 4 секция 6 кВ
52. 5 секция 6 кВ
53. 6 секция 6 кВ

Короткое замыкание на воздушной линии:

54. ВЛ-500 кВ №1
55. ВЛ-500 кВ (ВЛ-571)
56. ВЛ-220 кВ (ВЛ-245)
57. ВЛ-220 кВ  (ВЛ-246)
58. ВЛ-220 кВ (ВЛ 220кВ  — А)
59. ВЛ-220 кВ  (ВЛ 220кВ  — Б)
60. ВЛ-220 кВ  №2
61. ВЛ-220 кВ  (ВЛ-247)
62. ВЛ 220 кВ  (ВЛ-248)
63. Короткое замыкание на генераторном напряжении 15,75 кВ:
64. Генераторы :1Г,2Г
65. Генераторы:3Г,4Г
66. Генераторы:5Г,6Г
67. Генераторы:7Г,8Г
68. Генераторы:9Г,10Г
69. Генераторы:11Г,12Г
70. Генераторы:13Г,14Г
71. Генераторы:15Г,16Г

Отказ в работе выключателей (аварийные ситуации шт.), действия УРОВ:

72. Выключатели ОРУ-500 кВ(14шт.)
73. Выключатели ОРУ-220 кВ(13шт.)
74. Выключатели РУ-35 кВ (4шт.)
75. Выключатели ГРУ-15,75 кВ(16 шт.)
76. Выключатели и выкатные элементы КРУ-6,3 кВ(20шт.)

Аварийные ситуации в работе гидротехнического оборудования.

77. Засорение фильтра технического водоснабжения.
78. Самопроизвольное закрытие задвижки технического водоснабжения.
79. Ухудшение или прекращение смазки подшипников турбины.
80. Засорение фильтров в сливном баке МНУ.
81. Повышение уровня воды на крышке турбины.
82. Повышение вибрации турбины.
83. Поломка срезных пальцев рычагов НА.
84. Отказ действия защиты от разгона.
85. Частичная или полная потеря напряжения собственных нужд при нормальной работе гидроагрегатов
86. Неисправность системы регулирования гидрогенераторов
87. Неисправность технологических защит, действующих на останов агрегата
88. Нарушение нормальной работы вспомогательного оборудования
89. Пожар в генераторе
90. Повышение температуры сегментов подпятника, верхнего и нижнего генераторного подшипников выше уставок защит на останов агрегата
91. Повышение частоты вращения ротора гидроагрегата выше 150 об/мин
92. Повышение/понижение уровней масла в ваннах подпятника, верхнего и нижнего генераторного подшипников
93. Выход из строя системы регулирования турбины
94. Снижение давления масла в котле МНУ ниже 33 атм.
95. 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.

• Протоколы.

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.

 

• Инструкции.

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.

Заказать бесплатную демонстрацию тренажера >>>

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

                                                                ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ


Описание объекта.

Полное наименование системы: «Тренажер переключений в электроустановках, устройствах РЗА, управление гидротурбинным и гидромеханическим оборудованием  ГЭС»
Условное обозначение: «Тренажер ГЭС».

Год выпуска: 2021

ВВЕДЕНИЕ.

Полномасштабный компьютерный тренажерно-аналитический комплекс 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.

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА-ПРОТОТИПА.

ГЭС представляет собой мощную высоконапорную гидроэлектростанцию плотинного типа . Сооружения гидроузла имеют I класс капитальности и включают в себя бетонную и две земляные плотины, здание ГЭС и открытые распределительные устройства (ОРУ). Установленная мощность электростанции — 4500 МВт.

В здании ГЭС установлено 18 гидроагрегатов мощностью по 250 МВт, оборудованных радиально-осевыми турбинами РО-115-В-558 (12 шт.) и РО-662-ВМ-550 (6 шт.), работающих на расчетном напоре 101,5 м. Турбины имеют диаметр рабочего колеса 5,5 м, пропускную способность 254 м³/с. Турбины приводят в действие синхронные гидрогенераторы СВ-1190/250-48 с воздушным охлаждением обмотки статора. Гидротурбины изготовлены Ленинградским металлическим заводом, генераторы — заводом «Электросила».

