Cap. 8. Centrale hidroelectrice
77
8.6. SISTEME DE MONITORIZARE MONITORIZARE A CENTRALELOR HIDROELECTRICE HIDROELECTRICE ă 8.6.1.Principii de baz bază
Scopurile de baz ă ale sistemelor de conducere automat ă moderne din centralele hidroelectrice sunt: - Reglarea automat ă a turaţiei (frecvenţei) şi/sau puterii grupului energetic cunoscute sub denumirea de sisteme de reglare automat ă a vitezei (SRAV). - Reglarea automat ă a tensiunii generatorului cunoscute sub denumirea de sisteme de reglare automată a excitaţiei (SRAE). - Reglarea nivelului apei în lacul de acumulare şi a debitului turbionat, în func ţie de cerinţele amenajării. - Protecţia grupului hidroenergetic la avarii, defecte, fie pe partea electric ă fie pe partea hidraulică [Basarab, 1995]. Aceste scopuri de baz ă sunt aceleaşi ca şi acum 100 de ani. Dar dezvoltarea sistemelor numerice permite în prezent implementarea unor func ţiuni suplimentare sistemelor de conducere a amenaj ărilor hidroenergetice, în scopul creşterii eficienţei exploatării resurselor hidroenergetice şi a producerii de energie. Dintre aceste funcţiuni suplimentare se men ţioneaz ă: - Optimizarea întregului sistem pentru asigurarea disponibilit ăţii şi eficienţei ridicate a grupului hidroenergetic urmărind reducerea costurilor de produc ţie a energiei electrice. - Optimizarea pe termen lung a ansamblurilor de hidrocentrale ce func ţioneaz ă pe cursul aceleaşi ape în scopul producţiei maxime de energie electric ă. - Controlul general al echipamentelor centralei şi monitorizarea funcţionării de la un dispecer local sau central. - Pornirea şi oprirea automată de la distan ţă şi alegerea numărului optim de agregate agregate în funcţiune. Componenţa şi funcţiunile sistemelor de conducere depind de o serie de factori cum ar fi: tipul centralei, căderile nete ale amenaj ărilor, debite turbionate, tipurile de turbine, puterea grupurilor şi încadrarea î ncadrarea acestora în amenajarea hidroenergetică şi în sistemul energetic. Nu se poate asigura o structur ă unitar ă a acestor sisteme. În continuare se vor prezenta câteva structuri de sisteme de conducere şi monitorizare pentru anumite categorii de amenaj ări hidroenergetice cu referiri la centralele din România. ării în hidroenergetică 8.6.2. Avantajele automatiz automatiză hidroenergetic ă
Centralele hidroelectrice permit un grad înalt de automatizare astfel încât s ă se asigure automat următoarele acţiuni: - Pornirea şi oprirea automată de la distanţă sau printr-un programator orar local, pentru asigurarea cerinţelor de putere activ ă sau reactivă în sistemul energetic, alegerea numărului optim de agregate în funcţiune pe o amenajare hidroenergetic ă şi repartiţia economică a sarcinii între agregate cu reducerea timpilor de func ţionare în gol; - Pornirea rapidă a grupului grupului hidroenergetic, hidroenergetic, realizarea operaţiilor de sincronizare şi cuplare la sistemul energetic, f ăr ă a fi nevoie de preg ătiri suplimentare de ordinul orelor precum în cazurile grupurilor termoenergetice, termoenergetice, fapt ce asigur ă încărcarea rapidă la puterea nominală pentru acoperirea cerin ţelor strigente de putere în sistemul energetic, în caz de oprire accidentală a altor grupuri, f ăr ă sacrificarea nivelului de frecvenţă; - Evitarea funcţionării în gol a hidroagregatelor, diminuându-se consumul energetic al instalaţiilor de servicii proprii, grupul putând fi repornit, atunci când este nevoie într-un timp extrem de scurt comparativ cu grupurile termoenergetice; - Sistemele de protecţie şi control automat al grupurilor hidroenergetice permit detectarea în timp util a abaterilor de la regimul nominal de func ţionare şi asigur ă punerea în
78
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
