Тренажер переключений в электроустановках, устройствах РЗА, управление гидротурбинным и гидромеханическим оборудованием ГЭС

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.

Метки: ГЭС