Программный комплекс для энергетики

Тренажеры ФСК для подстанций

Опыт создания моделей тренажеров подстанций и МЭС ФСК ЕЭС в комплексе Модус 5 версии

По заказу Центральной Диспетчерской службы ОАО ФСК ЕЭС компания Модус выполнила проект по разработке и внедрению Тренажеров для:

  • Оперативного персонала подстанций ФСК ЕЭС,
  • Диспетчерского персонала МЭС,
  • Диспетчерского персонала ЦДС ФСК ЕЭС (а также учебного центра ФСК ЕЭС).

Общий объем внедрения составил 153 подстанции. В виду постоянной реконструкции и обновления оборудования в 2012-2013 году была проведена актуализация макетов всех ПС.

В качестве основы для тренажера уровня подстанции используется тренажер по оперативным переключениям Модус. В качестве тренажера уровня МЭС используется сетевой вариант тренажера Модус, работающий согласованно с тренажером Феникс, который выполняет функции расчета режима и синхронизации модели сети на нескольких рабочих местах. Для тренажера уровня ЦДС используется тренажер Феникс с моделью ОЭС.

Рис 1. Вид схемы моделируемой подстанции.

Основной объем составила работа по моделированию подстанций. В среднем размер модели каждой подстанции оценивается в 500 элементов в схеме (линии, трансформаторы, выключатели, разъединители, заземляющие ножи и т.п.) и 7 тыс. элементов в макете (измерительные приборы, ключи управления, накладки защит, блинкеры и т.п.). Что суммарно составляет более 1 млн. моделируемых значащих элементов в макетах.

Рис 2. Вид панели ГЩУ и ее компьютерной модели.

Рис 3. Вид панели РЗиА и ее компьютерной модели.

Предполагая, что при наличии готового макета подстанции, инструктор способен самостоятельно без больших трудозатрат составлять тренировочные задания, для каждой подстанции составлялись три типовые тестовые задачи, например:

  1. Вывести в ремонт II СШ 110 кВ ОРУ 110кВ.
  2. Вывести в ремонт ШСВ-110 ОРУ 110кВ.
  3. Вывести в ремонт Т-1.

По каждой подстанции моделировались:

  1. Главная схема.
  2. Щит управления.
  3. Панели РЗиА.
  4. Автоматы оперативного тока.
  5. Ячейки КРУ.
  6. Экранные формы ОИК (если управление происходит через ОИК).

Адекватность моделирования.

В данной статье не рассматривается полностью все возможности моделирования комплекса Модус. Отметим только, что при разработке тренажеров для ФСК были в полном объеме использованы все его возможности и задействованы модели:

  1. Коммутационная.
  2. Контроля и управления.
  3. Релейной защиты и автоматики.
  4. Блокировок.
  5. Конструктива (для моделирования сцен).

Особое внимание при приемке заказчиками – представителями МЭС уделялось адекватности моделирования объектов. В первую очередь проверялась точность визуального соответствия представленного к сдаче макет у подстанции реальному объекту: правильность схемы, и, соответственно, работы коммутационной модели (так как эта модель в тренажере Модус строится на основе рисунка схемы, что позволяет избежать множества ошибок при подготовке данных); соответствие табло, накладок, блинкеров и т.п., подписей к ним на панелях.

  Рис. 4. Журнал событий инструментального средства Аниматор схем.

Во вторую очередь тщательно проверялось поведение макета при работе обучаемого в случае, если он допускает ошибки, и при моделировании различных аварийных ситуаций, например:

  • КЗ на трансформаторе.
  • КЗ на ошиновке трансформаторе.
  • Однофазное КЗ на линии.
  • Неустойчивое КЗ на линии.
  • КЗ на шине при включенном рубильнике НФ.
  • КЗ на линии с отказом выключателя.
  • Установка переносного заземления на ошиновку под напряжением;
  • Вынимание испытательного блока при не выведенном устройстве защиты;
Адекватность работы моделей оценивалась по:
  • Отключившимся в результате аварийной ситуации выключателям.
  • Выпавшим блинкерам, лампочкам, табло.
  • Журналу событий программы Аниматор схем, отражающему последовательность работы подсистем моделирования тренажера.

Доработки в версии 5.

