Разработка имитационного компьютерного тренажера для отработки оперативных задач управления энергоблока КТ 135/150-130 Назаровской ГРЭС
|
Введение 4
1 Тренажеростроение в современной электроэнергетике 7
1.1 Нормативные документы, регламентирующие требования к техническим средствам обучения персонала электроэнергетики 7
1.2 Анализ причин техногенной аварийности в РФ 7
1.3 Анализ существующих в РФ тренажерных систем обучения персонала электрических станций 9
2 Расчет математической модели энергоблока 12
2.1 Расчет динамических характеристик энергоблока 13
2.2 Основные допущения 15
2.3 Математические элементы имитационной модели котла 15
2.1 Моделирование работы тягодутьевых механизмов котельного агрегата ПК-38 17
2.2 Моделирование аэродинамики системы пылеприготовления 20
2.3 Тепловой расчет системы пылеприготовления 24
2.4 Модель оценки расхода топлива на котел 26
2.5 Аэродинамическая модель воздушного тракта котла 27
2.6 Модель гидравлического тракта котельного агрегата 29
2.7 Особенности расчета конвективного теплообмена в имитационной модели котла 31
2.8 Расчет теплообмена в топке котла (расчет радиационных поверхностей) 33
2.9 Определение свойств теплоносителей в модели котла 39
2.10 Расчет технико-экономических показателей работы котла 40
2.11 Алгоритм имитационной модели турбины 43
2.12 Математическое моделирование типовых элементов тепловой схемы 43
2.13 Алгоритм и структура расчета принципиальной тепловой схемы ...54
2.14 Моделирование работы КН, эжекторов, СП и ЭП 61
2.15 Моделирование работы группы ПНД 65
2.16 Моделирование работы группы ПВД и деаэрационной установки .68
2.17 Моделирование работы системы подвода и отвода пара с
уплотнений 72
2.18 Моделирование работы отсеков турбины, СК, КН и ОБ 76
2.19 Моделирование работы маслосистемы 78
2.20 Определение теплофизических свойств теплоносителей в модели
паротурбинной установки 80
2.21 Расчет технико-экономических показателей работы турбины 83
3 Разработка имитационного компьютерного тренажера энергоблока средствами программирования 85
3.1 Примеры работы имитационного компьютерного тренажера 85
Заключение 88
Список использованных источников 90
1 Тренажеростроение в современной электроэнергетике 7
1.1 Нормативные документы, регламентирующие требования к техническим средствам обучения персонала электроэнергетики 7
1.2 Анализ причин техногенной аварийности в РФ 7
1.3 Анализ существующих в РФ тренажерных систем обучения персонала электрических станций 9
2 Расчет математической модели энергоблока 12
2.1 Расчет динамических характеристик энергоблока 13
2.2 Основные допущения 15
2.3 Математические элементы имитационной модели котла 15
2.1 Моделирование работы тягодутьевых механизмов котельного агрегата ПК-38 17
2.2 Моделирование аэродинамики системы пылеприготовления 20
2.3 Тепловой расчет системы пылеприготовления 24
2.4 Модель оценки расхода топлива на котел 26
2.5 Аэродинамическая модель воздушного тракта котла 27
2.6 Модель гидравлического тракта котельного агрегата 29
2.7 Особенности расчета конвективного теплообмена в имитационной модели котла 31
2.8 Расчет теплообмена в топке котла (расчет радиационных поверхностей) 33
2.9 Определение свойств теплоносителей в модели котла 39
2.10 Расчет технико-экономических показателей работы котла 40
2.11 Алгоритм имитационной модели турбины 43
2.12 Математическое моделирование типовых элементов тепловой схемы 43
2.13 Алгоритм и структура расчета принципиальной тепловой схемы ...54
2.14 Моделирование работы КН, эжекторов, СП и ЭП 61
2.15 Моделирование работы группы ПНД 65
2.16 Моделирование работы группы ПВД и деаэрационной установки .68
2.17 Моделирование работы системы подвода и отвода пара с
уплотнений 72
2.18 Моделирование работы отсеков турбины, СК, КН и ОБ 76
2.19 Моделирование работы маслосистемы 78
2.20 Определение теплофизических свойств теплоносителей в модели
паротурбинной установки 80
2.21 Расчет технико-экономических показателей работы турбины 83
3 Разработка имитационного компьютерного тренажера энергоблока средствами программирования 85
3.1 Примеры работы имитационного компьютерного тренажера 85
Заключение 88
Список использованных источников 90
Жизнеобеспечение человеческого сообщества в наше время в значительной степени зависит от поставок в места человеческого обитания топлива и электроэнергии. И если учесть факт взаимозависимости этих поставок, то массовые обесточивания по своим последствиям могут быть привязаны к природным катаклизмам, угрожающим национальным экономикам и существованию миллионов людей.