funcţiune a echipamentelor de rezerv ă sau scoaterea din func ţiune a echipamentului afectat cu evitarea avariilor; - Având în vedere faptul c ă, în sistemul energetic na ţional (SEN) există o serie de centrale hidroelectrice (CHE) de mare putere cu lac de acumulare (CHE Lotru-Ciunget510MW, Râul Mare Retezat - Clopodiva - 350MW, Vidraru-Arge ş-220MW, Sebeş-350MW, Bicaz-210MW) există posibilitatea cupl ării rapide a hidroagregatelor oprite, în cazuri de avarie în alte centrale, rezolvând problema deficitului de putere activ ă din SEN, pentru restabilirea echilibrului dintre putere consumat ă/generat ă şi aducerea frecvenţei la valoarea nominală. Anumite centrale hidroelectrice pot fi programate pentru injec ţia de putere reactiv ă în sistem în scopul men ţinerii factorului de putere (cos ϕ ) în domenii impuse şi în acest caz, aceste centrale trebuie prev ăzute cu un înalt grad de automatizare. În scopul atingerii acestor aspecte în automatizarea grupurilor hidroenergetic, sarcinile sistemului automat pot fi împăr ţite în trei mari categorii: a) Asigurarea cerin ţ elor elor interne pentru siguranţa grupului hidroenergetic, manevrabilitatea acestuia, controlul şi siguranţa amenajării hidroenergetice (lac de acumulare, conducte de transfer, conduct ă for ţată, sisteme de evacuare a apei, eventual sisteme de repompare) precum şi controlul serviciilor proprii. b) Men ţ inerea inerea echilibrului putere produs ă - putere consumat ă cu asigurarea valorilor impuse pentru frecvenţa şi tensiunea în sistemul energetic. c) Func ţ ionarea ionarea la regim nominal economic a sistemului energetic în totalitate prin distribuţia optimă a puterilor între centralele electrice din sistem, transportul economic la distanţă şi menţinerea în limite date a sarcinii transformatoarelor şi liniilor de transport. Rezolvarea rapidă a sarcinilor de sistem prev ăzute la punctele b şi c poate fi asigurat ă de controlul automat complex al centralelor hidroelectrice în special prin sistemele de reglare automată a excitaţiei SRAE (asigurând reglarea tensiunii în sistem) şi prin sistemele de reglare automată a vitezei SRAV (asigurând reglajul de frecven frecvenţă). SRAE asigur ă creşterea stabilităţii funcţionării în paralel a CHE cu SEN şi favorizează restabilirea rapidă a tensiunii în re ţea în urma scurtcircuitelor ce pot apare pe liniile de transport şi distribuţie a energiei electrice. SRAV asigur ă conservarea frecven ţei în SEN şi controlul turaţiei agregatelor pentru evitarea regimurilor tranzitorii periculoase (supra şi sub turaţie) O centrală hidroelectrică este prevăzută cu următoarele sisteme de comand ă, reglare şi protecţie: - Sistem de pornire/oprire automată a grupului (prin apăsarea unui buton de pornit/oprit); - Sistem de sincronizare automată şi cuplare la sistemul energetic; - Sistem de reglare automată a vitezei (turaţiei) grupului (SRAV); - Sistem de reglare automată a excitaţiei generatoarelor sincrone (SRAE); - Sistem de reglare automată a nivelului apei în lacul de acumulare şi a puterii CHE; - Sisteme de protecţie automată a echipamentelor echipamentelor electrice şi mecanice din central ă; - Sisteme de detecţie şi stingere automată a incendiilor; - Sisteme de ungere automată a lagărelor hidroagregatelor; hidroagregatelor; - Sisteme de frânare/ridicare automată a rotoarelor hidroagregatelor; hidroagregatelor; - Sisteme de comandă de la distan ţă a vanelor şi stăvilarelor; - Sisteme de monitorizare a nivelurilor apei şi a debitelor în diverse puncte ale amenaj ării hidroenergetice; - Sisteme de anclanşare automată a rezervei (AAR) şi reanclanşare automată rapidă (RAR). Gradul de automatizare al unei CHE, mai avansat sau sau mai simplu este dictat, din faza de construcţie şi se alege funcţie de regimurile de lucru prev ăzute de proiectant şi de rolul acesteia în sistemul energetic.
