Рабочий проект Автоматизированная система управления (АСУ) ТЭС

1.1. Цели создания системы 

Функции:

• осуществление дистанционного мониторинга и контроля состояния оборудования газотурбинной электростанции, режимов работы ГТЭБ-1800, настроек и уставок автоматических подсистем с рабочего места оператора для обеспечения оптимального режима работы оборудования;
• выдача команд на запуск/остановку ГТУ при изменении общей нагрузки на электростанцию;
• выдача команд на запуск имеющихся в резерве ГТУ при обнаружении неисправности одной из работающих ГТУ с последующим выводом неисправной ГТУ из работы;
• обеспечение следующих режимов электростанции:
• автономная работа одной или нескольких ГТЭБ-1800 на общую нагрузку;
• параллельная работа одной или нескольких ГТУ с одним из внешних сетевых вводов с фиксированным экспортом/импортом мощности в/из сети, или в режиме сглаживания пиков нагрузки;
• автоматическая точная синхронизация выключателей вводов внешней сети и секционного выключателя;
• архивирование данных средствами SQL-сервера для последующего анализа и статистической обработки данных, а также обеспечение интерфейса для просмотра архива;
• отображение текущего состояния оборудования, отклонений параметров от допустимых значений, сигнализация ненормальных режимов и аварийных процессов в удобной для оперативного персонала форме, документирование процесса оперативного управления;
• архивирование, анализ, отчетность (составление, хранение, предоставление диспетчерских ведомостей и прочих отчетных форм) в требуемых временных диапазонах;
• осуществление автоматизации процесса регулирования производительности ГТЭБ-1800.
• ИАСК АСУ ЭС предназначена для дистанционного управления, мониторинга, визуализации и контроля состояния оборудования АСУ ЭС.
• диспетчеризация ЭС включающая в себя решение следующих задач:
• интеграция данных от всех взаимосвязанных установок, входящих в состав АСУ ЭС, в единую информационную систему;
• обеспечение дистанционного контроля в режиме реального времени качества процесса выработки электроэнергии;
• организация единого интерфейса для информационного доступа ко всем элементам АСУ ЭС.

Целями создания системы являются:

• Мероприятия по согласованному управлению следующим оборудованием ТЭС ГТЦ ОАО «Газпром»:
• ГТЭБ-1800 OPRA DTG-1,8/2G мощностью 1,8 МВт производства Нидерланды в количестве 6 (шесть) штук;
• Два выключателя ЗРУ 10кВ сетевого ввода от ПС 110/10 кВ «Лаура»;
• Секционный выключатель в ЗРУ 10 кВ ТЭС;
• Два выключателя ЗРУ 10кВ сетевого ввода от ПС 110/10кВ «Псехако». (Перспективное подключение).
• Обеспечение функций электрических защит ГТЭБ-1800 ОРRA DTG-1,8/2G, секционного и вводных выключателей.
• Обеспечение контроля над процессом выработки электроэнергии на ТЭС, включая:
• проектную привязку подсистемы автоматического группового управления частотой, напряжением, активной и реактивной мощностью генераторов ГТЭБ-1800 ОРRA DTG-1,8/2G;
• организацию информационной автоматизированной системы контроля ИАСК АСУ ТЭС в реальном времени.
• Единый интерфейс для информационного доступа ко всем элементам АСУ ТЭС.
• Прием/передача аварийных сигналов между ПТК АСУ ТЭС и системой централизованной противоаварийной автоматики ГТЦ ОАО «Газпром».
• Обеспечение эффективного сбора данных с локальных систем автоматического управления (САУ) оборудования, обработка полученной информации, ее архивирование и визуализация;
• Улучшение условий труда персонала за счёт информированности о ходе технологических процессов и состоянии оборудования;
• Уменьшение вероятности ошибочных действий оперативного персонала и связанного с этим ущерба.
• Улучшение указанных показателей достигается благодаря реализации оптимальных алгоритмов управления, а также применения высококачественных комплектующих элементов.

1.2. Краткая характеристика района расположения объекта

Объект автоматизации расположен по адресу: Краснодарский край, г. Сочи, Адлерский район, с. Эсто-Садок, Горно-туристский центр ОАО «Газпром».

Оборудование размещается в отапливаемом помещении, пригодном для эксплуатации аппаратуры с климатическим исполнением УХЛ 4.1. ГОСТ 15150-69*.

• * температура в помещении: от +5 до +30°С;
• влажность в помещении: от 30 до 85%.
• атмосферное давление: 84 ¸ 106,7 кПа.