В результате проведения работ был получен уникальный опыт по созданию тренажерных моделей подстанций. Был усовершенствован тренажер по переключениям, новые возможности были реализованы в 5 версии. Эти изменения коснулись усовершенствования моделей, в большей степени модели защиты и автоматики, и средств подготовки и контроля корректности исходных данных моделирования.

В частности, в модели защиты были реализованы:

  • Возможность добавления устройства защиты произвольного типа в зону защищаемого оборудования, каналов действия защиты.
  • Более точная настройка зон защиты в макете за счет введения нового элемента схемы «разделитель зон», и настройки списка элементов, составляющих зону чувствительности защит.
  • Поддержка логики работы защиты «На сигнал» и «На пуск» с управлением от соответствующей накладки.
  • Возможности назначения блинкеров на работу устройств защиты и каналы действия: БлинкерОтключение_3-х_фаз, БлинкерНепереключенияФаз, ТаблоОтключение_3-х_фаз.
  • Возможность пофазного управления действием защиты накладками.
  • Корректная модель УРОВ. Автоматический запрет работы АПВ при работе УРОВ.
  • Управления защитой от нескольких накладок, отражение ее работы на нескольких блинкерах и табло.
  • Учет состояния испытательных блоков. Ложное срабатывание при извлечении токового блока введенной защиты.
  • Улучшения точности работы АПВ. Введен параметр запрет_АПВ для устройства защиты и канала действия АПВ. Введены блинкеры «Успешного» и «НЕУспешногоАВП».
  • Возможность назначения параметра «УскорениеЗащиты» (назначается защита, при выводе которой ускоряется работа резервной защиты).
  • Введения датчик «Земля в сети».
  • Введены дополнительные блинкеры для индикации работы защиты – группа «БлинкерыПовреждения» (индицируют однофазное, двухфазное, трехфазное КЗ, межфазное, КЗ на землю).
  • Введен дополнительный блинкер для индикации работы канала защиты «Отключение 3-х фаз», выпадающий при полнофазном отключении от защит.
  • Введены пофазные табло.
  • Возможность управления порядком срабатывания защит с учетом параметра «время срабатывания».
  • Возможности многократного срабатывания защиты; введены параметры «кратность» срабатывания защит и «интервал_повтора» для защит с многократным срабатыванием – ранее все защиты срабатывали однократно.

Изменения в коммутационной модели:

  • Возможность построения связной коммутационной модели по фрагментам схемы, расположенной на разных страницах одного документа.
  • Введено ограничение на распространение КЗ на землю для ТР 6-10кВ через обмотку с типом «треугольник».
  • Реактор как нагрузка в коммутационной модели.

Существенно расширена трехфазная модель. Ранее – пофазно учитывались только повреждения.

  • Работа защит пофазно (действие на одну фазу выключателя).
  • Отображение блинкера сработавшей защиты пофазно.
  • Моделирование неполнофазных отключений.
  • Корректно выбирается, работает ли ОАПВ или ТАПВ.
  • На лампочках на щите управления отображается состояние соответствующей фазы выключателя.
  • Учет пофазных операций с разъединителем под нагрузкой и последующим повреждением фазы РЗД.

Изменения в системах моделирования телесигнализации и телеуправления, блокировок:

  • Привязка нескольких датчиков к одному выключателю (в КРУ, на ЩУ).
  • Команды и зависимости «С обратной связью» для имитации механических связей в тренажере.
  • Возможность ручного редактирования списка взаимных блокировок (используются для ЭМБ).
  • Добавлена возможность управления положением тележки командой.
  • Введен учет положения блок-контактов КА.

Сцены

Сцена, или модель конструктива, обеспечивает наглядное отображение состояния оборудования, задействованного в тренировке, и операций по работе с ним. Сцены востребованы в программных комплексах тренажеров для подготовки персонала. Сцена представляет собой реальное изображение оборудования в виде 2-мерной, 3-мерной или 2,5 –мерной картинки.

Рис 5,6. Вид оборудования ОРУ и модели-сцены.

Учитывая такие критерии, как наглядность представления оборудования, сложность и стоимость изготовления модели и удобство использования, механизм сцен является оптимальным компромиссным вариантом между двумерным интерфейсом традиционного тренажера и трехмерного тренажера, выполненного в стиле компьютерных игр.