Гидроагрегаты выдают электроэнергию на напряжении 15,75 кВ. Десять гидроагрегатов подключены к трёхфазным трансформаторам ТЦ-300000/220, остальные восемь объединены в укрупнённые блоки: каждые два генератора подключены к группе из трёх однофазных трансформаторов ОРЦО-210000/500. Трансформаторы расположены в пазухе между зданием ГЭС и плотиной. С трансформаторов электроэнергия передается на открытые распределительные устройства напряжением 500 кВ и 220 кВ, расположенные на левом берегу. Для связи между шинами открытых распределительных устройств смонтированы две группы однофазных автотрансформаторов АОДЦТН-267000/500.

Электроэнергия ГЭС выдаётся в энергосистему на двух напряжениях – 220 и 500 кВ в общей сложности по 25 линиям электропередачи.

В состав главной электрической схемы ГЭС входят ОРУ 500 кВ, ОРУ 220 кВ, ГРУ 15,75 кВ, КРУ-ЩБ(6,3 кВ), собственные нужды станции, а также автотрансформаторы АТ, блочные трансформаторы, ТСН.

ОРУ 220 кВ разделено на 2 секции, каждая из которых представляет собой сборную систему шин, выполненных по схеме две СШ с обходной ОСШ. К первой секции присоединяются силовые трансформаторы 9Т, 10Т, 11Т, 12Т и 13Т типа ТЦ-300000/220, ко второй – трансформаторы с такими же характеристиками 14Т, 15Т, 16Т, 17Т, 18Т.  Трансформатор 13Т может подключаться на II СШ 2 секции. ОРУ 220 кВ имеет 20 ВЛ-220 кВ и равномерно распределенных по двум секциям – 10 присоединений на каждую.

Автотрансформаторы 1АТ и 2АТ 3хАОДЦТН-267000/500/220/11 кВ применяются для связи между ОРУ-500 кВ и 1 и 2 секций ОРУ-220 соответственно.

ОРУ 500 кВ состоит из двух систем шин и выполнено по полуторной схеме (две системы шин и три выключателя на две цепи) и питается через четыре трансформаторные группы 3хОРЦО-210000/500 от восьми генераторов, объединенных по два в каждый из четырех укрупненных блоков без генераторных выключателей. Передача мощности потребителям происходит по пяти воздушным линиям электропередачи.

2. 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 филиала за основу для моделирования взята система управления оборудованием, существующая на ГЭС ПТК «Синетик». Мнемосхемы гидроагрегатов, распредустройств 500, 220, 15,75 кВ, собственных нужд визуально полностью идентичны находящимся в составе АСУТП гидроэлектростанции.

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.

• Подсистемы тренажера

В состав тренажера по оперативным переключениям ГЭС входят:

1. Следующий графический материал:

1.1.Мнемосхемы главного щита управления ГЩУ. В данную группу входят: схема ОРУ-500 кВ, схема ОРУ 220 кВ, схема ГРУ-15,75 кВ, схема центральной сигнализации, схемы системы управления гидроагрегатами (АСУГ, АСУБ) 1-18, шкафы и панели ГЩУ.

Схемы ОРУ-500, 220 кВ, ГРУ-15,75 кВ, отображающие информацию о положении управляющих элементов ОРУ, действующих блокировках КА и выключателей, а также силовых и измерительных трансформаторов, электрических параметрах работы оборудования (напряжения, токи, мощности, частота).

Схема центральной сигнализации ГЩУ поочередно выводит на экран сообщения сигнализации, сработавшей за время тренировки.

Схемы АСУГ, АСУБ являются составной частью системы управления гидроагрегатами 1-18 и включают информацию о состоянии основных и вспомогательных систем гидравлической части тренажера, включая подсистемы термоконтроля генератора, вспомогательного оборудования, виброконтроля, диагностики, сигнализации, алгоритмов готовности к пуску и пожаротушения.

Внешний вид ГЩУ выполняется в максимальном соответствии реальному щиту. Приборные и управляющие панели полностью копируют настоящие и выполняют те же функции. Операции по коммутации выключателей воспроизводятся с ключа управления, а проверочные операции — по приборам, лампам, световым табло, а также по внешнему виду на ОРУ.

Схема центральной сигнализации ГЩУ поочередно выводит на экран сообщения сигнализации, сработавшей за время тренировки.

