Газопоршневая электростанция на 4 установки с устройством наружных и внутренних инженерных сетей (далее ГПЭС) предназначена для обеспечения электроснабжения и теплоснабжения потребителей.
Система электроснабжения. Основной источник электроснабжения
В соответствии с Техническим заданием на проектирование, в качестве основных генераторов применены четыре газопоршневых когенерационных установки контейнерного исполнения (ГПУ) MWM TCG 2020 V20, электрической мощностью по 2,0 МВт, напряжением 6,3 кВ, с системой утилизации тепла (СУТ) тепловой мощностью по 2,095 МВт, производства "Motoren Werke Mannheim" GmbH г. Мангейм, Германия.
Утилизируемое тепло передается в существующие тепловые сети. В соответствии с Техническим заданием предусматривается два этапа строительства ГПЭС:
- на первом этапе устанавливаются 2 ГПУ MWM TCG 2020 V20, при этом установленная электрическая мощность основного оборудования составит 4 МВт, а установленная тепловая мощность СУТ основного оборудования – 4,19 МВт.
- на втором этапе устанавливаются еще 2 ГПУ MWM TCG 2020 V20. Установленная электрическая мощность основного оборудования по окончании строительства – 8 МВт.
Установленная тепловая мощность СУТ основного оборудования по окончании строительства – 8,38 МВт.
Система электроснабжения. Второй независимый источник электроснабжения
Вторым независимым источником электроснабжения потребителей, согласно техническим условиям на подключение является городская сеть - ПС 110/10 кВ. Техническими условиями предусмотрено подключение сети к двум секциям шин 6,3 кВ существующей трансформаторной подстанции ТП-18.
Максимальная мощность, потребляемая от сети, не должна превышать 1250 кВт.
Аварийный источник электроснабжения
В качестве аварийного источника электроснабжения ГПЭС применена дизель-генераторная установка (ДГУ) в модульном шумоизолирующем кожухе САL, мощностью 160 кВт (200 кВА), напряжением 0,4кВ, производства фирмы FG Wilson, модель P220-3, с панелью управления Power Wizart.
Распределительные устройства системы электроснабжения
В системе электроснабжения используются следующие распределительные устройства:
закрытое распределительное устройство ЗРУ-6,3 кВ;
ЗРУ-6,3 кВ состоит из одной секции и имеет в составе:
- четыре вводные ячейки, к которым подключены выходы ГПУ;
- ячейку шинного трансформатора;
- ячейку заземлителя шин;
- две отходящие ячейки, предназначенные для подключения трансформаторов собственных нужд 6,3/0,4кВ, мощностью 2500 кВА;
- две отходящих ячеек, предназначенных для подключения внешних потребителей (ТП-18);
- одну отходящую ячейку, предназначенную для подключения внешних потребителей;
Для потребителей собственных нужд предусмотрено трехсекционное распределительное устройство РУ-0,4 кВ. Вводы первой и второй секций присоединяются к вторичным обмоткам двух понижающих трансформаторов 6,3/0,4 кВ мощностью 2500 кВА, подключенных к секции ЗРУ-6,3 кВ.
На третью секцию РУ-0,4 кВ напряжения с первой или второй секций подаются с помощью реверсивного переключателя QS1. Автоматические выключатели, установленные на отходящих линиях третьей секции, служат для подачи напряжения на первые вводы панелей управления ГПУ (HAS1-HAS4, ZAS), а также на распределительный шкаф ШР, предназначенный для электроснабжения собственных нужд вспомогательных контейнерных модулей ГПЭС.
Для обеспечения запуска ГПЭС при отсутствии напряжения сети на обоих вводах ТП-18 предусмотрен шкаф дизель-генератора ШДГ, к которому подключен выход аварийной ДГУ. Напряжение с секции ШДГ подается на вторые вводы панелей управления (HAS1-HAS4, ZAS), а также на шкаф ШР, имеющий на вводе реверсивный переключатель.
Три нагрузочных модуля НМ1-НМ3 мощностью по 1000кВт каждый подключаются к первой и второй секциям РУ-0,4кВ с помощью отдельных автоматических выключателей и управляются собственным шкафом управления ШУ.
