Разработка системы оперативно-диспетчерского контроля и управления канала

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

Тема: Разработка системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станции канал им. Сатпаева

Карагандинский государственный технический университет Факультет ЭМФ Кафедра АПП

Специальность 50 702 Автоматизация и управление

Утверждаю

Зав. кафедрой

" ____" _________200___г.

ЗАДАНИЕ

по дипломному проекту (работе) студента гр. АиУ-04−3

Шильниковой Арины Андреевны

(фамилия, имя, отчество)

1. Тема проекта (работы) Разработка системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станции канал им. Сатпаева утверждена приказом по университету от «28 «01 2008 г. № 90c

2. Срок сдачи студентом законченного проекта (работы) 4.06.08

3. Исходные данные к проекту (работе) материалы преддипломной практики

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)

1 Анализ технологических процессов на насосных станциях канала

2 Разработка принципов построения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станции канала им. К. Сатпаева

3 Разработка элементов программного и технического обеспечения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станции

4 Охрана труда

5 Промышленная экология

6 Технико-экономическая эффективность разработки системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станцией канала им. К. Сатпаева

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

Лист 1 — Структурная схема насосной станции как объекта контроля и управления

Лист 2 — Структурная схема системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станцией

Лист 3 — Структура программного обеспечения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станцией

Лист 4 — Система автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции

Лист 5 — Алгоритмы и блок схема элементов программного обеспечения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления

6. Консультанты по проекту (работе, с указанием относящихся к ним разделов проекта)

7. Дата выдачи задания 21.01.08

Руководитель ______________________

(подпись)

Задание принял к исполнению________________

(подпись студента)

Календарный план

Студент дипломник Шильникова А.А.

Руководитель проекта Фешин Б.Н.

Аннотация

Рассмотрим основные вопросы и задачи разработки системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станцией РГП «Канал им. К. Сатпаева».

В дипломном проекте была поставлена задача разработки системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станцией РГП «Канал им. К. Сатпаева». С целью решения поставленной задачи был произведен анализ технологических процессов на насосных станциях канала, а также анализ существующих элементов АСУ ТП насосных станций. По полученным в ходе анализа результатам были разработаны требования к системе оперативно-диспетчерского контроля и управления насосных станций, исходя из требований, были разработаны принципы построения системы. В частности была выбрана наиболее подходящая SCADA-система: WinCC фирмы Siemens.

Была разработана структура, как самой системы оперативно-диспетчерского контроля и управления, так и ее программного обеспечения. Функционально структура системы оперативно-диспетчерского контроля и управления РГП «Канал им. К. Сатпаева» в соответствие с требованиями должна состоять из четырех подсистем:

— измерений электроэнергии и воды;

— сбора данных;

— телекоммуникаций;

— отображения, хранения и управления данными.

В состав ПО системы оперативно-диспетчерского контроля и управления в соответствии со структурой должны входить:

а) ПО системы гарантированной доставки данных SINAUT;

б) ПО счетчика интерфейсом RS-485;

в) ПО логического контроллера S7−300;

г) ПО панели операторов;

д) ПО сервера БД и приложений;

е) ПО АРМ специалистов.

Было выбрано техническое обеспечение, то есть был выбран комплекс технических средств подсистемы измерения, подсистемы сбора данных, подсистемы телекоммуникаций, подсистемы отображения, хранения и управления данными. После того как была разработана система оперативно-диспетчерского контроля и управления, были разработаны элементы программного и технического обеспечения системы: система автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции, элементы программного обеспечения системы.

Осуществлен расчет экономических затрат. Разработаны мероприятия по охране труда и освещены проблемы промышленной экологии.

Т?жырым

«?. Сатпаев атында? ы канал» РМК сор? ыш станцияларын тікелей-диспетчерлік ба? ылау мен бас? ару ж? йесін жетілдіру туралы негізгі м? селелер мен міндеттер тал? ыланады.

Дипломды? жобада «?. Сатпаев атында? ы канал» РМК сор? ыш станциясын тікелей-диспетчерлік ба? ылау мен бас? ару ж? йесін жетілдіру туралы міндет ?ойыл?ан. ?ойыл?ан міндетті шешу ма? сатымен каналды? сор? ыш станцияларында технологиялы? процесстерге талдау жасалды, ж? не де сор? ыш станцияларыны? ТПБАЖ казіргі элементтерін талдады. Талдау негізінде алын? ан н? тижеге с? йеніп сор? ыш станцияларын тікелей-диспетчетлік ба? ылау мен бас? ару ж? йесіне міндетті ережелер жетілдірді, ал міндетті ережелерге с? йеніп ж? йе салыну принциптері жетілдірді. Я? ни е? ?олайлы SCADA-ж?йесі: WinCC Siemens фирмасыны? та? далды.

Тікелей-диспетчерлік ба? ылау мен бас? ару ж? йесіні? ?зіне ?атысты, ж? не де программаны? амтамасыз ету?? рылымы жетілдірді.

«?. Сатпаев атында? ы канал» РМК тікелей-диспетчерлік ба? ылау мен бас? ару ж? йесіні? функционалды? ??рылымы талаптарына с? йкес т? рт ішкі ж? йеден т? ру керек:

— электр энергия мен суды? лшеу;

— м? ліметтерді жинау;

— телекоммуникациялы?;

— м? ліметтерді бейнелеу, са? тау мен бас? ару.

Тікелей-диспетчерлік ба? ылау мен бас? ару ж? йесіне ?ндірістік б? лімше (?Б) ретінде ??рылым?а с? йкес кіру керек:

1. SINAUT м? ліметтерді кепілдік жеткізу ж? йені? ?ндірістік б? лімшесі (?Б);

2. RS-485 интерфейсті? есепші ?Б;

3. S7−300 ?исынды контроллерді? ?Б;

4. операторлы? панелды? ?Б;

5. м? ліметтер негізіні? сервер мен? осымшаны? ?Б;

6. мамандарды? АЖО? Б.