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
79
8.6.3. Principii funcţionale ale Sistemele de monitorizare şi control în CHE
Sistemul de control automat al CHE cuprinde o serie de echipamente grupate pe sarcini şi funcţiuni specifice pentru asigurarea controlului permanent a tuturor instala ţiilor şi protecţia acestora în cazul dep ăşirii limitelor normale de lucru. Aceste echipamente sunt grupate în două categorii mari: echipamente aferente fiecărui grup hidroenergetic şi echipamente aferente conducerii centralei în ansamblu. a)Sisteme de control automat al grupurilor hidroenergetice
În figura 8.57 se prezintă structura şi funcţiunile sistemului de control al unui grup hidroenergetic ce asigur ă semnalizarea şi protecţia grupului şi controlul reglării automate a parametrilor grupului şi a instalaţiilor auxiliare aferente grupului. Sistem de control Agregat turbină-generator Control Vană Operativă Regulator turaţie grup (RAV) Regulator excitaţie (RAE)
Reglare ulei de ungere (presiune, temperatur ă) Control apă de r ăcire Control aer comprimat
Frânare rotor Ridicare rotor
Comandă întrerupător de putere
Monitorizare parametrii mecanici-hidraulici măsur ă
Instalaţie pentru comandă de la distanţă
Monitorizare parametrii electrici-măsur ă Automatizări secvenţiale centrală
Sisteme de calcul pentru achiziţia şi prelucrarea datelor
Comandă regimuri de funcţionare, consemne
Sisteme de semnalizări centrale
Sincronizare, cuplare rotor
Protecţii parametrii mecano-hidraulici
Control termic Monitorizare, debite, nivel de apă
Protecţii parametrii electrici
Monitorizare conductă for ţată
Fig. 8.57. Sisteme de control al grupului hidroenergetic
80
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
În fig. 8.58. se prezint ă structura şi funcţiunile unui sistem de control al CHE. Instalaţii generale ale CHE
Automatizare complexă şi comanda de la distanţă
GHE 1
Instalaţii GHE 2
Iluminat
GHE n
TIF-Telefonie de înaltă frecvenţă pe linie
Încălzire Servicii auxiliare c.a.
Ventilaţie
Calcul consemn P şi Q
Servicii auxiliare c.c.
Climatizare
Control niveluri apă
Instalaţii de formare tensiuni operative
PSI hidranţi, apă pulverizare
Instalaţii avertizare incendii
Semnalizări centrală
Înregistrare cronologică defecţiuni
Control spargere conduct ă for ţată
Servicii tehnice apă-aer
Reglaj hidraulic (cascadă) Conducere operativă dispecer
Automatizarea trecerii în rezervă turnantă
Telecomunicaţii interne
Control priză (gr ătar) apă
Control reglaj frecvenţă putere GHE – Generator hidroelectric
Fig. 8.58. Sisteme de conducere al CHE
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
81
În fig. 8.59 este prezentat ă structura şi funcţiunile sistemului de achiziţii de date de la elementele componente ale grupului hidroenergetic pentru partea mecanohidraulică iar în fig. 8.60 pentru partea electrică. Sistem de achiziţie de date - partea mecano-hidraulic ă
Temperaturi
Nivel
- Generator - Apă bief - Lagăre amonte agregat - Apă bief - Ulei de reglaj aval - Ulei de ungere - Ulei reglaj - Apă r ăcire - Epuismente
Presiuni
- Apă în conducta - Turaţii agregat for ţată - Accelerare apă - Aer comprimat în conducta acţionare for ţată - Apă r ăcire - Ulei ungere - Ulei reglaj - Apă stingere incendii
Poziţii
- Vană operaţională - Vană nod presiune - Vană baraj - Aparat director - Limitator deschidere - Vană apă r ăcire - Dispozitiv de sarcină
Turaţii
Debite
-Debit turbionat -Ulei ungere -Apă r ăcire
Vibraţii
-Elemente agregat
Fig. 8.59. Sistem de achizi ţie de date
Sisteme de achiziţie de date - Partea electric ă
Generator
- Putere activă - Putere reactivă - Energie activă - Energie reactivă - Frecvenţă - Tensiune - Curent stator - Tensiune excitaţie - Curent excitaţie
Servicii auxiliare c.a
- Curent-bare - Tensiune bare - Putere activă - Putere reactivă c.c - Curent baterie şi redresoare - Tensiune bare - Control izolare
Poziţii aparataj
- Întreruptoare - Separatoare - Contactoare
Staţie trafo
- Energie activă - Energie reactivă - Parametrii sincronizare - Parametrii trecerii grupului în rezervă turnante - Curent linii - Tensiuni linii - Frecvenţa bare
Fig. 8.60. Sistem de achiziţie de date – partea electrică
82
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