Таким образом, фактор надежности электроэнергетики, то есть независимых субъектов рынка электроэнергии и мощности, приобретает приоритетное значение, особенно в современных российских условиях искусственного разделения на части единого технологического и единого временного процесса генерации, передачи и потребления электрической энергии.
Угрозы штатному функционированию энергообъекта, рассматриваемого, как распределенная эргатическая система, могут исходить от следующих дестабилизирующих факторов:
Техногенных (искусственных) дестабилизирующих факторов, а именно: отказы арматуры, отказы механизмов, разрывы трубопроводов, резервуаров воды, мазута, газопроводов, взрывы или пожары на технологическом оборудовании и т.д. и т.п.;
Природных (естественных) дестабилизирующих факторов, а именно: изменение воздействий внешней среды (качества топлива, температуры: наружного воздуха, охлаждающей воды, качество исходной воды и т.п.), природных катаклизмов (гололед, ураган, наводнение, пожар, землетрясение, и т.п.);
Антропогенных дестабилизирующих факторов (т.н. человеческий фактор), а именно: непрофессиональных действий специалистов по проектированию, изготовлению, монтажу, обслуживанию и ремонту технологического оборудования, АСУТП, тренажерных систем; террористических дестабилизирующих факторов [1].
По словам Президента РФ Путина В.В.: «Ежегодно на ликвидацию последствий различного рода аварий и катастроф расходуется в России от 1,5 до 3% ВВП, а мировой ежегодный ущерб составляет около 150 млрд. долл. Доля техногенных катастроф в сумме чрезвычайных ситуаций в РФ уже превышает 70%. Причем для предотвращения угроз аварий и катастроф необходимо рассматривать не только технологический и управленческий аспекты, но и человеческий фактор. Жизнь показывает, что большинство аварий происходит по вине человека» [2].
По данным Ростехнадзора [3] причины аварии на опасных производственных объектах (далее - ОПО) (процент от общего количества аварий) следующие:
- несовершенство технологий - 13%;
- низкий уровень знаний - 11%;
- умышленное отключение защиты - 2%;
- нарушение производственной дисциплины - 15%;
- неэффективность производственного контроля - 13%;
- неправильная организация работ - 13%;
- нарушение технологий - 17%;
- неудовлетворительное состояние оборудования, зданий и сооружений - 16%.
Таким образом, аварийность на опасных производственных объектах (в том числе на электростанциях и сетевых предприятиях) в более чем 70% случаев определяется так называемым «человеческим фактором».
Указанное состояние аварийности обусловлено ростом сложности управления и напряженности работы персонала, значительным объемам физически и морально устаревшего оборудования, поступлением топлива, пониженного или сильно меняющегося качеств, недостаточной квалификацией персонала и нарушением правил производства оперативных переключений [1].
Наряду с уже существующими и ставшими привычными проверками знаний правил технической эксплуатации, правил устройства электроустановок, правил техники безопасности, и правил противопожарной безопасности, возможным решением снижения аварийности по причине «человеческого фактора» представляется обучение оперативного персонала станций, на имитационных компьютерных тренажерах для отработки оперативных задач управления основным и вспомогательным оборудованием, с целью развития у эксплуатационного персонала навыков планирования изменения штатных режимов и умений (быстрой реакции) в нестандартных ситуациях при отказах оборудования.