1.2. Мнемосхемы состояния коммутационных аппаратов (КА) ОРУ-500, 220, ГРУ-15,75 кВ отображают не только положение КА и выключателей, значения параметров, но и дают информацию об установленных переносных элементах – плакатах, заземлениях, индикаторах напряжений. Данные мнемосхемы выполнены в полном соответствии с реальными схемами (АРМ ОРУ).

1.3. Местные щиты управления

Все графические элементы (выключатели 500 кВ, 220 кВ, разъединители 500 кВ, 220 кВ, 15,75 кВ, выключатели СН, трансформаторы) изображены по фотографиям реальных объектов, установленных на электростанции.

В ОРУ моделируются разъединители, соответствующие типу объекта-прототипа.

В ОРУ моделируются приводы главных ножей разъединителей и приводы заземляющих ножей.

В модели реализованы все реально существующие оперативные и механические блокировки разъединителей и заземляющих ножей.

Состояние готовности выключателя к выполнению операций включения/отключения определяется положением автоматических выключателей и ключей управления, расположенных на соответствующих панелях РЗА.

1.4. Мнемосхемы РЗА (релейных защит и автоматики).

Данные мнемосхемы содержат:

• панели защит и автоматики воздушных линий 500, 220 кВ;
• панели защит и автоматики трансформаторного оборудования;
• панели защит и автоматики ОРУ-220 кВ, ОРУ-500, 15,75 кВ;
• панели защит и автоматики генераторов;
• панели защит и автоматики КРУ-6 кВ;
• панели противоаварийной и режимной автоматики.

Панели РЗА в тренажере моделируются в объеме тех элементов, на которые в реальности воздействует оперативный персонал. К таким элементам относятся автоматические выключатели оперативного постоянного тока, переключатели шинок питания, накладки ввода защит, указательные реле (блинкеры), испытательные блоки в токовых цепях. Все перечисленные элементы являются активными (подлежат управлению), при этом любое изменение состояния элемента должно приводить к адекватной реакции модели тренажера.

1.5. Средства для ведения телефонных переговоров.

1.6. Средства для проведения обходов, осмотров оборудования.

1.7. Средства по технике безопасности (плакаты, УВН, переносное заземление).

2. Всережимная математическая модель гидротурбинного, гидромеханического и электротехнического оборудования.
3. Модель защит, блокировок, сигнализаций и автоматики.
4. Пульт инструктора.
5. Комплект аварийных ситуаций (задание с помощью специальной таблицы вводных).
6. Комплект автоматизированных сценариев тренировок с оценкой.
7. Сохранение режимов и запуск тренажера из любого сохраненного состояния.
8. Протоколирование: действий оператора, ошибок, сигнализаций, защит, блокировок.
9. Система поддержки оператора.
10. Развитая конфигурация сети.
11. Простота запуска и выключения тренажера.
12. Оптимизация программного обеспечения (с применением современных информационных технологий и современных методов моделирования) с возможностью установки тренажера на одном компьютере.

3. 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.

1. Вывод в ремонт генератора 16Г
2. Ввод в работу генератора 16Г
3. Вывод в ремонт трансформатора 16Т
4. Ввод в работу трансформатора 16Т
5. Вывод в ремонт автотрансформатора 1АТ
6. Ввод в работу автотрансформатора 1АТ
7. Вывод в ремонт трансформатора СН 32Т
8. Ввод в работу трансформатора СН 32Т
9. Вывод в ремонт ВЛ-220 кВ (ВЛ-238)
10. Ввод в работу ВЛ-220 кВ  (ВЛ-238)
11. Вывод в ремонт ВЛ-500 кВ  ГЭС 1 (ВЛ-571)
12. Ввод в работу ВЛ-500 кВ  ГЭС 1 (ВЛ-571)
13. Вывод в ремонт выключателя 220 кВ В-238 с заменой на 2ВО
14. Ввод в работу выключателя 220 кВ В-238
15. Вывод в ремонт выключателя 500 кВ В-3Т-571.
16. Ввод в работу выключателя 500 кВ В-3Т-571
17. Вывод из работы I СШ 1с 220 кВ
18. Ввод в работу I СШ 1с 220 кВ
19. Вывод из работы II СШ 1с 220 кВ
20. Ввод в работу II СШ 1с 220 кВ
21. Вывод из работы I СШ 500 кВ
22. Ввод в работу I СШ 500 кВ
23. Вывод из работы II СШ 500 кВ
24. Ввод в работу II СШ 500 кВ
25. Вывод в ремонт 1Г, 2Г
26. Ввод в резерв 1Г, 2Г после ремонта
27. Вывод в ремонт КРУ 16 блока
28. Ввод в работу КРУ 16 блока
29. Вывод в ремонт 32Т и С
30. Ввод в работу 32Т и С

• Модель вводных.