Техникалы? ?амтамасыз ету та? далды, б? ны? ішінде: ?лшеу ж? есі, м? ліметтер жинау ж? йесі, телекоммуникациялы? ж? йесі, м? ліметтерді бейнелеу, са? тау мен бас? ару ж? йесі тарма? та?тарыны? техникалы? жабды? жина? ысы. Тікелей-диспетчерлік ба? ылау мен бас? ару ж? йесі жетілдірілгеннен кейін, программалы? ж? не техникалы? ?амтамасыз ету ж? йесіні? элементтері жетілдірді: сор? ыш станциясыны? шы? уында суды? шы? ыны мен? ысымын автоматты ба? ылау ж? йесі, ж? йені? программалы? ?амтамасыз ету элементтері.

Экономикалы? шы? ындарды? есептеуі іске асырылды. Ж? мыс ?ор?ау шаралары жетілдірді ж? не ?нерк?сіп экологиялы? м? селелер ?арастырылды.

Обозначения и сокращения

1 Анализ технологических процессов на насосных станциях канала

1.1 Технологические процессы насосных станций

1.2 Структура, назначения, технические характеристики и информационные потоки на насосных станциях

1.3 Анализ существующих элементов АСУ ТП насосных станций

1.4 Разработка требований к системе оперативно-диспетчерского контроля и управления насосных станций. Постановка задач дипломного проекта

2 Разработка принципов построения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станции канала им. К. Сатпаева

2.1 Анализ и выбор SCADA-систем

2.2 Разработка структуры системы оперативно-диспетчерского контроля и управления

2.3 Обоснование и выбор технического обеспечения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления

2.4 Разработка структуры программного обеспечения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления

3 Разработка элементов программного и технического обеспечения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станции

3.1 Разработка системы автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции

3.2 Разработка элементов программного обеспечения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления

4 Охрана труда

4.1 Анализ опасных и вредных факторов на рабочем месте

4.2 Мероприятия по снижению опасных и вредных факторов на рабочем месте

4.3 Меры пожарной безопасности

5 Промышленная экология

6 Технико-экономическая эффективность разработки системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станцией канала им. К. Сатпаева

6.1 Расчет стоимости создания системы оперативно-диспетчерского контроля и управления

6.2 Обоснование эффективности создания системы оперативно-диспетчерского контроля и управления

Заключение

Список использованных источников

Обозначения и сокращения

АСУ ТП — автоматизированная система управления технологическим процессом.

РГП — республиканское государственное предприятие.

НС — насосная станция.

НСП — насосная станция перекачки дренажных вод.

НА — насосный агрегат.

ПС — перегораживающее сооружение.

В/в — водовыпуск.

В/с — водосброс.

В/з — водозабор.

Д — дюкер.

КИП — контрольно-измерительный пункт.

УСД — устройство сбора данных.

БД — база данных.

ПО — программное обеспечение.

АРМ — автоматизированное рабочее место.

ИИК — измерительно-информационный комплекс.

ТТ — трансформатор тока.

ТН — трансформатор напряжения.

ТСН — трансформатор собственных нужд.

РЦСОИ — региональный центр сбора и обработки информации.

ГЦСОИ — главный центр сбора и обработки информации.

ПКИ — пункт контроля и информации.

АО «KEGOC» — системный оператор.

УО — удаленный объект.

ВЭП — выключатель электронный путевой.

СО — системный оператор.

КТС — комплекс технических средств.

УСПД — устройство сбора и передачи данных.

ПЛК — программируемый логический контроллер.

СУБД — система управления базой данных.

ОС — операционная система.

ПТК — программно-технический комплекс.

СВТ — средства вычислительной техники.

ИВК — информационно-вычислительный комплекс.

КФ — карагандинский филиал.

КСВ — клапан срыва вакуума.

КУ — ключ управления.

АИИС КУЭ — автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии, водоучета и контроля технологических параметров объектов.

САР — система автоматического регулирования.

р.х. — рыбохозяйственный.

х.п. — хозяйственно-питьевой.

ТБ — техника безопасности.

ЭЛТ — электронно-лучевая трубка.

ЭП — электропитание.

ПДК — предельно допустимые концентрации.

ПДС — предельно допустимые сбросы.

ВСС — временно согласованные сбросы.

СЭС — санитарно-эпидемиологическая служба.

АСУП — автоматизированная система управления производством.

ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная машина.

ЛСА — логическая схема алгоритма.

ВДТ — видеодисплейные терминалы.

АПС — автоматическая пожарная сигнализация.

Тег — ключевое слово для категоризации чего-либо.

В настоящее время в связи с ростом производства важной задачей, требующей углубленного изучения и принятия наиболее приемлемых решений, является обеспечение предприятий водой. Даже для выплавки и проката стали просто необходима вода, причем в больших объёмах, не говоря уже о производстве продуктов питания. Важную роль вода играет и в повседневной жизни, ведь мы даже не можем себе представить и одного дня без воды. Поэтому просто необходимо заниматься решением задач по гарантированному и бесперебойному обеспечению питьевой и технической водой объектов бытового и промышленного назначения.

На сегодняшний день системы водоснабжения представляют собой комплекс сооружений, предназначенных для снабжения потребителей водой в необходимых количествах, требуемого качества и под требуемым напором. Системы состоят из сооружений для забора воды, из источника водоснабжения, ее обработки, перекачки воды к потребителю и сооружений для ее хранения.