Toate aceste echipamente sunt dispuse pe hidroagregat sau în dulapurile sau pupitrele din sala de comandă. Dispunerea lor permite accesul direct al operatorilor atât la aparatele indicatoare cât şi la echipamentele de manevr ă şi comandă. Echipamentele din camera de comand ă permit realizarea următoarelor funcţiuni: - Comanda de la distanţă a grupurilor din CHE; - Comanda staţiilor de medie şi înaltă tensiune; - Comanda vanei operative de la nodul de presiune; - Centralizarea informaţiilor transmise dispeceratului energetic de care apar ţine centrala şi operatorii din centrală; - Centralizarea informaţiilor de la sesizoarele de incendiu; - Supravegherea centralizat ă a instalaţiilor din centrală şi echipamentele exterioare; - Comanda stavilelor barajului pentru evacuarea surplusului de ap ă sau a materialelor ce plutesc la suprafa ţa lacului. Centrala electrică “Por ţile de Fier I” are camere de comand ă suplimentare pentru sta ţia electrică şi pentru navigaţia pe Dunăre în zona cazanelor. 8.6.4. Sisteme de protecţie şi comandă de la distanţă a echipamentelor CHE
Pentru funcţionarea sigur ă şi economică a centralelor hidroelectrice este necesar ă măsurarea permanentă a parametrilor hidrodinamici ai circuitului apei şi a parametrilor mecanici şi electrici ai hidroagregatului, compararea valorilor acestora cu limitele impuse de funcţionare şi activarea sistemelor de semnalizare şi protecţie în cazul depăşirii limitelor de avarie. Se vor prezenta cele mai importante ac ţiuni de monitorizare a instala ţiilor din centralele hidroelectrice. a) Monitorizarea nivelului apei
Funcţionarea sigur ă şi economică a centralei implică şi cunoaşterea nivelului apei în circuitul hidraulic dintre lacul din amonte şi lacul sau zona de evacuare şi anume: - nivelul apei în amonte de baraj, în camerele de înc ărcare (sau castelul de echilibru), la prize şi verificarea încadr ării acestora în limitele minime şi maxime stabilite pentru regimul de funcţionare al centralei. Acest lucru este necesar pentru prevenirea unor inunda ţii (interne sau externe centralei) şi pentru evitarea fenomenelor de aspira ţie de aer în turbin ă; - nivelul apei în amonte şi aval de CHE în scopul asigur ării exploatării optime a centralei (asigurarea căderii nete maxime) şi pentru regularizarea cursului captării în situaţii metereologice critice (ploi sau secetă). Controlul nivelului apei în diversele puncte ale centralei se realizeaz ă prin comanda manual ă sau automată a vanelor şi stăvilarelor montate la turbină şi la deversor. Măsurarea nivelului apei în diverse puncte ale circuitului apei se realizeaz ă cu traductoare de nivel realizate cu flotor, imersor, senzor de presiune hidrostatic ă sau emiţător receptor de ultrasunete. Adaptorul traductorului asigur ă conversia semnalului senzorului de nivel în semnal electric analogic sau numeric ce se transmite la distan ţă, la indicatoarele din tabloul de comandă şi la sistemele de reglare, semnalizare şi protecţie. În literatura de specialitate şi în documentaţia tehnică, aceste traductoare sunt denumite telelimnimetre. Transmisia la distan ţă a semnalului se poate realiza prin cablu separat, prin curenţi purtători de înaltă frecvenţă utilizând ca suport liniile de medie sau înalt ă tensiune ale amenaj ării hidroenergetice, semnale radio sau GSM pentru transmisii la distan ţe mari pentru centralele izolate. b) Monitorizarea conductelor de apă
Datorită presiunilor hidrostatice sau dinamice mari pot apare spargeri ale conductei for ţate sau ale galeriei de aduc ţiune. Aceste spargeri pot aduce avarii importante în centrala hidroelectrică sau în amenajarea hidroenergetic ă. Monitorizarea are rolul de a declan şa
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
83
sistemul de protecţie ce va bloca accesul apei în conducta for ţată prin închiderea vanei din nodul de presiune şi/sau în galeria de aduc ţiune, prin închiderea vanei poart ă sau a batardoului de la intrarea în galerie (vezi figura 8.61). Pentru asigurarea acestei protec ţii sunt necesare măsur ători ale debitelor în conducta for ţată şi galeria de aducţiune şi a presiunilor în diversele puncte ale traseului hidraulic şi compararea lor cu valorile precalculate sau m ăsurate în diverse regimuri de lucru a hidroagregatelor. Trebuie să se ţină cont de faptul că uzual pot exista dou ă sau mai multe grupuri hidroenergetice alimentate din aceea şi conductă for ţată. 4
Lac de acumulare
Casă vane priză 1 2
∆Pcf