Рис 7,8. Выполнение коммутационных операций на сцене.

Сцены наиболее эффективно используются при моделировании основного оборудования заводского изготовления, установленного на энергообъекте. Например, трансформаторы или выключатели классом напряжения 35 кВ и выше. Для адекватного представления в виде сцены «по месту» достаточно обозначить привязку к конкретному экземпляру оборудования, например нанесением надписи на табличку, отображающую его диспетчерское наименование.

В составе тренажера поставляется готовая библиотека, в составе которой представлено оборудования под разные классы напряжения – от 0,4 до 1100 кВ:

Выключатели масляные, воздушные, элегазовые, вакуумные.

Ограничители перенапряжения, разрядники, предохранители

Разъединители наружной и внутренней установки, заземляющие ножи, короткозамыкатели

Реакторы, конденсаторы

Силовые трансформаторы и автотрансформаторы

Измерительные трансформаторы

Комплектные устройства высокого напряжения, ячейки КРУ и др.

Рис. 9,10. Выполнение проверок и отображение повреждений.

Библиотека сцен находится в стадии расширения, на конец 2013 года доступно около 300 сцен с изображением различного оборудования. В первую очередь моделировались наиболее часто встречающиеся виды оборудования, а также новое оборудование, внедряемое на подстанциях ФСК (например, элегазовые выключатели).

Органы управления и индикаторные элементы на сцене имеют возможность отображения произвольных состояний оборудования, включая повреждения и неисправности (повреждения опорно-стержневой изоляции, короткие замыкания и т.п.). Сцены реализуются в виде окон, вызываемых со схемы, на сцене отображается состояние оборудования, в соответствии с вызываемым элементом. Поведение синхронизировано с данными всех подсистем тренажера (контроля и управления, коммутационной модели блокировок и др.).

При использовании в тренажере на сцене реализуются как операции по изменению состояния оборудования, так и проверочные операции.

Механизм сцен реализован, начиная с 5-й версии программного комплекса Модус. Полный каталог реализованных сцен доступен по адресу: http://office.swman.ru/wiki/Сцены.

В поставку стандартного комплекта тренажера включена программа Редактор сцен, позволяющая пользователю создавать свои собственные сцены или модифицировать сцены, входящие в поставку.

Для того, чтобы подключить работу сцены к выполненному макету, достаточно проставить на элементах схемы в макете марку оборудования. По ней система определит и загрузит необходимый файл со сценой из библиотеки. Оснащение сценами всех подготовленных макетов предполагается в рамках продолжения проекта.

В рамках внедрения тренажера для ФСК сцены были выполнены в статусе пилотного проекта для подстанций Азот (МЭС Волги), Белый Раст, Валуйки, Трубино, Старый Оскол и др. (МЭС Центра).

Совместная работа тренажеров Модус и Феникс.

При создании тренажерного комплекса уровня МЭС была поставлена задача организации совместной работы тренажеров Феникс и Модус. Это дает возможность проводить коллективные тренировки, когда дежурный подстанции, производя переключения на макете своей подстанции, воздействует на состояние схемы сети. Данные об изменении состоянии коммутационной модели подстанции передаются по локальной сети на сервер, где запущен тренажер Феникс, рассчитывающий режим в окружающей сети.

Результаты расчета можно просматривать через интерфейс диспетчера тренажера Феникс; они же отображаются с помощью графических средств отображения тренажера Модус на рабочих местах всех участников тренировки.

Большой интерес со стороны представителей МЭС вызвала возможность проводить коллективные тренировки удаленно, когда дежурный подстанции находится на своей подстанции, а диспетчер в тренажерном классе в МЭС. Такую тренировку можно организовать при наличии локальной сети либо Интернет – канала.

Рис. 11. Совместная работа тренажеров Модус и Феникс в сети.

В качестве исходных данных для построения комплексного тренажера используются:

  1. Расчетная схема уровня ОЭС в формате Феникс.
  2. Графические схемы в формате Феникс.
  3. Макеты подстанций в формате Модус.
  4. Файлы с таблицами соответствия ТС и ТИ Феникс с элементами схем Модус.

В комплексном тренажере используются те же макеты, что и в локальном тренажере уровня подстанции.