1.3.  Объём проектирования

В соответствии с техническим заданием ТЗ (номер, название?) настоящий проект предусматривает:

• разработку шкафов АСУ ТП в составе:
• Шкаф ИАСК содержащий:
• контроллер ИАСК (Simatic ET200S);
• сервер/рабочая станция (Simatic IPC647C);
• Шкаф управления типа ШУ‑ДВК‑4М‑1B‑AGC‑БПЦ;
• замену существующего оборудования:
• контроллера управления GPC-2 DEIF A/S на контроллер AGC 3 DEIF A/S в ГТУ1…ГТУ6;
• трансформаторов тока в водных ячейках № 23 и № 13 ЗРУ 10 кВ ПС «Лаура»;
• трансформаторов тока в водных ячейках № 16 и № 7 ЗРУ 10 кВ ПС «Псехако»;
• трансформаторов тока в ячейке секционного выключателя № 14 ЗРУ 10 кВ;
• автоматизированное рабочее место оператора.

2.  ОБЪЕКТЫ КОНТРОЛЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ

2.1.                    Исходные данные

• Техническое задание ТЗ (номер, название?) на разработку АСУ ТП;
• Проект компании "OPRA Turbines", наименование: "KRASNAYA POLYANA IV" №P070401;
• Проект компании ООО "АББ Электроинжиниринг", наименование: ЗРУ- 10 кВ ЛАУРА-2 «АФИПЭЛЕКТРОГАЗ» (ДАО) № 1VPR010624;

2.2. Перечень объектов, подлежащих автоматизации

Объектами автоматизации являются:

• 6 газотурбогенераторных агрегатов (ГТУ) «OPRA», оборудованных собственной системой автоматического управления (САУ). В состав каждой САУ ГТУ входит контроллер типа GPC производства компании DEIF A/S (Дания).
• автоматические выключатели генераторных агрегатов «OPRA», расположенные в ЗРУ 10 кВ в ячейках № 4, 5, 6, 22, 24, 25
• автоматические выключатели ввода ПС «Лаура» в ячейках № 23 и № 13 ЗРУ 10 кВ;
• автоматические выключатели ввода ПС «Псехако» в ячейках № 7 и № 16 ЗРУ 10 кВ;
• секционный выключатель в ячейке № 14 ЗРУ 10 кВ.

3.  ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

АСУ ТЭС структурно состоит из подсистемы управления генерацией и информационной автоматизированной системы контроля.

АСУ ТЭС имеет трёхуровневую структуру:

• Нулевой (нижний) уровень – исполнительные устройства (автоматические выключатели);
• Первый уровень – уровень контроллеров ГТУ, ИАСК, АУГ, ЦПА;
• Второй (верхний) уровень – уровень автоматизированного рабочего места оператора (АРМ ИАСК).

Верхний уровень системы включает:

• Рабочую станцию оператора, выполненную на базе промышленного компьютера SIMATIC IPC647C.

Первый уровень системы обеспечивает исполнение функций:

• электрических защит;
• противоаварийной автоматики (ПА);
• регистрации аварийных и текущих событий;
• аппаратной и программной блокировки;
• управления по командам от АРМ оперативного персонала, автоматики, логического управления, технологических защит вспомогательного оборудования;
• сбора, хранения и представления информации;
• диагностирования управляемого оборудования;
• самодиагностирования и определения состояния каналов передачи информации;
• вспомогательных подсистем.

Верхний уровень системы обеспечивает:

• представление на дисплеях АРМ в удобной форме мнемосхем текущего состояния основного и вспомогательного оборудования, положения коммутационных аппаратов, измерительной, диагностической и служебной информации;
• ведение журнала событий;
• сигнализацию (предупредительной и аварийной) о неисправностях оборудования;
• документирование текущего состояния объектов автоматизации и устройств;
• чтение уставок (программная настройка) устройств;
• просмотр, хранение и копирование аварийных трендов
• создание и печать документов;
• защиту от несанкционированного доступа.

3.1.                    Подсистема автоматического управления генерацией

3.1.1.           Объем управления подсистемы

Объём управления подсистемы:

• 6 ГТУ OPRA в части управления частотой, напряжением, активной и реактивной мощностью;
• автоматические выключатели генераторных агрегатов OPRA, расположенные в ЗРУ 10 кВ в ячейках № 4, 5, 6, 22, 24, 25
• автоматические выключатели ввода ПС «Лаура» в ячейках № 23 и № 13 ЗРУ 10 кВ;
• автоматические выключатели ввода ПС «Псехако» в ячейках № 7 и № 16 ЗРУ 10 кВ;
• секционный выключатель ЗРУ 10 кВ в ячейке № 14.