К отходящим автоматическим выключателям шкафа ШР подключены:
- щит собственных нужд контейнера ЗРУ-6,3кВ (ЩСН2);
- щит собственных нужд контейнера ТП СН с РУ-0,4кВ (ЩСН1);
- собственные нужды ДГУ (СН ДГУ);
- щит управления контейнера нагрузочных модулей (ЩУ);
- щит собственных нужд теплового модуля (ЩСН3);
К отходящим автоматическим выключателям щита ЩСН2 (ЗРУ-6,3кВ) подключены:
- шкаф оперативного тока ШОТ ЗРУ-6,3кВ;
- источник бесперебойного питания ИБП и щит бесперебойного питания ЩБП.
Для обеспечения возможности синхронизации ГПУ с сетью существующие сетевые вводные ячейки ТП-18 дорабатываются: в них устанавливаются моторные приводы для высоковольтных выключателей, подключаются трансформаторы напряжения на вводах, а также модули управления типа LS-521. Кроме того, с целью предотвращения возможности несанкционированной выдачи вырабатываемой электроэнергии в сеть, существующие модули релейной защиты сетевых вводов заменяются на новые, серии REF542plus, имеющие функцию направленной максимальной токовой защиты, причем для обеспечения высокой надежности защиты устанавливаются по два модуля в каждую ячейку.
Электроснабжение потребителей осуществляется от ТП-18 по существующим кабельным линиям. Электроснабжение панели противопожарных устройств ВРУ-ППУ, имеющей в своем составе на вводе трехвходовой АВР, осуществляется от секций 1 и 2 РУ-0,4кВ, а также от щита ЩДГ.
Система теплоснабжения
Для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на I-ом этапе строительства устанавливается два контейнерных модуля ГПЭА полной заводской готовности типа TCG2020 V20 производства фирмы«MWM GmbH» электрической мощностью по 2000кВт, напряжением 6,3кВ тепловой мощностью по2150 кВт при 100% нагрузке.
На II-ом этапе строительства устанавливается два контейнерных модуля ГПЭА полной заводской готовности типа TCG 2020 V20 производства фирмы «MWM GmbH» электрической мощностью по 2000кВт, напряжением 6,3кВ тепловой мощностью по2150 кВт при 100% нагрузке.
Мощность электрической нагрузки с учетом собственных нужд- 6925кВт. Параметры воды в контуре утилизации 95/70°C. Каждый когенерационный модуль TCG2020 V20 укомплектован:
- теплообменником – охладителем масла;
- теплообменником – охладителем водяной рубашки двигателя;
- теплообменником – охладителем газовоздушной смеси I ступени;
- теплообменником – охладителем газовоздушной смеси II ступени;
- котлом – утилизатором теплоты выхлопных газов;
- выносным воздушным радиатором аварийного охлаждения водяной рубашки двигателя;
- циркуляционным насосом горячей воды с системой безопасности.
Отвод теплоты от охладителя газовоздушной смеси II ступени осуществляется выносным воздушным радиатором. Схема контура утилизации – последовательная, котел-утилизатор имеет байпас на газовой линии с электроприводной заслонкой.
Циркуляция теплоносителя через системы утилизации ГПУ осуществляется индивидуальными насосами для каждой установки. Автоматическое регулирование постоянной температуры на входе в систему утилизации ГПУ равной 70°C осуществляется установкой трехходового (подмешивающего) клапана с электроприводом. ГПУ комплектуются аварийной выносной системой воздушного охлаждения, которая обеспечивает нормальную работу двигателей в периоды, когда все утилизированное тепло не может быть востребовано потребителями и температура на входе в контур утилизации превышает 70 °C.
Система аварийного охлаждения включает в себя теплообменник-охладитель, заполненный антифризом, выносной воздушный радиатор и трехходовой моторный регулирующий клапан.
Циркуляция теплоносителя осуществляется насосом типа NI65-160/162. ГПУ комплектуются щитами управления, которые обеспечивают автоматический режим работы электростанции по выработке электрической и тепловой энергии в соответствии с реальным графиком нагрузки энергосистемы.