Castel de echilibru ∆P3
3
Casă vane conductă Conductă for ţată
∆P2
1- Senzori de debit şi presiune 2- Vană priză 3- Vană conductă for ţată 4- Senzor nivel lac acumulare 5- Senzor nivel lac aval 6- Turbină
Cădere netă H
∆P1
Cădere brută HB
Generator z
5
v2/2g
6
Vană admisie turbină
v Canal de fugă
Fig.8.61. Sisteme de acţionare şi de măsurare pe circuitul hidraulic al centralei Aceste grupuri pot fi în stare oprită, pornire şi mers în gol pân ă la realizarea sincronizării şi cuplarea la SEN, funcţionare în plină sarcină, funcţionare în regim de aruncare de sarcină (decuplare bruscă de la SEN în regim de avarie) şi în regim de compensator sincron. De asemenea, se are în vedere faptul c ă fiecare grup se poate afla, independent de celelalte în oricare din aceste regimuri. Pentru proiectarea sistemului de protec ţie se stabilesc treptele de activare a protec ţiei în funcţie de debitul de apă în conducta for ţată. Se va prezenta ca exemplu un sistem hidroenergetic pentru o central ă cu 2 hidroagregate. Se determină debitul QS existent în conducta for ţată atunci când ambele grupuri sunt în funcţiune la sarcină nominală. Treptele de declan şare a protecţiei se vor stabili astfel: pentru grupurile 1+2 oprite Q1 = (0 ÷ 0,33)QS Q2 = (0,33 ÷ 0,66)QS pentru un grup în funcţiune şi unul oprit Q3 = (0,66 ÷ 1,2)QS pentru ambele grupuri în funcţiune pentru orice situaţie Q4 > 1,2QS Pentru realizarea protecţiei se măsoar ă permanent turaţia şi puterea activă a grupului şi se determină regimul în care se află acesta, iar sistemul de protec ţie stabileşte debitul de comparaţie Q1, Q2, Q3, sau Q4. Se compar ă debitul real Q măsurat în nodul de presiune cu valoarea Qi stabilită anterior şi sistemul de protecţie decide integritatea sau nu a conductei for ţate.
84
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
Sistemul de protecţie la spargerea conductei for ţate este format din dou ă subsisteme: sistemul de protec ţ ie maximal ă şi sistemul de protec ţ ie diferen ţ ial ă. b.1. Sistemul de protecţie maximală.
În funcţie de tipul de turbină folosit, din relaţiile de calcul prezentate în subcapitolul 8.3.5 se poate determina debitul turbionat în func ţie de puterea electrică debitată de grupul hidroenergetic şi turaţia turbinei. Protecţia maximală se bazeaz ă pe acest principiu, conform schemei hidraulice din figura 8.61. Cu un traductor de presiune diferen ţială TE3DM se măsoar ă debitul total prin galeria for ţată înainte de vana principal ă a conductei for ţate. Se măsoar ă, de asemenea turaţia fiecărei turbine cu un traductor de turaţie (uzual un tahogenerator) şi puterea activă debitată în reţea de generator. Aceste semnale se introduc într-un bloc de calcul ce permite determinarea debitului turbionat prin turbină. Blocul sumator Σ1 realizează suma debitelor Q1 şi Qn turbionate prin turbinele cuplate la aceeaşi conductă for ţată. Semnalul sumă se compar ă în blocul de scădere cu debitul total dat de traductorul de debit TF din conducta for ţată. În cazul în care la Σ2 ieşirea blocului diferenţial abaterea este mai mare decât o valoare impus ă, blocul comparator activează circuitele de semnalizare a operatorilor şi se comand ă închiderea vanei principale de admisie a apei în conducta for ţată şi respectiv oprirea grupurilor. Qmăsurat priză
TF
Qmăsurat turbine VI TF1
Grup 1 Grup 1
Pa n Pa n
G2
Σ3
∆Q
G1
Bloc de Q1 calcul Σ1
Bloc de calcul Q2
Qcalculat
Σ2
∆Q
BC Prot Dif
BC
Semnalizare preventivă
Comandă vană închidere VI
Prot Max
Fig. 8.62. Protecţie maximală şi diferenţială la spargerea conductei for ţate b.2. Protecţia diferenţială
Această protecţie se aplică atât la conducta for ţată cât şi la galeriile de aducţiune. În acest caz se monteaz ă un traductor de debite în amonte TF şi unul în aval de zona controlat ă TF1. Un element de sc ădere Σ3 realizează diferenţa semnalelor celor dou ă traductoare, diferenţa este nulă în cazul normal de func ţionare (conductă f ăr ă pierderi). În cazul în care diferenţa este mai mare decât o valoare impus ă se activează blocul comparator care semnalizează preventiv personalul iar dacă această diferenţă persistă se comandă închiderea vanelor VI din amonte de circuitul de conduct ă controlat şi apoi se declan şează procedurile de oprire a grupurilor. Schema se poate combina cu schema de protec ţie maximală aşa cum se observă în figura 8.62.