Рис. 12. Отображение синхронизированного состояния схемы в тренажерах Модус и Феникс.

С некоторой долей условности, распределение ролей между тренажерами Модус и Феникс можно охарактеризовать так:

Макет подстанции на рабочем месте дежурного. Модус
Сетевое взаимодействие Модус
Рабочее место инструктора Модус, Феникс
Коммутационная модель Модус, Феникс
Модель блокировок Модус
Модель релейной защиты Модус
Модель противоаварийной автоматики Феникс

Рис. 12. Схема, подготовленная для отображения состояния схемы на рабочем месте диспетчера.

Таким образом, объединенный тренажер совместил в себе функции тренажера по переключениям и режимного тренажера.

Планы по развитию.

В результате проведения работ был получен уникальный опыт по созданию подробных тренажерных моделей подстанций. Были определены планы на дальнейшее развитие тренажера.

Модель защиты:

  1. Ввести возможность указания зоны, в которой произошло событие, с отработкой соответствующей ступени защиты.
  2. Определение набора возможных повреждений устройства защиты и ее чувствительных и исполняющих органов; отработка реакции макета на эти повреждения.
  3. Уточнение набора повреждений оборудования и видов КЗ в зоне чувствительности, на которые реагирует защита.
  4. Возможность имитации ложного срабатывания защиты.
  5. Доработка модели защит обходного выключателя. Ввести «Чувствительную защиту ОВ» для опробования ОВ.
  6. Ввести ограничение на распространение КЗ. Например, на землю для ТР 6-10кВ через обмотку с типом "треугольник".
  7. Предоставить возможность произвольного именования положений органов управления защит.
  8. Уточнение списка защит вне зоны повреждения, запуск которых происходит при КЗ.
  9. Реализовать ЗНПФ - (защита от не переключения фаз выключателя) и ЗНПФР - (защита от неполнофазного режима сети).

Модель режима и проверка правил переключений:

  1. Разработка упрощенной модели расчета режима (нагрузок) для внедрения на уровне тренажера подстанции.
  2. Моделирование показаний приборов ФИП, ФОЛ, ИМФ.
  3. Учет тока небаланса.
  4. Имитация поиска земли в сети.
  5. Возможность включения и отключения правила контроля правильности переключений на уровне макета или тренировки.
  6. Фазировка. Ввести операцию проверки фазировки фазометром на коммутационном аппарате. Обработка включения несфазированного КА.
  7. Коммутационная модель для цепей постоянного тока.
  8. Моделирование механических связей, связывающих элементы схемы, при переключениях.

Улучшение методических и эксплуатационных свойств тренажера.

  1. Семантическая стандартизация команд тренажера как основа выполнения для пп. 2 – 4.
  2. Поддержка CIM-модели в тренажере (в версии 5.0 графическое ядро комплекса уже переработано в соответствии с классификатором CIM).
  3. Обеспечение возможности работы с упрощенным или детализированным интерфейсом работы со схемой.
  4. Условно автоматизированный процесс составления бланков переключений и сценариев тренировок.
  5. Уточнение алгоритмов выставления оценок для тренировки. Анализ целевой функции задания и результата выполнения.
  6. Контроль правил переключений, нарушение которых не приводит к аварийной ситуации непосредственно, с моделированием отягощенной ситуации. Например, снятие оперативного тока с выключателя, находящегося в работе.
  7. Разработка дополнительного пользовательского интерфейса навигации по макетам большого размера.
  8. Улучшение имитации телефонных переговоров оперативного и диспетчерского персонала.
  9. Полная поддержка ОС Windows Vista.

Послегарантийное обслуживание тренажеров.

При поддержке и развитию тренажеров особое внимание необходимо уделить следующим моментам:

  • Ввиду интенсивно ведущейся реконструкции подстанций, сопровождающейся заменой оборудования, панелей, изменениях в схеме, необходима постоянная актуализация макетов по результатам реконструкции. Такую актуализацию предполагается проводить в рамках работ по технической поддержке тренажера.
  • Необходимо организовать систему оказания методической и технической помощи пользователям тренажера в составлении и проведении тренировок, авторское сопровождение организации соревнований.
 
© 1994—2017 Компания МОДУС