Связь нагрузки с тепловой системой электростанции осуществляется через тепловой пункт состоящий из следующего оборудования:
-теплообменников;
-повысительных насосных станций по горячей воде и системы подпитки;
-оборудования КиПА;
-системы трубопроводов и запорной арматуры.
Система газоснабжения
Газопровод Ду 300 от ГРПШ разводится (с изменением диаметра) по контейнерным модулям. Перед вводом в контейнер устанавливается отключающее устройство с изолирующим фланцем.
На вводе предусмотрена установка термозапорного клапана, фильтра, отсечного электромагнитного клапана, узла технического учета расхода газа на базе счетчика СГ16МТ-650 Ду 100 мм ,V макс= 650 м3 /ч, V мин= 32,5 м3 /ч.
Отсечной электромагнитный клапан обеспечивает отключение подачи газа в следующих случаях:
- неисправности цепей защиты, включая исчезновение напряжения;
- достижение второго порога (1% метана от объема воздуха в машинном зале) загазованности помещения , мгновенно;
- достижение концентрации оксида углерода 5ПДК (100мг/м3), мгновенно;
- срабатывание пожарной сигнализации, мгновенно.
При срабатывании (закрытии) газового клапана аварийный сигнал передается на диспетчерский пульт. Для продувки газопроводов предусматриваются продувочные газопроводы Ду25 со штуцером с краном Ду15 для взятия проб.
Система вентиляции
В модулях ГПУ используются вентиляционное оборудование заводского изготовления, поставляются комплектно фирмой «MWM». В модульном здании, приток воздуха осуществляется через жалюзийные решетки «VKT», каждая жалюзийная решетка укомплектована заслонкой с электроприводом ф. Belino. Естественная вытяжка осуществляется через жалюзийные решетки «VKT» расположенные на противоположной стенке или осевые вентиляторы производства фирмы «NED».
Обоснование принятой структурной схемы автоматизированной системы управления и мониторинга
Основным фактором определяющим структуру системы автоматизированного управления является модульное построение помещений энергокомплекса и связанные с этим ограничения на размещение щитового оборудования системы автоматизированного управления и мониторинга.
В связи с этим, система сбора контрольных данных энергокомплекса реализована на оборудовании щита управления ЩУ-АСМ, расположенным в модуле РУ 6,3 кВ, система управления оборудованием баластных нагрузок реализована на щите управления ЩУ-БМН, расположенном в модуле баластных нагрузок.
Стойка управления автоматизированной системы управления и мониторинга устанавливается в помещении гл. энергетика.
Сведения о аппаратно программных средствах АСМ
Система сбора данных энергокомплекса реализована на программируемом контроллере Simatic S7-1200 и устройствах ввода/вывода данного семейства производства компании Siemens, устанавливаемые в щите управления ЩУ-АСМ.
Инструментальным программным обеспечением для программируемого контроллера S7-1200 является программное обеспечение STEP 7 Basic компании Siemens. Система управления модуля блока нагрузок реализуется на аппаратно программных средствах компании B&R.
Описание решений по системе автоматизированного управления и мониторинга системы электроснабжения
Система реализована по иерархическому признаку. Нижним уровнем системы является оборудование КиПА распределительных устройств модулей РУ04 кВ, РУ 6,3 кВ, систем теплоснабжения и вентиляции, а также программируемые контроллеры щитов управления газопоршневых установок, дизель генератора и блоков релейной защиты РУ6,3 кВ.
В качестве исходной информации для системы используются сигналы панелей управления ГПУ, панели управления ДГУ, локальных щитов автоматики, установленных в контейнерных модулях, с блоков REF 542plus из состава ячеек ЗРУ-6,3кВ, со счетчиков технического учета электроэнергии и т.п.
При этом:
1) Блоки REF 542plus, выполняют следующие измерения:
- измерение напряжения и тока в каждой фазе;
- наибольшее среднее значение действующего тока;
- измерение значений токов в фазах и тока замыкания на землю в момент срабатывания защит;
- измерение активной и реактивной мощности;
- измерение коэффициента мощности.