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
85
8.6.5. Sisteme SCADA – Control, Supervizare şi Achiziţie de date pentru hidrocentralele amenajate pe cursul unei ape
Aşa cum s-a ar ătat în subcapitolul 8.1 o amenajare hidroenergetică cuprinde un lac de acumulare principal, cu capacitate mare de stocare a apei, ce colecteaz ă apele curgătoare şi pluviale de pe versanţii munţilor ce alimentează centrala hidroelectrică principală construită în zona ce permite exploatarea configura ţiei terenului pentru a asigura maxim de c ădere hidraulică şi minim de pierderi energetice pe conductele de transport a apei. În aval de aceast ă centrală se construieşte o cascadă de hidrocentrale de putere mai mic ă ce utilizează debitul de apă al centralei din aval la care se mai adaug ă apa capt ărilor secundare dintre cele dou ă centrale. Aceste centrale, denumite centrale pe firul apei, au un lac de acumulare cu capacitate mică de stocare, o c ădere brută uzual mică şi în care puterea debitată este funcţie de debitul primit de la centrala din aval. Este clar, în acest caz, c ă apare necesitatea implementării unui sistem de tip SCADA, pentru corelarea func ţionării ansamblului de hidrocentrale construite în cascad ă pe firul unei ape, în scopul utiliz ării la maxim a energiei hidraulice disponibile în orice moment de timp. Un asemenea sistem trebuie organizat într-o structur ă distribuită ierarhizată pe trei niveluri funcţionale şi anume: [I.C.Felix] -Nivelul 1 – cuprinde sistemele SCADA de la fiecare central ă hidraulică în parte ce monitorizează sistemele de reglare, comand ă de la distan ţă şi protecţie la fiecare grup în parte. -Nivelul 2 – cuprinde sistemul SCADA din camera de comand ă a dispecerului energetic al cascadei de hidrocentrale. - Nivelul 3 – cuprinde sistemul SCADA al dispecerului energetic al zonei energetice (off-Site) Uzual, Nivelul 2 şi Nivelul 3 formează o structur ă integrată de echipamente de calcul grupate în aceeaşi clădire. Se vor prezenta în continuare Arhitectura şi funcţiunile unui sistem SCADA pentru un ansamblu de hidrocentrale construite pe firul unei ape. Schemele şi ecranele din aceast ă aplicaţie au avut ca surs ă „Sistemul de control, supervizare şi achiziţie de date ( SCADA) al cascadei de hidrocentrale de pe Oltul mijlociu” realizat de ICE Felix- Fabrica de calculatoare S.A-Bucureşti (material documentar utilizat cu acordul societăţii ICE-Felix). a) Sisteme SCADA la nivelul Centralei Hidroelectrice
Arhitectura sistemului informatic de proces la nivelul centralei hidroelectrice este prezentat în figura 8.63 şi cuprinde consola operator, serverul SCADA si serverul de date istorice care rulează pe acelaşi calculator. Schema de principiu a sistemului informatic de proces la nivelul centralei hidroelectrice este prezentat în figura 8.63. (prelucrat ă după sistemul SCADA al unei centrale hidroelectrice pe Oltul mijlociu - produs de ICE-Felix S.A. Bucureşti) cuprinde consola operator, serverul SCADA şi serverul de date istorice care ruleaz ă pe acelaşi calculator. Sistemul informatic de proces se cupleaz ă la calculatorul de automatizare existent, realizat cu echipamente de calcul numerice prin intermediul re ţelei Ethernet şi asigur ă un sistem SCADA la nivelul centralei hidroelectrice. Acestea din urm ă pun la dispoziţie datele prin intermediul unui server OPC la care serverul SCADA se cupleaz ă ca şi client. De asemenea, sistemul asigur ă integrarea centralelor de protecţie termică, a contoarelor electrice inteligente conform cu standardul IEC 1107 şi a altor traductoare şi/sau module electronice inteligente (IED) instalate la nivel CHE şi care sunt integrate în structura de conducere prin intermediul unor leg ături seriale în standard RS 422/485.