В зависимости от вида обслуживаемого объекта системы водоснабжения подразделяются на городские, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные и другие. Если системы водоснабжения обеспечивают водой отдельные районы страны или группы различных населенных пунктов и других объектов, то они называются районными или групповыми системами. В зависимости от вида потребителей системы водоснабжения выполняют функции хозяйственно-питьевых, производственных, противопожарных, поливочных водопроводов. Системы водоснабжения могут быть объединенными (едиными), неполно раздельными и раздельными. В зависимости от способов транспортирования воды системы водоснабжения подразделяются на напорные и безнапороные. Также системы водоснабжения подразделяются на водопроводы, забирающие воду из поверхностных источников (рек, озер, водохранилищ и морей), и на водопроводы, забирающие воду из подземных источников (артезианских и родниковых). Бывают смешанные системы, предусматривающие забор воды, как из поверхностных, так и из подземных источников.

На сегодняшний день важно не только использовать современное электрооборудование для оснащения насосных станций, но и применять автоматизированные средства для контроля и управления насосными станциями.

На сегодняшний момент АСУ ТП характеризуются внедрением в управление технологическими процессами вычислительной техники. Вначале — применение микропроцессоров, использование на отдельных фазах управления вычислительных систем; затем — активное развитие человеко-машинных систем управления, инженерной психологии, методов и моделей исследования операций и, наконец, — диспетчерское управление на основе автоматических информационных систем сбора данных и современных вычислительных комплексов.

В настоящем дипломном проекте задача контроля и управления электрооборудованием насосной станции будет решена посредством разработки системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станцией на базе SCADA-системы WinCC фирмы Siemens.

SCADA-системы — это новое направление автоматизации производственных процессов и производств на базе средств вычислительной техники и специализированного программного обеспечения. SCADA — процесс сбора информации реального времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления удаленными объектами. Требование обработки реального времени обусловлено необходимостью доставки (выдачи) всех необходимых событий (сообщений) и данных на центральный интерфейс оператора (диспетчера). В то же время понятие «реального времени» отличается для различных SCADA-систем.

Прообразом современных систем SCADA на ранних стадиях развития автоматизированных систем управления являлись системы телеметрии и сигнализации.

Две основные функции, возлагаемые на SCADA-систему:

— сбор данных о контролируемом технологическом процессе;

— управление технологическим процессом, реализуемое ответственными лицами на основе собранных данных и правил (критериев), выполнение которых обеспечивает наибольшую эффективность и безопасность технологического процесса.

Таким образом, SCADA-система собирает информацию о технологическом процессе, обеспечивает интерфейс с оператором, сохраняет историю процесса и осуществляет автоматическое управление процессом в том объеме, в котором это необходимо.

Предприятием, в ведомстве которого находится насосная станция, рассмотренная в дипломном проекте, является республиканское государственное предприятие «Канал им. К. Сатпаева».

1 Анализ технологических процессов на насосных станциях канала

Предприятие по эксплуатации канала «Иртыш — Караганда» было образовано 13 апреля 1970 г. и предназначено для водообеспечения промышленных районов и населения двух областей центрального Казахстана и г. Астана путем перекачки воды 22 НС из р. Иртыш до г. Караганды и 2 НС в Вячеславское водохранилище Акмолинской области.

8 августа 2000 г. «Канал Иртыш — Караганда» был преобразован в РГП «Канал им. К. Сатпаева».

В зависимости от географического расположения канала и НС, предприятие разбито на два филиала: Павлодарский филиал с центром в п. Шидерты и Карагандинский филиал с центром в п. Молодежный. Общая длина канала около 458 км. Общее число объектов: НС — 24, НСП — 2, НА — 82, ПС — 3, В/в — 3, В/с — 1, Д — 1.

1.1 Технологические процессы насосных станций

Основные сооружения: Павлодарский филиал — НС-1, НС-2, НС-3, НС-4, НС-5, НС-6, НС-7, НС-8, НС-9, НС-10, НС-11, НС-12, НСП-3, НСП-4, В/в-106, ПС-101, ПС-102, ПС-103; КФ — НС-13, НС-14, НС-15, НС-16, НС-17, НС-18, НС-19, НС-1 г. Астана, НС-2 г. Астана, НС-20, НС-21, НС-22, В/с-28, В/в-29, В/в-126, Д-127.

Ведомственные объекты: Павлодарский филиал — фильтрационная станция г. Аксу, НС 1 подъема, фильтрационная станция и НС 2 подъема г. Экибастуз, фильтрационная станция питьевой воды и Котельная (п. Шидерты); КФ — Котельная (п. Молодежный), В/з Святой ключ, ХВО МиталлСтил, НС-1 КарагандыСу.

Расположение основных сооружений и ведомственных объектов карагандинского и павлодарского филиалов РГП «Канал им. К. Сатпаева» показано на рисунке 1.1.

РГП «Канал им. К. Сатпаева» представляет собой систему водоснабжения районного (группового) вида.

РГП «Канал им. К. Сатпаева» осуществляет перекачку воды из р. Белая (приток р. Иртыш) до Карагандинской области через Павлодарскую область с ответвлением на г. Астана. На р. Белая находится НС-1, которая осуществляет забор воды из реки. Регулирование горизонта воды в нижнем бьефе НС-1 осуществляется с помощью В/в-106. Откаченная НА НС-1 вода поступает по напорному металлическому трубопроводу в приемный бассейн НС-1, а затем в канал, потом из канала вода откачивается НА НС-2 и по напорному металлическому трубопроводу поступает в приемный бассейн НС-2, а затем в канал и так далее до конечной насосной станции (НС-1 КарагандыСу).

Это говорит о том, что канал является системой водоснабжения напорного вида.