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 Братской ГЭС

Короткое замыкание на выводах трансформаторов: Трансформатор 1АТ

1. Трансформатор 2АТ
2. Трансформатор 1Т
3. Трансформатор 2Т
4. Трансформатор 3Т
5. Трансформатор 4Т
6. Трансформатор 5Т
7. Трансформатор 6Т
8. Трансформатор 7Т
9. Трансформатор 8Т
10. Трансформатор 11Т
11. Трансформатор 12Т
12. Трансформатор 13Т
13. Трансформатор 14Т
14. Трансформатор 15Т
15. Трансформатор 16Т
16. Трансформатор 17Т
17. Трансформатор 18Т
18. Трансформатор 21Т
19. Трансформатор 22Т

Короткое замыкание на выводах генераторов;

Короткое замыкание в обмотке ротора;

Пожар:

20. Генератор 1Г
21. Генератор 2Г
22. Генератор 3Г
23. Генератор 4Г
24. Генератор 5Г
25. Генератор 6Г
26. Генератор 7Г
27. Генератор 8Г
28. Генератор 9Г
29. Генератор 10Г
30. Генератор 11Г
31. Генератор 12Г
32. Генератор 13Г
33. Генератор 14Г
34. Генератор 15Г
35. Генератор 16Г
36. Генератор 17Г
37. Генератор 18Г

Короткое замыкание на шинах:

38. I СШ-500 кВ
39. II СШ-500 кВ
40. I СШ 1с-220 кВ
41. II СШ 1с-220 кВ
42. I СШ 2с-220 кВ
43. II СШ 2с-220 кВ
44. КРУ ТМХ 1с 6,3 кВ
45. КРУ ТМХ 2с 6,3 кВ
46. КРУ ЩБ 1с 6,3 кВ
47. КРУ ЩБ 2с 6,3 кВ
48. КРУ МП-1 6,3 кВ
49. КРУ 9 бл. 6,3 кВ
50. КРУ 16 бл. 6,3 кВ
51. КРУ 17 бл. 6,3 кВ

 Короткое замыкание на воздушной линии:

Взрыв и пожар:

78. ТН1-500 кВ
79. ТН2-500 кВ
80. 1ТН1-220 кВ
81. 1ТН2-220 кВ
82. 2ТН1-220 кВ
83. 2ТН2-220 кВ

 Земля в сети:

84. КРУ ЩБ 1с яч.5
85. КРУ ЩБ 2с яч.16
86. КРУ ТМХ 1с яч.2
87. КРУ ТМХ 2с яч.11

 Отказ в работе выключателей (аварийные ситуации шт.), действия УРОВ:

88. Выключатели ОРУ-500 кВ (17 шт.)
89. Выключатели ОРУ-220 кВ (36 шт.)
90. Выключатели 10,58 кВ (2 шт)
91. Выключатели и выкатные элементы КРУ-6,3 кВ

 Аварийные ситуации в работе гидромеханического оборудования.

92. Засорение фильтра технического водоснабжения.
93. Самопроизвольное закрытие задвижки технического водоснабжения.
94. Ухудшение или прекращение смазки подшипников турбины.
95. Засорение фильтров в сливном баке МНУ.
96. Повышение уровня воды на крышке турбины.
97. Повышение вибрации турбины.
98. Поломка срезных пальцев рычагов НА.
99. Отказ действия защиты от разгона.
100. Частичная или полная потеря напряжения собственных нужд при нормальной работе гидроагрегатов
101. Неисправность системы регулирования гидрогенераторов
102. Неисправность технологических защит, действующих на останов агрегата
103. Нарушение нормальной работы вспомогательного оборудования
104. Утечка масла в воды через уплотнения лопастей рабочего колеса турбины
105. Пожар в генераторе
106. Повышение температуры сегментов подпятника, верхнего и нижнего генераторного подшипников выше уставок защит на останов агрегата
107. Повышение частоты вращения ротора гидроагрегата выше 116 об/мин
108. Повышение/понижение уровней масла в ваннах подпятника, верхнего и нижнего генераторного подшипников
109. Выход из строя системы управления лопастями рабочего колеса турбины
110. Снижение давления масла в котле МНУ ниже 13 атм.
111. Выброс масла из маслоприёмника и попадание его на кольца и щётки возбуждения
112. Отказ (повреждение) в работе механизмов
113. Отказ в работе насосов осушения здания ГЭС
114. Отказ в работе СК
115. Отказ в работе КВД
116. Отказ в работе МНУ
117. Отказ в работе ЛН
118. Отказ в работе МН трансформаторов

• 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.