86
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II Modem Radio
Modem Telefonic
Puls Mesage NMEA
Sincronizare
Sincronizare
Satelit Ceas mGPS
Contoare
Server Ceas cSP-NTP
Protocol MODBUS RS-485
Monitorizare
Ceas afişare
Protocol MODBUS RS-485 Calculator DAS Automatizare
Tensiuni bare de Alimentare
Centrală Protecţie termică, traductoare şi module inteligente
Switch Ethernet
GRUP 1
Staţie Operator
Imprimantă
Server SCADA Date istorice
GRUP 2
Servicii Auxiliare
Comunicaţii prin Server OPC
Fig. 8.63. Arhitectura sistemului SCADA la nivelul unei centrale hidroelectrice Sistemul SCADA la nivelul centralei hidroelectrice conţine următoarele module: * Consola operator . Consola operator/serverul SCADA/serverul de date istorice sunt realizate cu un calculator uzual în standard IBM cu două monitoare VGA cu cristale lichide, fapt ce asigur ă imunitate la nivelul afişării contra câmpului electromagnetic din centrala hidroelectrică. Sistemul se cupleaz ă cu calculatorul ce asigur ă funcţiunile de reglare automat ă a parametrilor grupurilor hidroagregatelor, prin intermediul unei reţele locale Ethernet. Protocolul folosit este TCP/IP. Sistemul de operare folosit este Windows 2000, Windows XP sau chiar Windows NT. Pentru dezvoltarea aplica ţiei se folosesc pachete software tip SCADA (exemplu standard iFIX) iar driverele folosite vor fi de tip OPC. Consola operator comunică cu sistemul SCADA implementat la dispecer şi căruia îi furnizează date. Sistemul SCADA folosit permite utilizatorului să-şi dezvolte propriile ecrane de aplica ţie, săşi definească variabile în baza de date, s ă elaboreze rapoarte, s ă definească şi să modifice drepturile de acces la informaţie, să memoreze istoria unor anumite valori. În principiu consola operator este un nod SCADA şi poate îndeplini funcţii specifice. * Calculatorul de automatizare. Asigur ă funcţiunile de reglare automat ă a grupurilor hidroenergetice şi are următoarele caracteristici generale: - Calculatorul de automatizare are o arhitectur ă deschisă şi permite atât procesarea distribuită cât şi centralizarea datelor; - Are capacitatea de a procesa volumul de date necesar aplica ţiei de comandă şi control grupurilor hidroenergetice; - Prezintă o arhitectur ă modular ă, care permite extinderea în viitor; - Operare robustă ce asigur ă faptul că defectarea unui modul periferic nu blocheaz ă funcţionarea sistemului şi toate modulele periferice sunt conectabile la dou ă magistrale comune de proces; - Permite înlocuirea modulelor prin scoaterea acestora în timpul funcţionării; - Asigurarea conect ării punctelor de I/O din proces în dulapul de echipamente;
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
87
- Prezintă capacitatea de autotestare a sistemului în timpul func ţionării; - Software-ul de aplicaţie este rezident atât pe suport magnetic cât şi pe disc FLASH; - Sistemul de operare de timp real din familia UNIX (QNX) include protocolul TCP/IP şi permite procesarea distribuită a aplicaţiei la nivelul unui grup de calculatoare legate într-o reţea locală Ethernet; - Asigur ă comunicarea cu modulele distribuite de I/O cu diverse protocoale: IEC 1107 pentru contoare inteligente, MODBUS (serial şi TCP/IP) ; - Indicatori luminoşi (LED) la nivelul fiecărui modul, ce indică activitatea modulului, starea intr ărilor/ieşirilor şi starea de alarmă (în funcţie de tipul modulului). Sistemul trebuie să fie supus testelor de compatibilitate electromagnetic ă, perturbaţii radioelectrice, imunitate pentru echipamente montate în sta ţii electrice - medii industriale, teste de perturbaţii la impulsuri de înalt ă frecvenţă, şocuri mecanice şi şocuri de înaltă frecvenţă. * Calculatorul de automatizare. Constă dintr-o unitate centrală şi un număr de module periferice inteligente care au propria capacitate de procesare. Modulele periferice asigur ă procesarea local ă a informaţiei. Sistemul permite atât configuraţii centralizate cât şi culegerea de date în mod distribuit. Calculatorul de automatizare permite administrarea programului de aplicaţie de la distanţă cum ar fi oprirea/pornirea aplicaţiei, descărcarea unei noi versiuni a aplicaţiei, efectuarea de comenzi la nivelul sistemului de operare, etc. Calculatorul de automatizare permite integrarea de dispozitive inteligente de I/O, cum ar fi contoare electronice, protec ţii termice hidroagregat, etc. El accept ă de asemenea sincronizarea standard a ceasului de timp real prin GPS. b).Aplicaţia SCADA la nivelul CHE
Aplicaţia SCADA la nivelul CHE permite operatorului s ă vizualizeze situaţii energetice şi date achiziţionate din proces, să editeze, s ă vizualizeze şi să tipărească rapoarte de tur ă, să vizualizeze şi să confirme mesaje de alarm ă. În continuare vor fi descrise principalele elemente ale acestei aplica ţii: b.1. Bara de control a aplica ţ iei. Este prezentă tot timpul în partea de sus a ecranului şi afişează informaţii generale despre aplica ţie (numele utilizatorului curent, data şi ora, numele ecranului deschis la un moment dat) şi permite controlul aplicaţiei (selectarea ecranului curent, schimbarea utilizatorului curent şi închiderea aplicaţiei).