Съем контрольной информации с блоков REF 542plus осуществляется через интерфейсное устройство по TCP/IP. Съем контрольной информации с комплекса ГПУ осуществляется со щита управления ZAS по протоколу TCP/IP.
2) Проектом предусматривается:
- технический учет электроэнергии, вырабатываемой каждой ГПУ (в составе панелей управления HAS1, ...HAS4);
- технический учет электроэнергии, отпускаемой внешним потребителям с помощью счетчиков типа ПСЧ-4ТМ.05М в составе отходящих ячеек ЗРУ-6,3 кВ;
- технический учет электроэнергии, потребляемой собственными нуждами ГПЭС с помощью счетчиков типа ПСЧ-4ТМ.05М в составе отходящих ячеек ЗРУ-6,3 кВ.
3) С локальных щитов автоматики снимается информация о состоянии вспомогательного оборудования (вентиляторов, насосов, автоматических выключателях, АВР в составе силовых щитов и т.п.). Съем контрольной информации с ДГУ осуществляет с панели управления PowerWizart 2.1. по протоколу ModBus RTU.
Щит управления ЩУ-АСМ состоит из следующего оборудования и программных средств:
-центральный процессор Simatic CM 1241 DC/DC/RLY;
-модулей ввода дискретных сигналов SM-1221 DI 16*24 DC;
-модулей ввода аналоговых сигналов 8AI*13;
-блока питания постоянного тока 24В/2,5 A PM 1207;
-модуля PC EPS-AT270;
-коммутатора каналов X308 (Siemens);
-преобразователей протокола ADAM4520;
-источника бесперебойного питания UPS Sentinel Pro-1000;
-инструментальное программное обеспечение STEP7 Basic;
-рабочее программное обеспечение.
Центральный процессор и модули ввода/вывода обеспечивают съем дискретных и аналоговых сигналов с оборудования энергокомплекса, формирование массива данных, передачу массива данных через коммутатор Х308 на сервер стойки управления диспетчерского пункта.
Модуль PC EPS-AT270 обеспечивает съем контрольной информации по интерфейсам связи RS485 (протоколы ModBus RTU) с блоков релейной защиты RF542 высоковольтного распределительного устройства и передачу массива контрольной информации через коммутатор X308 на сервер стойки управления.
Щит управления модуля баластных нагрузок состоит из следующего оборудования:
-программируемого логического контроллера X20CP1583;
-модулей ввода/вывода;
-модулей синхронизации X20CM0985;
-инструментальном программном обеспечении Automation Studio 4.1;
-рабочего программного обеспечения.
Щит управления модуля баластных нагрузок обеспечивает через модуль синхронизации Х20СМ0985 съем параметров переменного тока на отходящих фидерах с частотой 20ms, осуществление анализа изменений величины тока и формирование, в соответствии с заданным алгоритмом управляющих дискретных сигналов на включение нагрузочных сопротивлений в модуле баластных нагрузок.
Контрольная информация о количестве включенных нагрузок, состоянии дополнительного оборудования модуля баластных нагрузок (вентиляции, датчиков температуры) передается контроллером чрез коммутатор X308 на сервер стойки управления.
Верхним уровнем системы является рабочее место оператора, выполняющего также функции сервера ввода/вывода и базы данных, состоящего из следующего оборудования:
-системного блока Activity Express;
-монитора Dell;
-ЖК панели на 46” Bay Cat X;
-печатающего устройства;
-инструментальных программных средств;
-рабочего программного обеспечения.
Состав инструментальных программных средств:
-SCADA WinCC V7,6;
- Microsoft Windows Server 2008;
-Kepware OPC Serwer;
-Adobe Flash Professional.
Основными функциями рабочего места оператора, сервера является:
-съем массивов контрольной информации с ЩУ-АСМ, ЩУ-БМН;
-организации базы данных;
-обработка контрольной информации;
-вывод контрольной информации в виде функциональных схем, таблиц, графиков, текстовых сообщений на монитор оператора и табло;
-передача массива контрольной информации энергокомплекса на информационный сервер АСУ предприятия.