• Протоколы.

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.

 

• Инструкции.

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.

Заказать бесплатную демонстрацию тренажера >>>

                                                                     ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
  
Описание объекта.
Полное наименование системы: «Полномасштабный компьютерный тренажерно-аналитический комплекс блочной установки с поперечными связями на основе турбины Т-118/125-130-8» (паровая теплофикационная турбина Т-118/125-130-8 с генератором ТФП-110-2УЗ, три котла типа БКЗ-210-140-9, работающих на угольной пыли и попутном газе).  

Условное обозначение: «Тренажер блока Т-118».
Год выпуска: 2020 год.

Полномасштабный компьютерный тренажерно-аналитический комплекс блочной установки Т-118 МВт для подготовки персонала котлотурбинного цеха построен на основе двух программно-технических комплексов: ПТК «ТЕКОН», разработанного ГК «ТЕКОН» и ПТК АО «ТЭСТ». Специализированный ПТК «ТЕКОН» установлен на котлах для автоматизации управления котлоагрегатами и имитируется в тренажере в полном объеме. ПТК АО «ТЭСТ» — программный комплекс, разработанный для отображения и управления системами турбины, генератора и общестанционного оборудования в тренажере. Тренажер моделирует работу основного и вспомогательного оборудования блока 118 МВт, алгоритмов управления и защиты, имитирует управление с операторских станций, является средством обучения, предэкзаменационной подготовки и экзаменационного тестирования оперативного персонала электростанции.

Тренажер представляет из себя копию рабочего места оператора энергоблока, средство подготовки персонала, реализующее логико-динамическую и (или) функциональную модель оборудования (блок, 3 котла, турбина, генератор, и т.д.) и осуществляющее контроль качества подготовки персонала. Общий графический дизайн тренажера разработан на основе технологических мнемосхем, имеющихся на блочном щите и оперативных схем турбинного и котельного цехов, дизайн котельных схем выполнен аналогично схемам ПТК «ТЕКОН», дополненных технологической арматурой, необходимой для управления в подготовительных, пусковых и других режимах работы оборудования данного блока.

Для повышения уровня профессионализма и дальнейшей аттестации данный тренажер предполагает обучение, тренировку и тестирование персонала по следующим специальностям:

— начальник смены станции;
— начальник смены котельного цеха;
— начальник смены турбинного цеха;
— старший машинист;
— машинист блока;
— машинист котла;
— машинист турбины;
— машинист-обходчик основного оборудования;
— машинист-обходчик вспомогательного оборудования.

В состав объекта-прототипа тренажера блока 118 МВт входят:

— теплофикационная паровая турбина Т-118/125-130-8 с конденсационной установкой и двумя регулируемыми отопительными отборами;
— три паровых барабанных котла БКЗ-210-140-9, работающих на газе и угле;
— вспомогательное оборудование;
— общестанционное оборудование;
— генератор ТФП-110-2УЗ.

Краткое описание объекта-прототипа.

Блочная установка 118 МВт состоит из паровой теплофикационной турбины типа Т-118/125-130-8, изготовленной на УТМЗ, с конденсационной установкой и двумя регулируемыми отопительными отборами, предназначенной для непосредственного привода турбогенератора типа  ТФП-110-2УЗ и отпуска тепла для нужд отопления; трех паровых барабанных котлов БКЗ-210-140-9 (топливо – уголь, природный газ), комплекса вспомогательного блочного и общестанционного оборудования (насосов, подогревателей, охладителей, паропроводов и пр.), работающего в едином термодинамически связанном технологическом цикле.