Для того чтобы давление воды не падало при перекачивании от одной НС к другой, необходимо чтобы НС были выше друг относительно друга (последующая выше предыдущей) на 20 — 22 м (образуются пороги). Из-за особенностей рельефа, для выполнения данного условия, расстояния между НС могут колебаться приблизительно от 800 м до 102 км.

ПС предназначены для того, чтобы в случае выхода из строя НС перекачиваемая вода не обрушилась бы на нее. Они строятся только между НС расстояние между которыми значительное. Для того чтобы канал продолжал функционировать, при выходе из строя хотя бы одной НС, на РГП «Канал им. К. Сатпаева» существуют водохранилища и гидроузлы.

1.1.1 Водовыпуски, водосбросы и дюкер

На РГП «Канал им. К. Сатпаева» запроектированы 3 В/в, 1 В/с, 1 Д, как элементы магистрального канала и для подачи воды потребителям.

Назначение В/в и В/с указано в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Состав и основные характеристики оборудования сооружений

В/с-28 и В/в-126 все время должны работать в режиме поддержания постоянного уровня в верхнем бьефе, а Д-127 — в нижнем бьефе независимо от изменения расхода воды по каналу. Для этой цели на данных сооружениях устанавливаются регуляторы уровня. Схемой управления предусматривается возможность изменения количества автоматически работающих затворов.

Что касается В/в-29, то его функция — обеспечение заданного расхода воды из водохранилища в канал. Это осуществляется установкой затворов в заданное положение, которое при необходимости может быть изменено.

Имеется возможность управления затворами всех сооружений с места и с диспетчерского пункта. С диспетчерского пункта возможно поднять или опустить затвор полностью, или поставить его в любое промежуточное рабочее положение. Управление затворами с диспетчерского пункта, как правило, используется только при неполадках в схеме регулирования или авариях. Поэтому при управлении затвором с диспетчерского пункта автоматически отключается схема регулирования. После устранения неполадок диспетчер вновь может подключить схему регулирования. На каждом сооружении измеряются и передаются диспетчеру значения уровней бьефов и положений затворов. Диспетчеру также передается сигнал о неисправности на сооружении.

Аварийный В/с канала 63а врезан в правобережную дамбу канала. Сброс воды через его гребень осуществляется автоматически при превышении горизонта воды в канале в случае неувязки в работе Д-127 и НС 1 подъёма. Он рассчитан на случай полной остановки НС при максимальном расходе по каналу 13 м³/с.

Пересечение РГП «Канал им. К. Сатпаева» с р. Нурой на пикете 4452+03 см осуществляется Д-127, имеющим общий подводящий канал В/в-126 и образующим с ним общий узел сооружений на р. Нуре.

В конструктивном отношении Д представляет из себя двухочковую железобетонную трубу, уложенную под дном реки и оборудованную входным и выходным оголовками. Длина дюкера 273,5 м между оголовками определилось пропуском паводка р. Нуры вероятностью превышения 0,1%, равного 1800 м³/с.

В настоящем дипломном проекте будет рассмотрен только КФ РГП «Канал им. К. Сатпаева» с НС-22.

1.1.2 Насосная станция

Технической эксплуатацией насосных установок является процесс их использования для выполнения государственного плана по перекачке объемов воды с целью гарантированного удовлетворения потребностей народного хозяйства, при поддержании на заданном уровне технических параметров, характеризующих технологический процесс, при обеспечении максимальной экономности работы, высоком коэффициенте полезного действия и при обеспечении надежной работы канала в целом.

НС-22 является НС повысительного типа, в здании размещаются три НА, коммуникации, арматура, контрольно-измерительная аппаратура и так далее.

Основными режимами работы НС-22 являются:

1) режим нормальной работы оборудования;

2) режим пуска отдельного НА из состояния резерва;

3) режим запуска насосной установки из состояния «ремонта»;

4) режим остановки НА.

Нормальным оперативным состоянием оборудования РГП «Канал им. К. Сатпаева» принято рабочее. Остановленные НА, кроме находящихся в ремонте, должны находиться в состоянии готовности к пуску. Тележка КРУ с ВМ-6кВ резервного агрегата должна постоянно находиться в испытательном положении, вторичные цепи ее подключены через штепсельный разъем, автоматы цепей управления и возбуждения — включены, пружины привода — заведены, блинкера (флажки) сигнальных реле — сквитированы, ВМ-6кВ — отключен. Ключи режима работы работающих и резервных агрегатов должны постоянно находиться в положении «автоматика». Запорная арматура маслопроводов НА согласно противоаварийным мероприятиям, должна быть опломбирована.

После получения команды диспетчера на включение в работу НА из состояния «резерва» инженер-оператор и слесарь должны произвести осмотр возбудителя, электродвигателя, насоса, панелей (шкафов) возбуждения, кабелей и другого оборудования КИП и выполнить следующее:

1) проверить отметки уровня воды в бьефах НС;

2) поднять ротор НА на домкраты на 10 см, затем опустить, проверить опущенное положение;

3) проверить уровень масла в ваннах верхней и нижней крестовин, при недостатке масла долить его из резервной ёмкости фильтрпрессом до нормального уровня;

4) проверить состояние запорной арматуры технического водоснабжения;

5) вентили и задвижки, обозначенные в под №№ 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, открыть, вентили и задвижки, обозначенные в под №№ 7, 18, закрыть;

6) при установленном верхнем направляющем подшипнике насоса с резиновыми вкладышами дополнительно открыть вентили, обозначенные в под №№ 13, 3, 14, 15;

7) установить КУ технической воды в необходимое положение (Автомат — Работа);

8) убедится в наличии воды в баке, обозначенном в под № 20, вентиль, обозначенный в под № 19, закрыть;

9) проверить состояние запорной арматуры маслосистемы НА. Она должна быть закрыта и опломбирована;