Целю, а также предполагаемой научной новизной данной работы является разработка имитационного компьютерного тренажера, с упрощенной математической моделью, позволяющей в полной мере отрабатывать необходимые оперативные задачи управления энергоблоком.
Объектом исследования выступает энергоблок КТ 135/150-130 Назаровской ГРЭС.
Предметом исследования являются процессы, происходящие при эксплуатации энергоблока станции, оказывающие существенное влияние на ее экономику и принимаемые в процессе эксплуатации технические решения.
Таким образом, фактор надежности электроэнергетики, то есть независимых субъектов рынка электроэнергии и мощности, приобретает приоритетное значение, особенно в современных российских условиях искусственного разделения на части единого технологического и единого временного процесса генерации, передачи и потребления электрической энергии.
Угрозы штатному функционированию энергообъекта, рассматриваемого, как распределенная эргатическая система, могут исходить от следующих дестабилизирующих факторов:
Техногенных (искусственных) дестабилизирующих факторов, а именно: отказы арматуры, отказы механизмов, разрывы трубопроводов, резервуаров воды, мазута, газопроводов, взрывы или пожары на технологическом оборудовании и т.д. и т.п.;
Природных (естественных) дестабилизирующих факторов, а именно: изменение воздействий внешней среды (качества топлива, температуры: наружного воздуха, охлаждающей воды, качество исходной воды и т.п.), природных катаклизмов (гололед, ураган, наводнение, пожар, землетрясение, и т.п.);
Антропогенных дестабилизирующих факторов (т.н. человеческий фактор), а именно: непрофессиональных действий специалистов по проектированию, изготовлению, монтажу, обслуживанию и ремонту технологического оборудования, АСУТП, тренажерных систем; террористических дестабилизирующих факторов [1].
По словам Президента РФ Путина В.В.: «Ежегодно на ликвидацию последствий различного рода аварий и катастроф расходуется в России от 1,5 до 3% ВВП, а мировой ежегодный ущерб составляет около 150 млрд. долл. Доля техногенных катастроф в сумме чрезвычайных ситуаций в РФ уже превышает 70%. Причем для предотвращения угроз аварий и катастроф необходимо рассматривать не только технологический и управленческий аспекты, но и человеческий фактор. Жизнь показывает, что большинство аварий происходит по вине человека» [2].
По данным Ростехнадзора [3] причины аварии на опасных производственных объектах (далее - ОПО) (процент от общего количества аварий) следующие:
- несовершенство технологий - 13%;
- низкий уровень знаний - 11%;
- умышленное отключение защиты - 2%;
- нарушение производственной дисциплины - 15%;
- неэффективность производственного контроля - 13%;
- неправильная организация работ - 13%;
- нарушение технологий - 17%;
- неудовлетворительное состояние оборудования, зданий и сооружений - 16%.
Таким образом, аварийность на опасных производственных объектах (в том числе на электростанциях и сетевых предприятиях) в более чем 70% случаев определяется так называемым «человеческим фактором».
Указанное состояние аварийности обусловлено ростом сложности управления и напряженности работы персонала, значительным объемам физически и морально устаревшего оборудования, поступлением топлива, пониженного или сильно меняющегося качеств, недостаточной квалификацией персонала и нарушением правил производства оперативных переключений [1].
Наряду с уже существующими и ставшими привычными проверками знаний правил технической эксплуатации, правил устройства электроустановок, правил техники безопасности, и правил противопожарной безопасности, возможным решением снижения аварийности по причине «человеческого фактора» представляется обучение оперативного персонала станций, на имитационных компьютерных тренажерах для отработки оперативных задач управления основным и вспомогательным оборудованием, с целью развития у эксплуатационного персонала навыков планирования изменения штатных режимов и умений (быстрой реакции) в нестандартных ситуациях при отказах оборудования.