Общестанционное оборудование блока состоит:

— главный коллектор пара ВД с давлением 130 кгс/см²;
— растопочный паровой коллектор, коллекторы НД;
— коллекторы питательной воды, конденсата и др.;
— три деаэратора питательной воды ДП-225 ст.№13,14,15;
— три питательных электронасоса ЭПН-13 марки ПЭ-380-200-2 и ЭПН-14,15 марки ПЭ-380-185-2;
— растопочное редукционно-охладительное устройство РОУ-140/10-16 кгс/см²;
— редукционные охладительные устройства РОУ-1, РОУ-2 давлением 140/110 кгс/см²;
— бойлерная установка, состоящая из трех ПБ марки ПСВ-500-14-23.

Состав тренажера:

1. Операторский интерфейс системы управления, разработанный АО «ТЭСТ» (12 мнемосхем, разработанных по оперативным схемам котло-турбинного цеха):

— Главный паропровод.
— Турбина Т-118/125-130-8.          
— Маслосистема смазки турбины.
— Уплотнения турбины.
— Тепловое состояние и механические величины.
— Теплофикационная установка.
— Циркуляционная система.
— Бойлерная установка.
— Охлаждение генератора.
— Схема создания вакуума.
— Схема обвязки ПВД.
— Питательно-деаэрационная установка.
— Защиты блока.
— Защиты турбины.
— Защиты вспомогательного оборудования.

2. Интерфейс реальной АСУ ТП котлоагрегата, разработанный ГК «ТЕКОН», управляющий всеми системами котла:

— Общая схема котла БКЗ-210-140-9.
— Газопроводы и горелки.
— Горелка 1.
— Горелка 2.
— Горелка 3.
— Горелка 4.
— Горелка 5.
— Горелка 6.
— Газовый тракт.
— Воздушный тракт котла.
— Питательный тракт котла.
— Пароперегреватель.
— Температура металла ПП.
— Пылесистема МВ-11А, 11Б.
— ШБМ.
— Маслосистема.
— Паромазутопроводы.
— Орошение ЗУУ.
— Температура подшипников.
— Вся пылесистема.
— Газовоздушный тракт.
— Технологические защиты останова котла.
— Локальные технологические защиты котла (ч.1).
— Локальные технологические защиты котла (ч.2).
— ТЗСН 50%.
— ТЗ Горелка №1.
— ТЗ Горелка №2.
— ТЗ Горелка №3.
— ТЗ Горелка №4.
— ТЗ Горелка №5.
— ТЗ Горелка №6.
— Блокировки котла.
— ТБ Горелка №1.
— ТБ Горелка №2.
— ТБ Горелка №3.
— ТБ Горелка №4.
— ТБ Горелка №5.
— ТБ Горелка №6.
— Действия защит.
— Защиты блока.
— Защиты турбины.
— Защиты вспомогательного оборудования.

3. Сигнализация блока.
4. Математическая интегральная модель турбины типа Т-118/125-130-8
5. Математическая интегральная модель котла БКЗ-210-140-9.
6. Математическая интегральная модель вспомогательного оборудования.
7. Математическая интегральная модель общестанционного оборудования, технологически связанного с блоком Т-118.
8. Модель защит, блокировок, сигнализаций, автоматики, пошаговых программ.
9. Развитая конфигурация сети (подключение любого количества компьютеров).
10. Пульт инструктора.
Контролирующая программа, позволяющая фиксировать неправильные действия оператора энергообъекта (несоответствие логике и смыслу правил технической эксплуатации).
11. Комплект нештатных ситуаций (задание с помощью специальной таблицы вводных).
12. Комплект автоматизированных сценариев тренировок с оценкой выполнения задания.
Возможность построения любых диспетчерских графиков и работа по этим графикам.
13. Сохранение режимов и запуск тренажера из любого сохраненного состояния.
14. Протоколирование: действий оператора, ошибок, сигнализаций, защит, блокировок.
15. Контроль ТЭП, графопостроение для всех параметров, состояния механизмов и арматуры.
16. Система поддержки оператора.
17. Ускорение и замедление процессов, замораживание ситуаций, возврат ситуаций.
18. Эксплуатационная документация, в том числе описание тренажера, справочные материалы, задания, пошаговые инструкции и т.д.
19. Оптимизация программного обеспечения (с применением современных информационных технологий и современных методов моделирования) с возможностью установки тренажера как на одном компьютере, а так и на любом количестве компьютеров.

Математическое описание тренажера.