10) проверить работу КСВ. В случае не срабатывания клапанов в автоматическом режиме, перевести их систему включения на ручное управление, направить дежурного слесаря в приемный бассейн для ручного управления клапанами. Доложить диспетчеру о неисправности системы;

11) проверить отключенной положение контактора АГП;

12) проверить включенной положение автомата управления цепей возбуждения на панели возбуждения;

13) реостат возбуждения установить в положение «работа»;

14) установить угол разворота лопастей НА по согласованию с дежурным инженером групп диспетчеризации;

15) проверить включенной положение автомата КСВ на панели управления;

16) включить в исполнительном положении ВМ НА ключом управления;

17) проверить срабатывание КСВ по загоранию сигнальных ламп;

18) отключить ВМ ключом управления;

19) отключить автомат цепей управления в релейном отсеке;

20) проверить работу сигнализации по выпавшим блинкерам;

21) осмотреть ячейку ВМ, проверить уровень и чистоту масла в бачках ВМ;

22) установить ячейку ВМ в «рабочее» положение;

23) проверить вхождение контактов ячейки;

24) включить автомат управления в релейном отсеке;

25) доложить дежурному инженеру ГД о готовности НА к пуску;

26) завести включающие пружины моторным приводом;

27) включить ВМ-6кВ НА ключом управления;

28) проследить за разворотом НА и вхождением в синхронизм;

29) по сигнальным лампам проверить закрытие КСВ;

30) отрегулировать шунтовым реостатом возбуждение с выдачей реактива 2,0 ~ 2,5 МВАр;

31) провести осмотр включенного агрегата;

32) после запуска вентиль, обозначенный в под № 3, закрыть.

При перепаде давления на фильтре 3−4 м водного столба необходимо очистить фильтр. В течение 1−2 часов после пуска тщательно следить за вхождением в температурный режим. Промежуток времени между двумя последовательными включениями НА, отключенного релейными защитами или персоналом, должен составить не менее 30 минут.

При опробовании агрегата после проведения очередного комплексного ремонта оперативным персоналом должны быть выполнены следующие мероприятия:

1) произвести осмотр электрической и механической части НА, мест работы ремонтных бригад, проверить отсутствие людей, посторонних предметов, инструмента и чистоты включаемого в работу оборудования, снять установленные заземления, ограждения, плакаты, закрыть наряды, ознакомиться с записями, разрешающими пуск НА;

2) закрыть перепускной клапан всасывающей камеры НА;

3) проверить закрытое состояние люков всасывающей камеры и напорных трубопроводов НА;

4) заполнить водой всасывающую камеру насоса для создания противодавления на ремонтные затворы;

5) поднять электрическим тельфером ремонтные затворы, поместить их в места для постоянного хранения, в пазы установить сороудерживающие решетки;

6) установить и зафиксировать тележку с ВМ-6кВ в испытательном положении, предварительно проверив уровень масла в баках выключателя;

7) подключить через штепсельный разъем вторичные цепи тележки ВМ-6кВ;

8) включить автоматы цепей управления в приборном отсеке ячейки КРУ-6кВ включаемого агрегата;

9) проверить включенное положение автоматов цепей напряжения;

10) включить автомат питания цепей управления возбуждением;

11) завести пружины привода ВМ-6кВ включаемого агрегата электрическим моторным редуктором;

12) сквитировать блинкера, то есть поднять флажки сигнальных реле электродвигателя и сигнализации;

13) опробовать дистанционно от ключа управления и с места включения и отключения ВМ-6кВ в испытательном положении тележки КРУ, отключить автомат цепей управления;

14) поднять ротор агрегата на домкратах на 10 см для поступления масла под зеркало подпятника, затем опустить ротор на место, проверить опущенное положение домкратов;

15) при не заведенных пружинах привода установить и зафиксировать тележку с ВМ-6кВ агрегата в рабочем положении;

16) выполнить все мероприятия, необходимые для включения агрегата в работу из состояния резерва, перечисленные выше;

17) при включение в работу последующих агрегатов ток возбуждения работающего (работающих) электродвигателей на время пуска увеличивается, то есть перевести двигатель в режим перевозбуждения не менее 2,5 МВар.

Остановка агрегатов НС производится только по распоряжению дежурного инженеров ГД РУЭ, находящихся на вахте. Плановая остановка агрегата производится дежурным инженером НС посредством отключения ВМ-6кВ электродвигателя от ключа управления. Дежурный инженер по сигнальным лампам должен убедиться в открытии КСВ и отключении ВМ-6кВ. Остановка НА должна производиться в положении ключа режима работы «автоматика». При отказе в открытии КСВ дежурный инженер станции обязан немедленно направить дежурного слесаря в здание приемного бассейна с заданием ручного открытия КСВ, ключ режима работы агрегата при этом переводится, а положение «ручное управление» (местное). Необходимо проследить за отключением главного контактора АГП (КП) за панелью возбуждения агрегата, сквитировать блинкера.

Разборка электрической схемы отключенного ВМ-6кВ агрегата, то есть выкатывание тележки в испытательное или ремонтное положение, производится после полной остановки агрегата и только по распоряжению инженера ГД РУЭ.