Целю, а также предполагаемой научной новизной данной работы является разработка имитационного компьютерного тренажера, с упрощенной математической моделью, позволяющей в полной мере отрабатывать необходимые оперативные задачи управления энергоблоком.
Объектом исследования выступает энергоблок КТ 135/150-130 Назаровской ГРЭС.
Предметом исследования являются процессы, происходящие при эксплуатации энергоблока станции, оказывающие существенное влияние на ее экономику и принимаемые в процессе эксплуатации технические решения.
Эффективность и надежность работы энергетического оборудования во многом определяется уровнем эксплуатации технологических устройств. Одним из рациональных способов подготовки, тренинга, проверки качества знаний и навыков у оперативного персонала станции является использование программно-методических комплексов, имитирующих состав и режим работы основного и вспомогательного оборудования.
В первой части работы приведен анализ причин техногенной аварийности в РФ. Названы основные «внутренние» и «внешние» причины аварийности на опасных производственных объектах. Рассмотрены требования к обеспечению надежных, экономичных и безопасных режимов работы оборудования. Приведены научно - технические требования и рекомендации при моделировании тренажеров энергетического оборудования для отработки оперативных задач эксплуатационного персонала. Рассмотрены первые нормативные документы электроэнергетики, регламентирующие требования к обучающим и тренажерным системам.
В основной части работы рассчитана и представлена математическая модель энергоблока КТ 135/150-130 Назаровской ГРЭС на основе которой был разработан имитационный компьютерный тренажер для отработки оперативных задач управления.
Основным назначением использования, разрабатываемого компьютерного имитационного тренажера оборудования энергетического блока является приобретение и развитие дидактических и инженерно-психологических навыков операторских специальностей. Решение поставленной задачи возможно на основе развития когнитивной, регуляторной и коммуникативных функций эксплуатационного персонала, что, в свою очередь, достигается путем конструирования процесса обучения и проверки базы знаний с использованием компьютерного тренажера, а также правильного набора и сочетания проблемных задач.
В завершении работы, выработаны предложения по использованию тренажера в качестве обучающего инструмента для оперативного персонала станций, с целью отработки оперативных задач управления основным и вспомогательным оборудованием энергоблока, для развития у эксплуатационного персонала навыков планирования изменения штатных режимов и умений в случае возникновения нестандартных ситуаций при отказах оборудования.
Тренажер внедрен на Назаровской ГРЭС и в данный момент находится на этапе опытной эксплуатации.
В первой части работы приведен анализ причин техногенной аварийности в РФ. Названы основные «внутренние» и «внешние» причины аварийности на опасных производственных объектах. Рассмотрены требования к обеспечению надежных, экономичных и безопасных режимов работы оборудования. Приведены научно - технические требования и рекомендации при моделировании тренажеров энергетического оборудования для отработки оперативных задач эксплуатационного персонала. Рассмотрены первые нормативные документы электроэнергетики, регламентирующие требования к обучающим и тренажерным системам.
В основной части работы рассчитана и представлена математическая модель энергоблока КТ 135/150-130 Назаровской ГРЭС на основе которой был разработан имитационный компьютерный тренажер для отработки оперативных задач управления.
Основным назначением использования, разрабатываемого компьютерного имитационного тренажера оборудования энергетического блока является приобретение и развитие дидактических и инженерно-психологических навыков операторских специальностей. Решение поставленной задачи возможно на основе развития когнитивной, регуляторной и коммуникативных функций эксплуатационного персонала, что, в свою очередь, достигается путем конструирования процесса обучения и проверки базы знаний с использованием компьютерного тренажера, а также правильного набора и сочетания проблемных задач.
В завершении работы, выработаны предложения по использованию тренажера в качестве обучающего инструмента для оперативного персонала станций, с целью отработки оперативных задач управления основным и вспомогательным оборудованием энергоблока, для развития у эксплуатационного персонала навыков планирования изменения штатных режимов и умений в случае возникновения нестандартных ситуаций при отказах оборудования.
Тренажер внедрен на Назаровской ГРЭС и в данный момент находится на этапе опытной эксплуатации.