Режимы работы электростанции, обеспечиваемые поставляемой системой группового управления мощностью АУГ:

• автономный – работают только генераторы ТЭС, питание от ПС «Лаура» отсутствует;
• параллельно с сетью ПС «Лаура» по одной или двум КЛ-10 кВ (отключен один ввод или секционный выключатель) – работают генераторы ТЭС и есть питание от ПС «Лаура». В этом режиме обеспечивается переток мощности только от ПС «Лаура»;
• параллельно с сетью ПС «Псехако» по одной или двум КЛ-10 кВ (отключен один ввод или секционный выключатель) – работают генераторы ТЭС и есть питание от ПС «Псехако», в этом режиме обязателен переток мощности только от ПС «Псехако»;
• подача питания от ПС «Лаура» - генераторы отключены, питание осуществляется от ПС «Лаура» по одной или двум КЛ-10 кВ;
• подача питания от ПС «Псехако» - генераторы отключены, питание осуществляется от ПС «Псехако» по одной или двум КЛ-10 кВ;

3.1.2.           Состав автоматизированной системы группового управления мощностью

АУГ представляет собой систему управления на базе контроллеров AGC 3 фирмы DEIF A/S из расчёта: 1 контроллер для каждого управляемого автоматического выключателя:

• AGC 3 A1 C1 D1 E1 G4 H3 J1 M12 M14 – для каждого ГТУ;
• AGC 3 BTB B1 F1 H2 G5 J1 M12 – для секционного выключателя;
• AGC 3 MAINS A1 F1 G5 H2 J1 M12 – для выключателей вводов от ПС «Лаура» и ПС «Псехако».

Контроллеры ГТУ размещаются непосредственно в шкафах управления ГТУ вместо уже установленных там контроллеров управления типа GPC-2. Контролеры для секционного выключателя и выключателей вводов от ПС «Лаура» и ПС «Псехако» поставляются в составе отдельного шкафа управления типа ШУ‑ДВК‑4М‑1B‑AGC‑БПЦ.

Все котроллеры AGC объединены между собой дублированным интерфейсом CAN, что позволяет обеспечить согласованную работу контроллеров, и обеспечивает требуемые режимы электростанции. В совокупности все устанавливаемые контроллеры являются автоматической системой группового управления мощностью (АУГ).

3.1.3.           Функциональное описание автоматической системы группового управления мощностью (АУГ)

Автоматика каждой ГТУ обеспечивает следующие режимы её работы:

• ПОЛУ-АВТО – полуавтоматический режим. Команды на запуск и остановку ГТУ, включение и отключение автоматических выключателей формирует оператор нажатиями соответствующих кнопок на дисплее контроллеров, внешних кнопок или дистанционно с пульта оператора. Включение автоматических выключателей на шины под напряжением производится с автоматической синхронизацией. Отключение автоматических выключателей производится с плавной разгрузкой при параллельной работе ГТУ с другими ГТУ или с сетью либо без разгрузки при одиночной работе ГТУ на шины ЗРУ 10 кВ. После включения автоматического выключателя на шины под напряжением, ГТУ переходит в заданный режим работы согласно общему алгоритму управления электростанции (фиксированная мощность, распределение нагрузки с другими ГТУ).
• РУЧНОЙ – отладочный режим работы ГТУ. Команды на запуск и остановку ГТУ, включение и отключение автоматических выключателей формирует оператор нажатиями соответствующих кнопок на дисплее контроллеров, внешних кнопок или дистанционно с пульта оператора. Синхронизация и распределение нагрузки не выполняется. Включение автоматических выключателей на шины под напряжением инициируется оператором и производится в режиме ожидания синхронизма: контроллер, отвечающий за включаемый выключатель при получении команды на включение выключателя переходит в режим слежения, при соблюдении условий синхронизма (совпадение напряжений, частот и фаз синхронизируемых источников) контроллер выдаёт команду на включение выключателя. Отключение выключателей производится без разгрузки. Автоматического правления поддержанием частоты и напряжения не выполняется;
• БЛОКИРОВКА – автоматика ГТУ не выполняет никакого управления генератором, для которого выбран этот режим, включение автоматического выключателя этой ГТУ заблокировано. Этот режим предназначен для проведения технического обслуживания ГТУ.