Во время нормальной работы агрегатов на обслуживающий персонал НС возлагаются следующие обязанности:

1) следить за уровнем воды в бьефах по уровнемерам и водомерным контрольным рейкам;

2) вести контроль температур по логометру и термосигнализаторам;

3) следить за уровнем масла в маслованнах электродвигателя;

4) следить за плавностью хода НА, нормальной работой системой техводоснабжения и чистотой фильтра;

5) следить за работой приборов учета, счетчиков, дифманометров, расходомеров, манометров;

6) периодически производить продувку импульсных линий;

7) периодичность снятия отсчетов, показаний приборов и счетчиков с заполнением с заполнением суточной ведомости устанавливается согласно [3];

8) следить за работой компенсаторов и состоянием опор трубопровода, работой торцевого уплотнения, плотностью соединений масла и водопровода, состоянием всех болтовых соединений, креплений фундаментных опор;

9) следить за исправным состоянием ограждений, средств пожаротушения и защитных средства;

10) следить за исправным состоянием КСВ, не допускать подсоса воздуха в сифон;

11) следить и поддерживать чистоту помещений и оборудования;

12) необходимо следить за величиной потребляемой активной и реактивной мощностей электродвигателя НА, токами в цепях статора, ротора и режимом возбуждения;

13) нужно следить за работой коллектора и щеточного аппарата возбудителя, не допуская работы машины с искрением щеток.

В холодное время года для отопления здания НС используют охлаждающий воздух работающего двигателя НА и отключают все другие приборы отопления (калориферы, электропечи). Для этого необходимо уменьшить подачу воды в воздухоохладитель (в зависимости от температуры наружного воздуха) и запустить вентилятор отбора горячего воздуха, открыть заслонки в вентиляционном коробе. В течение 1−3 часов, после перехода на такую систему отопления, тщательно следить за температурами меди и железа статора, не допуская превышения указанных эксплуатационных величин температур. Регулировка производится уменьшением или увеличением подачи воды в воздухоохладитель. Температура воздуха в НС при этом должна составлять 17−20 ⁰С.

Персоналу НС запрещается:

1) производить включение в работу НА при температуре масла в ванне пяты и направляющих подшипников электродвигателя ниже 5 ⁰С;

2) включать в работу НА с течью масла из гидропривода разворота лопастей;

3) включать в работу НА без предварительного подъема ротора на домкраты;

4) производить включение НА в работу без соблюдения порядка включения НА;

5) производить исправление, ремонт, смазку механизмов и сварочные работы на трубопроводах, находящихся под давлением;

6) снимать постоянные ограждения муфт вращающихся машин, хранить в помещении НС промасленные опилки и прочие материалы;

7) обслуживать вращающиеся машины без защитных касок и в одежде, создающей опасность захвата машиной;

8) полностью перекрывать запорной арматурой расходы технической воды через охладители работающих агрегатов;

9) производить включение в работу НА после длительного перерыва в зимнее время без проверки состояния льдообразования в сифонном водовыпуске и НА;

10) вмешиваться в действия релейных защит и автоматики НА, силового трансформатора и ЛЭП;

11) производить отключение ТН 6 кВ и трансформаторов питания цепей релейной защиты и автоматики НС во время работы НА;

12) допускать работу синхронных электродвигателей с недовозбуждением, перегрузкой по току статора и ротора;

13) допускать в помещение НС и ОРУ лиц, не имеющих на то полномочий, а также передавать им какую-либо информацию;

14) изменять оперативное состояние оборудования, производить разборку электрической схемы 6 кВ остановленного в резерв агрегата, без соответствующего разрешения диспетчера, производить отключение вторичных цепей коммутационными аппаратами и разъемами, во избежание выпадения блинкеров защит и сигнализации, а также для исключения повреждений оборудования при выкатывании или вкатывании тележки ВМ-6кВ.

НА должен быть немедленно остановлен:

а) при несчастном случае или угрозе его, требующего немедленного отключения;

б) при появлении недопустимой вибрации и биении вала;

в) при возникновении пожара на агрегате;

г) при нагреве подшипников и подпятников сверх допустимых температур;

д) при аварийном увеличении проточек воды через торцевое уплотнение, уплотнения и разрывы трубопровода;

е) при утечках масла, приводящих к снижению уровня масла в маслованнах электродвигателя ниже установленного минимума;

ж) при задевании лопастями рабочего колеса о камеру;

з) при переливании масла через выгородки маслованн с попаданием на статор и ротор электродвигателя;

и) при появлении течи масла из гидропривода разворота лопастей.

Электрогидропривод предназначен для разворота лопастей рабочего колеса НА во время его работы.

Для включения в работу электрогидропривода необходимо:

1) токосъемный узел приводного двигателя электрогидропривода привести в рабочее положение;

2) включить автомат питания электрических цепей электрогидропривода;

3) на панели управления нажатием соответствующих кнопок (увеличение — уменьшение угла установки лопастей) включить электрогидропривод. По шкале-указателю сельсина-приемника установить угол, соответствующий заданному режиму работы НА;

4) после установки необходимого угла разворота отключить приводной двигатель, токосъемный узел перевести в нерабочее положение.

При работе электрогидропривода могут наблюдаться следующие неисправности:

а) электрогидродвигатель маслонасоса работает, но лопасти рабочего колеса насоса не разворачиваются, причины:

1) низкий уровень масла в барабане;

2) протечка масла в соединениях;

б) разбрызгивание масла из соединений узлов гидропривода, причины:

1) высокий уровень масла в барабане;

2) негерметичность соединений.

Транспортировка воды из нижнего бьефа к приемному бассейну осуществляется с помощью напорного металлического трубопровода.

Во время эксплуатации трубопровод следует подвергать периодическому осмотру ежесменно.

Принцип работы, эксплуатация и техническое обслуживание КСВ. При включении насоса в работу на управляемый электромагнитный вентиль подается ток, вентиль перекрывает отверстие, соединяющее надмембранную полость сифона.

В начале работы насоса, при затопленном выходном отверстии водовыпуска, вода, подаваемая в напорный трубопровод, сжимает находящийся там воздух. Под действием сжатого воздуха мембрана отжимается от патрубка и открывает выход для воздуха из полости сифона в атмосферу.

Обратный клапан предотвращает повышение давления в надмембранной полости при перемещении мембраны в сторону надмембранной крышки.

