НОВОСИБИРСКАЯ ГЭС ОБНОВЛЯЕТСЯ
А.Лубков,
кандидат технических наук,
заведующий лабораторией
Института автоматики и электрометрии СО
РАН.
Институты Сибирского отделения РАН создают автоматизированную
систему технического обслуживания и управления Новосибирской ГЭС.
Совершенно очевидно, что при проектировании и строительстве
любого объекта энергетики, в частности гидроэнергетики, в состав
его технологического оборудования закладываются наиболее
современные технические решения. Так было и в случае
Новосибирской ГЭС, введенной в эксплуатацию в 1957 году. Но за
сорок четыре года эти решения, бывшие когда-то передовыми,
естественно, устарели. Это проявлялось в том, что значительная
часть информационных сигналов, формируемых в подсистемах
контроля, индикации, сигнализации и автоматического управления,
которые входят в состав каждого из гидроагрегатов, не были
доступны даже операторам главного щита управления ГЭС. Директор,
главные специалисты, инженеры электротехнической лаборатории —
тем более не располагали этой информацией.
|
В лаборатории интегрированных информационных систем управления
ИАиЭ СО РАН. Разработчики проекта автоматизации Новосибирской ГЭС
ведущий инженер А.Сероштан и заведующий лабораторией А.Лубков.
|
При управлении отдельными агрегатами, как правило, учитывались
лишь основные параметры. Например, для направляющего аппарата
гидроагрегата (устройство, обеспечивающее подачу воды на лопасти
турбины) принимались во внимание лишь задание по установленной
мощности и усредненное значение напора воды (разница между
уровнями верхнего и нижнего бьефов) и не учитывалась динамика
изменений напора и перепада давления на решетках, удерживающих
мусор. В результате гидрогенераторы далеко не всегда работали с
максимально возможным КПД, то есть расходовали излишнее
количество воды. В условиях Новосибирской ГЭС это приводит к
преждевременному выводу части агрегатов из работы (обычно в
зимнее время). Отсутствовал оперативный контроль за параметрами
гидроагрегатов, по которым определяется их техническое состояние,
такими, как рабочие температуры и вибрации в характерных точках.
Не было системы прогнозирования сроков проведения ремонта
гидроагрегата, в основу которой должно быть положено не время,
прошедшее от момента последнего ремонта, а его конкретное
техническое состояние. Отсутствовали автоматизированные системы
управления некоторыми механизмами и ГЭС в целом.
Еще в 1997 году, когда директором ГЭС был Ю.Абраменко, обсуждался
вопрос, каким образом можно реконструировать системы управления
Новосибирской ГЭС на основе современных микроконтроллеров и
других средств вычислительной техники. Главные специалисты
станции А.Михайлов, А.Бурматов и В.Сершун — в настоящее время
директор НГЭС — активно готовили предложения для переоснащения
станции.
В то же время в ряде научных подразделений Института автоматики и
электрометрии СО РАН, в том числе и в руководимом автором отделе
инженерного центра (в настоящее время — лаборатория
интегрированных информационных систем управления), осуществлялся
интенсивный поиск новых перспективных направлений работы.
Ставилась задача — создать автоматизированную систему управления
гидроэлектростанцией. Эта работа, безусловно, представляла для
нас научный и практический интерес.
 |
 |
Отладка распределительной системы контроля первого
гидроагрегата ГЭС.
Компьютер работает в едином режиме с главным щитом управления
Новосибирской ГЭС. За компьютерным пультом управления младший
научный сотрудник А.Курочкин, а также ведущий инженер-программист
А.Петухов и старший дежурный инженер станции А.Гисматулин.
|
Первые исследования завершились весомым результатом — созданием
подсистемы контроля ряда важных параметров одного из
гидроагрегатов. Она обеспечивала визуализацию значений всех
мониторируемых подсистемой параметров на компьютере оператора
главного щита управления. Но, как потом стало ясно, фактически
была лишь экспериментальной проверкой возможностей будущей
структуры автоматизированной системы технического обслуживания и
управления, сокращенно — АСТОУ. И может быть, главное — мы
смогли опробовать собственные силы и возможности персонала НГЭС.