3.1.4.           Режимы комплексного управления электростанцией под управлением АУГ

АУГ обеспечивает режимы работы электростанции:

• АВТОНОМНЫЙ – работа ГТУ на общую нагрузку на сборных шинах, выключатели вводов от ПС «Лаура и ПС «Псехако» при этом отключены;
• ОГРАНИЧЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ – параллельная работа одной или нескольких ГТУ с одним из вводов (ПС «Лаура» или «ПС «Псехако»). АУГ, управляя мощностью работающих ГТУ, ограничивает мощность, потребляемую от включенного ввода (от ПС «Лаура» или ПС «Псехако») и не допускает её превышения заданного оператором значения. В случае дефицита мощности, генерируемой ГТУ, все ГТУ загружаются на 100% своей номинальной мощности, дефицит мощности покрывается за счет потребления от вводов (от ПС «Лаура» или ПС «Псехако»).
• ФИКСИРОВАННЫЙ ИМПОРТ мощности из сети – параллельная работа одной или нескольких ГТУ с одним из вводов (ПС «Лаура» или «ПС «Псехако»). АУГ, управляя мощностью работающих ГТУ, обеспечивает заданную оператором величину импорта мощности сети. Величина импорта мощности может быть задана равной нулю, в этом случае в установившемся режиме потребление мощности от вводов параллельная работа одной или нескольких ГТУ с одним из вводов (ПС «Лаура» или «ПС «Псехако») будет поддерживаться близким к нулю.

3.1.5.           Дополнительные функции управления электростанцией и ГТУ

• Запуск мощных потребителей по запросу. Каждый контроллер ГТУ обеспечивает алгоритм безопасного включения двух мощных потребителей (таких потребителей, мощность которых сопоставима с мощностью одной ГТУ). Алгоритм инициируется оператором путём подачи внешней команды "запрос включения потребителя". При получении запроса, АУГ определяет, достаточно ли резерва мощности на сборных шинах для включения этого потребителя в работу (мощность этого потребителя указывается в настройках АУГ). Если резерва мощности достаточно, АУГ выдаёт команду "разрешение пуска мощного потребителя" в виде сухого контакта – этот сигнал может быть использован для включения соответствующего фидерного выключателя или контактора. После включения мощного потребителя на вход АУГ подается сигнал в виде «сухой контакт», подтверждающий включение этого потребителя (например от блок-контакта выключателя потребителя). АУГ может выполнять контроль фактического потребления мощности мощным потребителем для более корректного расчета резерва мощности на сборных шинах – для этого на вход АУГ должен быть подан аналоговый сигнал 4-20 мА, пропорциональный потреблению мощности. При снятии запроса на запуск мощного потребителя, АУГ снимает сигнал "разрешение включения" и прекращает резервирование мощности для этого потребителя. Каждый контроллер АУГ обрабатывает до двух таких потребителей, то есть в АУГ электростанции есть возможность обеспечить контроль пуска 8 мощных потребителей по запросу.

• Отключение неответственных потребителей (автоматическая разгрузка). Каждый контроллер управления ГТУ обеспечивает три ступени отключения неответственных потребителей при снижении частоты на сборных шинах либо при перегрузке ГТУ, или вводов ПС «Лаура» и «ПС «Псехако» по полному току или активной мощности. Функция отключения неответственных потребителей выполняется независимо каждым контроллером в составе АУГ.

3.1.6.           Перечень защит, выполняемых каждым контроллером АУГ (при необходимости):

• от обратной мощности (ANSI 32R) – 2 уставки;
• от повышения напряжения (ANSI 59) – 2 уставки для генератора/сети и 2 уставки для сборных шин;
• от понижения напряжения (ANSI 27) – 2 уставки для генератора/сети и 2 уставки для сборных шин;
• от повышения частоты (ANSI 81О) – 3 уставки;
• от понижения частоты (ANSI 81U) – 3 уставки;
• от перегрузки по мощности (ANSI 32) – 5 уставок для генератора/сети;
• от небаланса токов (ANSI 46) – 1 уставка;
• от асимметрии напряжений (ANSI 46) – 1 уставка;
• от перевозбуждения и потери возбуждения (ANSI 40/32RV) – 1 уставка для генератора;
• от перегрузки по току (ANSI 51) – 6 уставок;
• от условной перегрузки по току (ANSI 51V) – 1 уставка;
• от исчезновения сети (ANSI 78/81);
• от снижения напряжения сети (ANSI 27/27Q/27t);
• направленная от перегрузки по току (ANSI 67);
• от напряжений обратной и нулевой последовательности (ANSI 47/59);