После заполнения водой системы напорный трубопровод — сифон, давление в полости сифона становиться равным атмосферному. Под действием собственного веса и веса уплотнительного диска мембрана опускается и перекрывает проходное отверстие клапана. В полости сифона устанавливается давление ниже атмосферного. Под действием разницы давлений, действующих на прижимной диск мембраны, уплотнение прижимается к патрубку, обеспечивая герметичное перекрытие проходного отверстия КСВ.

При отключении электродвигателя насоса электромагнитные запорные вентили обеспечивают и сообщают надмембранную полость с полостью сифона. Воздух из подмембранной полости перетекает в полость сифона.

В надмембранной полости устанавливается давление по величине близкое давлению в полости сифона. В результате этого на части мембраны, непосредственно находящейся в контакте с атмосферным давлением, за счет разницы давлений атмосферного и в надмембранной камере возникает усилие, которое отжимает мембрану от парубка, тем самым, открывая доступ воздуха в полость сифона. Вакуум в сифоне срывается.

На рисунке 1.2 изображена упрощенная схема НС со всеми прилегающими строениями.

1.2 Структура, назначение, технические характеристики и информационные потоки на насосных станциях

НС, представляя достаточно сложный технологический объект для эксплуатации с одной стороны, с другой стороны является объектом, удовлетворяющим потребности народного хозяйства, и поэтому важной задачей является обеспечение надежной работы оборудования НС.

Для того чтобы НС работала в нормальном режиме, нужно поддерживать на заданном уровне технические параметры, характеризующие технологический процесс, а для этого в свою очередь просто необходимо иметь надежные средства измерения и средства управления.

На рисунке 1.3 приведена структура НС РГП «Канал им. К. Сатпаева» в разрезе, по ней наглядно видно из каких частей состоит станция.

На НС установлены насосы типа ОПВ-185, они предназначены для перекачки технически чистой воды с температурой до плюс 50 ⁰С. Насосы ОПВ-185 могут использоваться при различных напорах и различной подаче в пределах рабочей части их характеристик.

Регулирование подачи и напора воды осуществляется путем разворота лопастей рабочего колеса с помощью механизма разворота (ОПВ-185) или с помощью электропривода (ОПВ-186). В таблице 1.2 приведены технические данные насосов типа ОПВ.

Таблица 1.2 — Технические данные насосов типа ОПВ

Установленные на канале синхронные электродвигатели ВДС-325 предназначены для привода насосов типа ОПВ-10−185 и ОПВ-11−185.

Синхронный электродвигатель ВДС-135 нормально работает с выдачей реактивной мощности 2−2,5 МВАр, но при этом напряжение на шинах 6 кВ не должно превышать 6,0−6,3 кВ, ток возбуждения не больше 340 А, ток статора не больше 566 А. В таблице 1.3 приведены паспортные данные возбудителя.

Таблица 1.3 — Паспортные данные возбудителя

Электродвигатель выполнен с вертикальным валом подвесного типа, имеющим два направляющих подшипника и подпятник, которые установлены в масляных ваннах верхней и нижней крестовин, где установлены маслоохладители.

В таблице 1.4 приведены паспортные данные электродвигателя ВДС-325/44−18.

Таблица 1.4 — Паспортные данные электродвигателя ВДС-325/44−18

Вентиляция электродвигателя осуществляется по замкнутому циклу с охлаждением воздуха воздухоохладителями, установленными на обшивке статора. Имеется отбор воздуха для обогрева здания НС в зимнее время.

На каждой НС установлен трансформатор для собственных нужд, типы трансформаторов и мощности перечислены ниже:

— НС-13 — ТДТНГУ-220/35/6 — 20 000кВА;

— НС-14 — ТДТНГУ-220/35/6 — 20 000кВА;

— НС-15 — ТДТНГУ-220/35/6 — 20 000кВА;

— НС-16 — ТДТНГУ-220/35/6 — 20 000кВА;

— НС-17 — ТДТНГУ-220/35/6 — 20 000кВА;

— НС-18 — ТДТНГУ-220/35/6 — 20 000кВА;

— НС-19 — КРУН-6кВ;

— НС-1 г. Астана — ТДН-110/6 — 10 000кВА;

— НС-2 г. Астана — ТДН-110/6 — 10 000кВА;

— НС-20 — ТДН-110/6 — 15 000кВА;

— НС-21 — ТДН-110/6 — 15 000кВА;

— НС-22 — ТДН-110/6 — 15 000кВА.

На НС установлены дренажные насосы, для того чтобы в случае превышения допустимого уровня нижнего бьефа откачивать воду. Измерение уровня нижнего бьефа осуществляется с помощью колодца измерения нижнего бьефа.

Для измерения напора воды, поступающей в приемный бассейн, используется манометр, установленный на напорном трубопроводе.

Напорный металлический трубопровод диаметром 2600 мм служит для транспортировки воды из нижнего бьефа (от НА) — к приемному бассейну — верхнему бьефу НС.

В приложении, А приведен список измеряемых аналоговых величин (для НС-22).

На рисунке 1.4 изображены приборы для измерения уровня верхнего бьефа и разряжения в сифоне.

Рисунок 1.4 — Измерение уровня верхнего бьефа и разряжения в сифоне На напорной трубе установлен КСВ. КСВ предназначен:

а) для удаления воздуха из напорного трубопровода при заполнении его водой при пуске агрегата, то есть сообщения трубопровода с атмосферой;

б) для разобщения напорного трубопровода с атмосферой и создания зоны разряжения в сифонном В/в приемного бассейна при работе агрегата;

в) для срыва вакуума и впуска атмосферного воздуха в сифон при отключении НА для разрыва обратного водного потока из верхнего бьефа и сокращения времени работы агрегата в угонном режиме.

