Тренажер ГЭС с гидроагрегатами 40 МВт

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Описание объекта.

Полное наименование системы: «Тренажер ГЭС с гидроагрегатами 40 МВт». 

Условное обозначение: «Тренажер ГЭС с гидроагрегатами 40 МВт».

Год выпуска: 2026 год.

ВВЕДЕНИЕ.

Тренажер ГЭС с гидроагрегатами 40 МВт предназначен для подготовки, переподготовки и повышения квалификации оперативного и обслуживающего персонала 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, 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.

Прототип моделируемой в тренажере 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 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. Турбины приводят в действие генераторы СВМ 1030/120-68 УХЛ4 

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

Для выработки и передачи мощности на площадке ГЭС 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:

• Завод– ГЭС с отпайками;
• ТЭЦ –  с отпайками;
•  ГЭС –  с отпайками;
• ГЭС – Красково 1;
• ГЭС – Красково 2.

К 1секции ОРУ 35кВ через ШР МВ ВЛ «Степная» и ЛР ВЛ «Степная» выключателем МВ ВЛ «Степная» подключена воздушная линия «Степная». 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 110 кВ 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 ГЭС 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.

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, генераторах, на присоединениях, отказы в работе гидравлического и электрооборудования.

• Модель системы управления.

В Тренажере ГЭС с гидроагрегатами 40 МВт за основу для моделирования взята система управления оборудованием, эксплуатируемая в данный момент на 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 ГЭС, привычной для персонала, в объеме, необходимом для проведения обучающих тренировок.

Согласно Техническому проекту, в интерфейсе тренажера реализованы следующие системы управления ГЭС: 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 объекта появляется соответствующее диалоговое окно с изображением реальной панели управления, где присутствуют все необходимые функции для работы с данной панелью и отражающие текущее состояние ее управляющих элементов.

Кроме управляющих объектов на мнемосхемы тренажера выведены динамические параметры работы объекта: 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 внешние воздействия. В случае отклонения параметров за верхние или нижние границы – срабатывает предупредительная или аварийная сигнализация, может произойти аварийное отключение.

Одна из важнейших и необходимых функций 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.

В тренажере реализована возможность вывешивания плакатов на переключаемом электрооборудовании, являющаяся важным требованием ТБ и обеспечивающих безопасность людей в электроустановках. При выводе установки в ремонт или проведении противоаварийных тренировок контролирующая программа тренажера фиксирует каждый вывешенный плакат и его соответствие выбранному месту. За неправильные действия по таким операциям будут начислены штрафные баллы.

Указатели высокого напряжения по уровням напряжения включены в тренажер 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;
• защиты вспомогательного оборудования.

 Модель системы защит воспроизводит работу защит оборудования в аварийных ситуациях и при повреждениях оборудования на гидроэлектростанции. Реализация модели защит проводилась на основе действующих защит ГЭС, и в достаточной мере точно имитирует их работу.

Управление гидромеханическими защитами гидроагрегатов включено в систему АСУ ТП и осуществляется с соответствующей мнемосхемы, входящей в состав аварийной сигнализации в АСУ ТП. В данной подсистеме находятся защиты по давлению в котле МНУ, температурам сегментов подшипников и подпятника ГА, от разгона ГА, пожаротушению и др., выполненные для каждого из четырех гидроагрегатов.

Информация о сработавших защитах вносится в общий перечень 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 и выполнены по фотографиям шкафов РЗ, максимально приближенными к реальным. 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.

• 1.Подготовка к пуску гидроагрегата ГА 1
• 2.Пуск гидроагрегата ГА 1 на холостой ход турбины
• 3.Пуск гидроагрегата ГА 1 на холостой ход генератора
• 4.Пуск гидроагрегата ГА 1 с включением в сеть
• 5.Останов гидроагрегата ГА 4
• 6.Вывод в ремонт генератора ГА 4
• 7.Ввод в работу генератора ГА 4
• 8.Вывод в ремонт трансформатора 4Т
• 9.Ввод в работу БГТ-4
• 10. Вывод в ремонт трансформатора собственных нужд 11Т
• 11.Ввод в работу трансформатора собственных нужд 11Т
• 12.Вывод в ремонт ВЛ 110 кВ ГЭС — Новая с отпайками
• 13.Ввод в работу ВЛ 110 кВ ГЭС — Новая с отпайками
• 14.Вывод в ремонт ВЛ 110 кВ ТЭЦ – ГЭС с отпайками
• 15.Ввод в работу ВЛ 110 кВ ТЭЦ – ГЭС с отпайками
• 16.Вывод в ремонт ВЭ ВЛ 110 кВ ГЭС – Новая с отпайками
• 17.Вывод в вынужденный простой (ВПр) ШСВ 110кВ
• 18.Перефиксация ВЛ 110кВ Новая с 2СШ на 1СШ 110кВ.
• 19.Вывод из работы I СШ 110 кВ
• 20.Ввод в работу I СШ 110 кВ
• 21.Вывод в ремонт ВЛ 110 кВ Завод
• 22.Ввод в работу ВЛ 110 кВ Завод – ГЭС с отпайками
• 23.Вывод в ремонт ВЛ 35 кВ ГЭС — Степная
• 24.Вывод в ремонт 1 секции ОРУ 35 кВ
• 25.Вывод из работы ТН-2СШ 110 кВ
• 26.Вывод в ремонт МВ 1ДК, СР КРУ 10 кВ
• 27.Вывод в ремонт ТН 1С КРУН 6кВ
• 28.Ввод в работу ТН 1С КРУН 6кВ
• 29.Вывод в ремонт ВЛ 6кВ Промзона
• 30.Ввод в работу ВЛ 6кВ Промзона
• 31.Вывод в ремонт КВЛ 6 кВ «Заречная»
• 32.Ввод в работу КВЛ 6 кВ Заречная
• 33.Вывод в ремонт секции КРУН 6,3 кВ

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 спектр основных операций на гидромеханическом и электротехническом оборудовании 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 и аварии, позволяющие проводить противоаварийные тренировки персонала электростанции.

Данная 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 вносятся в перечень нарушений. В данном перечне 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 вносится 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. 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 ГЭС с гидроагрегатами 40 МВт 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:

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 >>>

Метки: тренажер