При обработке массива контрольной информации осуществляется выделение аварийных сигналов и формирование соответствующих сообщений на мнемосхемах и базе данных. Обработка аналоговых сигналов осуществляется сравнением аналогового сигнала с задаваемыми пороговыми значениями. Для верхнего и нижнего значений сигнала задаются предупреждающий порог и аварийный пороги, при превышении которых осуществляется вывод предупреждающих или аварийных сообщений на мнемосхемы или архивы данных на монитор оператора и табло.
Сведения о типе, классе проводов, которые подлежат применению для системы автоматизированного управления и мониторинга
Питающие цепи щитов управления ЩУ-АСМ, ЩУ-БМН и оборудования рабочего места оператора выполняются кабелями ВВГнг-LS 3*1,5. Сигнальные цепи для съема сигналов с “сухих контактов” выполняются сигнальными кабелями МКЭШ нг отдельно от силовых кабелей на минимальном расстоянии от них в 200мм. Экраны кабелей соединять с корпусами щитов со стороны источника питания сигнальных цепей (ЩУ-АСМ, ЩУ БМН).
Информационные кабели для передачи каналов связи по протоколам FTP/IP выполняются кабелем FTP категории 5е, 4 пары. Информационные кабели для передачи каналов связи по протоколу ModBus RTU выполняются кабелем Belden 3107A.
Связь сервера рабочего места оператора с информационным сервером предприятия выполняется многомодовым оптическим кабелем фирмы Siemens.
Мероприятия по резервированию электроcнабжения системы автоматического управления и мониторинга
Питание щитов управления ЩУ-АСМ, ЩУ-БНМ и оборудования рабочего места оператора осуществляется от собственных встроенных источников бесперебойного питания.
Питание контрольных цепей КиПА, датчиков осуществляется от ЩУ-АСМ, ЩУ-БНМ оборудованных источниками бесперебойного питания.
Мероприятия по помехозащищенности системы
Питание оборудования системы осуществляется от отдельных силовых автоматов, не связанных с мощными силовыми нагрузками. Для сигнальных цепей и информационных каналов используются экранированные кабели прокладываемые отдельно от силовых кабелей в отдельных монтажных лотках. Использование в системе КИПиА с нормализованными сигналами.
Мероприятия по информационной защите системы
Ограничение доступа к аппаратно программным средствам щитов ЩУ-АСМ, ЩУ-БНМ, серверу системы со стороны посторонних лиц. Отсутствие доступа в систему из Ethernet.
Введение паролей для доступа в систему со стороны системного администратора и операторов. Ограничения в использовании оборудования рабочего места оператора в иных целях отличающихся от функций выполняемых в составе системы автоматического управления и мониторинга.
Соответствие требованиям к безопасности
Требования по обеспечению безопасности при монтаже, наладке, эксплуатации, обслуживании и ремонте технических средств системы соответствуют действующим нормам и правилам (ПУЭ,ПТБ, ПБ).
Монтаж оборудования системы, подвод электрического питания, заземление, а также работы, связанные с эксплуатацией, обслуживанием и ремонтом технических средств системы должны проводиться в соответствии с:
-Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ ЭП);
-Правилами устройства электроустановок;
-Правилами эксплуатации электроустановок потребителей, утвержденных Госэнергонадзором 31 марта 1992 г.;
-Межотраслевыми правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок (ПОТ РМ 016-20001, РД 153-34.03.150-00);
Квалификация обслуживающего персонала должна быть достаточной для обеспечения работоспособности комплекса технических средств системы. Обслуживающий персонал должен иметь квалификацию по электробезопасности не ниже 3 й группы по ПЭЭП и МПОТ и иметь допуск к работе.
Специалисты обслуживающего персонала должны пройти курс обучения, включающий программу по техническому обслуживанию и сопровождению программного обеспечения АСУ.
Разработчиком системы проводится инструктаж персонала по месту и в рамках должностных инструкций по работе с АСУ.
Соответствие требованиям к безопасности
Программно- технические средства системы рассчитаны на функционирование в непрерывном режиме круглосуточно и соответствуют требованиям, предъявляемым к многокомпонентным, многоканальным, ремонтопригодным и восстанавливаемым системам. Надежность функционирования системы и ее подсистем соответсвуют требованиям ГОСТ26.205-88.