Установка клапанов срыва вакуума состоит из:

1) собственных клапанов — 1 пара на трубопровод;

2) рычажно-эксцентрикового механизма привода;

3) электрического тормоза;

4) груза;

5) аппаратуры управления.

На НС канала установлены КСВ мембранного типа с электромагнитным управлением КСВМ-600. Клапан представляет собой мембранный запорный орган, мембранная полость которого соединена с полостью сифона через управляемый электромагнитный вентиль. Клапан КСВМ-600 оборудован двумя такими вентилями, включенными параллельно.

На рисунке 1.4 показан внешний вид КСВ.

На данный момент сообщение, как внутри НС, так и станции с объектами вышестоящих уровней, осуществляется с помощью телефонной связи.

1.3 Анализ существующих элементов АСУ ТП насосных станций

Так как РГП «Канал им. К. Сатпаева» только начинает внедрять АИИС КУЭ, то на сегодняшний день на предприятии установлены только счетчики для коммерческих и технических точек учета электроэнергии. На НС РГП «Канал им. К. Сатпаева» установлены счетчики производства Нижегородского завода им. Фрунзе — ПСЧ-4ТА.04.2 и СЭТ-4ТМ.02.

Счетчики ПСЧ-4ТА.04.2 являются трехфазными многотарифными цифровыми счетчиками с последовательным цифровым интерфейсом передачи данных RS-485, трансформаторного подключения, прямого направления активной энергии. Счетчики применяются для ТСН. Подключение к измерительным трансформаторам проводилось кабельным проводом согласно требованиям раздела 5 Электросетевых правил РК.

Данные микропроцессорные электросчетчики являются модификацией базового счетчика ПСЧ-4 и позволяют перейти на расчет за потребленную электроэнергию по тарифным зонам, по фактически потребляемой мощности с использованием интерфейса связи. Предназначены для учета потребляемой активной электроэнергии переменного тока частотой 50 Гц в трёхпроводных и черырехпроводных сетях для жилищно-коммунального хозяйства, офиса, промышленного производства, энергосистем.

В таблице 1.5 приведены технические характеристики ПСЧ-4ТА.04.2.

Таблица 1.5 — Технические характеристики ПСЧ-4ТА.04.2

Внешний вид счетчика ПСЧ-4ТА.04.2 показан на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 — Счетчик ПСЧ-4ТА.04.2

Счетчик СЭТ-4ТМ.02 является трехфазным многотарифным цифровым счетчиком с последовательным цифровым интерфейсом передачи данных RS-485, трансформаторного включения, прямого и обратного направления, активной и реактивной энергии и используется для коммерческих и технических точек учета электроэнергии. Подключение к трансформаторам тока и трансформаторам напряжения проводилось кабельным проводом согласно требований раздела 5 Электросетевых правил РК.

СЭТ-4ТМ.02 предназначен для учета активной и реактивной электроэнергии прямого и обратного направления переменного тока частотой 50 Гц в трехпроводных и четырехпроводных сетях для энергосистем, промышленного производства.

В таблице 1.6 приведены технические характеристики СЭТ-4ТМ.02.

Таблица 1.6 — Технические характеристики СЭТ-4ТМ.02

Внешний вид счетчика СЭТ-4ТМ.02 показан на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 — Счетчик СЭТ-4ТМ.02

На данный момент счетчики эксплуатируются автономно, но в дальнейшем планируется эксплуатировать их в составе АИИС КУЭ.

Данные счетчики соответствуют ГОСТ 30 206–94, ГОСТ 26 035–83, зарегистрированы в Государственном реестре средств измерения и допущены к применению в Республики Казахстан.

1.4 Разработка требований к системе оперативно-диспетчерского контроля и управления насосных станций. Постановка задач дипломного проекта

Современная АСУ ТП представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются, по мере эволюции технических средств и программного обеспечения.

Непрерывную во времени картину развития АСУ ТП можно разделить на три этапа:

— первый этап отражает внедрение САР;

— второй этап — автоматизация технологических процессов;

— третий этап — автоматизация систем управления ТП.

На третьем этапе для автоматизации систем управления ТП начинают применять диспетчерское управление на основе автоматических информационных систем сбора данных и современных вычислительных комплексов.

Необходимым условием эффективной реализации диспетчерского управления, имеющего ярко выраженный динамический характер, становится работа с информацией, то есть процесс сбора, передачи, обработки, отображения, представления информации. Говоря о диспетчерском управлении, нельзя не затронуть проблему технологического риска, поэтому перед тем как разрабатывать саму систему оперативно-диспетчерского контроля и управления, нужно разработать требования к ней.

1.4.1 Требования к структуре системы оперативно-диспетчерского контроля и управления НС (системы)

Система должна иметь следующую структуру:

— локальный уровень — система учета электроэнергии и сбора технологической информации на НС и других сооружениях канала;

— региональный уровень — диспетчерский пункт оперативного управления Карагандинского филиала (ДП2) п. Молодежный;

— центральный уровень — центральный диспетчерский пункт оперативного управления РГП «Канал им. К. Сатпаева» (ЦДП) г. Караганда.

Система должна иметь структуру, обеспечивающую расширение и конфигурацию, которые не должны нарушать нормального функционирования установленного оборудования.

1.4.2 Требования к системе

Система должна удовлетворять следующим требованиям:

1) учетной информацией должны служить данные, получаемые от электрических и теплотехнических приборов на НС и других сооружениях канала;

2) сбор, обработка, хранение и выдача информации на объектах должны осуществляться с помощью защищенных от несанкционированного доступа УСД;

3) учетная информация, образующаяся на объектах и передаваемая на следующий уровень, должна быть привязана к единому времени и обеспечить единые временные срезы измеряемых величин;