Математическая модель теплогидравлической части объекта состоит из дифференциальных уравнений, основанных на рассмотрении физической природы процессов, то есть стандартных балансовых уравнений, а количественные зависимости и направленность процессов определяются законами термодинамики, гидродинамики, аэродинамики и т.д. Зависимости между параметрами связей однозначно и единообразно описываются уравнениями энергетического, расходного и гидравлического балансов в элементах оборудования, а также уравнениями изменения энтальпии каждого из видов теплоносителя.

Состав моделируемых режимов.

В тренажере моделируются следующие режимы:

1. Пуск блока из любого теплового состояния.
2. Останов блока.
3. Работа блока в любом диапазоне нагрузок.
4. Перевод котла с газа на сжигание пыли.
5. Перевод котла с пыли на сжигание газа.
6. Включение и отключение теплофикационной установки.
7. Включение и отключение бойлерной установки.
8. Работа блока с различным составом оборудования (3 котла + паровая турбина; 2 котла + паровая турбина, 1 котел + паровая турбина и т.д.)
9. Включение в сеть генератора.
10. Работа блока с автоматическим и(или) ручным регулированием.
11. Работа блока в нештатных режимах.

Состав базовых сценариев тренировок.

Каждое задание составлено на основе эксплуатационных инструкций, действующих на электростанции, и представляет собой одну из стандартных технологических операций. Тренажер снабжен стандартным набором заданий для тренировок, после выполнения которых автоматически выставляется оценка.

— Включение в работу маслосистемы турбины.
— Включение в работу системы циркуляционного водоснабжения.
— Включение в работу конденсатного тракта.
— Включение в работу питательно-деаэрационной установки.
— Подготовка котла к пуску.
— Растопка котла из холодного состояния.
— Включение котла в паровую магистраль.
— Останов котла.
— Пуск вакуумной системы.
— Прогрев трубопроводов острого пара до ГПЗ.
— Пуск турбины.
— Нагружение блока. Включение в работу ПВД.
— Включение теплофикационной установки.
— Отключение теплофикационной установки.
— Включение в работу пылесистемы.
— Перевод котла на сжигание угольной пыли.
— Останов системы пылеприготовления.
— Останов турбины.
— Пуск блока из горячего состояния.

Состав нештатных ситуаций.

В тренажер включен стандартный набор нештатных ситуаций, служащих для подготовки оперативного персонала к парирующим действиям в режиме аварии. С помощью таблиц вводных задаются отказы в работе технологического оборудования, арматуры, систем автоматики, электрооборудования.

Имеется функция задержки по времени на ввод любой из ситуаций в действие. Задержка указывается в правом нижнем углу поля каждой аварийной вводной.

1. Отказы в работе:

— Отказы в работе арматуры;
— Отказы в работе механизмов;
— Регулирующие клапаны;
— Отказ в работе любой защиты;
— Несрабатывание АВР.

2. Нештатные ситуации в работе турбинного оборудования и технологических процессах.

— Заедание стопорного клапана.
— Самопроизвольная посадка стопорного клапана.
— Заедание регулирующих клапанов турбины.
— Засорение фильтров ЦН-1,ЦН-2.
— Разрыв трубок ПВД.
— Разрыв трубок ПНД.
— Разрыв трубок ПСГ-1,2.
— Разрыв трубок ПБ-1,2,3.
— Уменьшение протока масла через подшипники турбины.
— Отключение секций питания собственных нужд.

3. Нештатные ситуации в работе котельного оборудования и технологических процессах.

3.1. Снижение давления газа перед котлом.
3.2. Ухудшение качества угля.
3.3. Самопроизвольное открытие/закрытие предохранительных клапанов.
3.4. Разрыв труб:
— водяного экономайзера А,Б;
— экранных труб;
— пароперегревателя 1 ступени А,Б;
— ширмового пароперегревателя 1 ступени А,Б;
— ширмового пароперегревателя 2 ступени А,Б;
— пароперегревателя 3 ступени А,Б;
— пароперегревателя 4 ступени А,Б;
— трубопроводов питательной воды;
— паропроводов в пределах котла;
3.5. Повреждение топочной футеровки и сводов.
3.6. Сброс нагрузки:
— с потерей собственных нужд;
— без потери собственных нужд;
3.7. Нарушение водно-химического режима КА.
3.8. Потеря напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления на всех КИП и А.