Необходимо отметить, что одновременно с ИАиЭ СО РАН в интересах
НГЭС выполняют заказы Новосибирский государственный технический
университет — по подсистемам термоконтроля гидроагрегата, СКБ
"ПСИС" и СКБ "ЭКРА" (г.Чебоксары) — по подсистемам управления и
сигнализации, автоматического управления и релейных защит.
Совершенно естественно, что для создания АСТОУ предстояло
обеспечить информационное взаимодействие со всеми существующими и
создаваемыми подсистемами в составе всего комплекса в целом.
Гидроэлектростанция как объект автоматизации отличается особой
сложностью.
Во-первых, значительной протяженностью. Для достижения надежности
работы системы автоматизации требуется децентрализация управления
и использование цифровых каналов передачи данных между
интеллектуальными узлами системы.
На станции много (семь!) однотипных гидроагрегатов с большим
количеством на каждом из них сильно взаимосвязанных друг с другом
измерительных и управляющих подсистем, с достаточно "слабыми"
взаимодействиями между агрегатами и интенсивными информационными
потоками от каждого из них к главному щиту управления, что
определяет выбор иерархической структуры системы автоматизации,
адекватной структуре самого объекта.
Прибавим разнообразие локальных автоматизированных подсистем,
созданных в разное время разными разработчиками, а для этого
необходимо применение ряда протоколов обмена и различных
операционных систем.
А еще большое количество параметров (около 1000 на каждый из 7
гидроагрегатов), что обусловливает необходимость использования
специализированных программных пакетов сбора, архивирования и
контроля данных для достижения приемлемых сроков реализации
проекта ограниченным числом разработчиков.
В результате исследований для создания АСТОУ Новосибирской ГЭС
была выбрана многоуровневая архитектура, в составе которой можно
выделить следующие уровни.
Нижний — осуществляет сбор и анализ данных первичных
преобразователей, автоматизированное управление.
Агрегатный — обеспечивает визуализацию накопленной информации,
осуществляет автоматизированное или ручное управление,
архивирование данных в течение ограниченного промежутка времени.
Диспетчерский — обнаруживает аварийные ситуации, осуществляет
необходимую сигнализацию, ведение и просмотр технологических
архивов и журналов событий, визуализацию текущих и архивных
данных, диспетчерское управление.
Инженерный — поддерживает базы данных, предоставляет информацию
для просмотра инженерно-техническим и управленческим персоналом
станции, обеспечивает защиту от несанкционированного доступа к
данным, осуществляет технологическое документирование.
В апреле 1999 года после окончания реконструкции шестого
гидрогенератора на нем была введена в опытную эксплуатацию первая
очередь АСТОУ.
В это же время совместно с Институтом гидродинамики СО РАН
(лаборатория Ю.Губарева) была поставлена задача измерения расхода
воды в водоводах турбин НГЭС. В ходе этой работы проведены
исследования распределения скоростей в сечении водоводов
гидротурбин. Разрабатывается ультразвуковой датчик для измерения
расхода воды в водоводах сложной геометрии.
Работы по АСТОУ также продолжаются. В текущем году в ее состав
подключены еще два гидроагрегата.
К сожалению, нам удалось решить только часть поставленных задач.
Мы обеспечили оперативный и неоперативный персонал НГЭС полной
информацией о трех гидрогенераторах, обеспечили визуализацию
контролируемых параметров, автоматическое слежение за уставками,
архивирование и документирование данных. Решены вопросы
операторского управления гидроагрегатами с главного щита
управления. Автоматизирована работа подсистемы поддержания
заданного уровня воды в дренажном колодце.
Дальнейшие работы планируется проводить в двух направлениях.
Во-первых, в подключении остальных гидроагрегатов к АСТОУ и в
расширении количества автоматически (программно) управляемых
подсистем на каждом из подключенных гидроагрегатов. Во-вторых, в
исследованиях процессов деградации гидроагрегатов, цель
которых — объективная оценка их текущего состояния, предупреждение
аварий и определение сроков ремонтных работ, обусловленных
техническим состоянием. Для решения этих задач имеется научный
задел, опыт и коллектив исполнителей, но дальнейшее
финансирование этих работ проблематично. В настоящее время
финансирование зависит не столько от руководства НГЭС, сколько от
решений Новосибирскэнерго. Поэтому развитие работ, несмотря на
взаимную заинтересованность в их проведении как со стороны НГЭС,
так и ряда институтов СО РАН, находится под большим вопросом.
стр.
| 