Fig. 8.64. Bara de control a aplicaţiei la Sistemul SCADA al unei centrale hidroelectrice Din caseta de selec ţie "ECRAN" se selectează ecranul care se dore şte să fie vizualizat. Butonul "Login" permite schimbarea utilizatorului curent. Aceasta se realizeaz ă apăsând butonul, ceea ce duce la deschiderea unei casete de dialog în care se apas ă butonul "Logout" pentru ca utilizatorul curent sa păr ăsească aplicaţia, apoi noul utilizator î şi va introduce numele şi parola, apoi va apăsa butonul "Login". Butonul "Alarme" selecteaz ă fereastra cu alarme. Butonul "Ieşire" închide aplicaţia. Aplicaţia se va închide doar dac ă utilizatorul curent este administratorul aplicaţiei. b.2. Ecranul sinoptic al CHE. Ecranul sinoptic al CHE prezintă operatorului, într-o formă condensat ă, principalele mărimi operaţionale ale hidrocentralei. Acestea sunt: puterile active şi reactive generate de grupuri, starea întreruptoarelor, frecven ţa re ţelei, mărimi legate de nivelul apei în baraj.
88
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
Fig. 8.65. Ecranul sinoptic al CHE b.3. Ecranul de alarme . Conţine un tabel cu ultimele alarme din sistem, ordonate dup ă dată şi or ă, în ordine descresc ătoare. Fiecare linie din tabel reprezint ă o alarmă, şi conţine data şi ora la care a apărut, mesajul alarmei şi tipul ei. Culoarea de fond a fiec ărei alarme indică dacă alarma este confirmată sau nu, sau dac ă este anulat ă sau nu, conform legendei din partea de jos a ecranului. Dacă se dă click pe semnul plus (+) –informaţii suplimentare din dreptul unei alarme vor ap ărea şi alte informaţii legate de acea alarm ă: dacă este anulată, ora la care sa anulat, dacă este confirmată, ora la care s-a confirmat şi numele persoanei care a confirmat alarma În partea de sus a ferestrei apar câteva elemente de control prin care se pot filtra alarmele care apar în tabel. Se pot selecta doar alarmele neconfirmate, neanulate, sau cele de tip (AVARIE, PREVENTIV sau INFO). Se poate face o filtrare a alarmelor dintr-o anumit ă perioadă de timp, sau a celor confirmate de o anumit ă persoană. Pentru confirmarea unei alarme se folosesc cele doua butoane de confirmare. Numele persoanei care face confirmarea şi data şi ora la care se face confirmarea vor ap ărea în tabel în coloanele corespunzătoare.
Fig. 8.66. Ecranul de alarme
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
89
b.4. Ecranul de Tip ărire Rapoarte.Acest ecran afişează şi listează rapoartele întocmite de operatori. Din căsuţa de selecţie "Raport" se selecteaz ă raportul dorit, iar din c ăsuţa de selecţie "Data" se alege ziua pentru care se afi şează raportul. Butonul "Editare" permite trecerea în fereastra de Editare Rapoarte. Tip ărirea raportului se face ap ăsând pe butonul de imprimare din colţul din stânga sus al raportului. Se poate selecta şi nivelul de zoom pe raport din căsuţa de selecţie din partea de sus a raportului.
Fig.8.67. Ecranul de Tipărire Rapoarte Cele 2 rapoarte disponibile sunt: * Raport indexuri energie se face pentru un interval de 24 ore, din or ă în or ă, de la ora 00:00 a zilei anterioare pân ă la ora 00:00 a zilei curente. În raport apar energiile activ ă şi reactivă, primită şi predată pe liniile de 110kV, energia activă şi reactivă produsă de cele 2 hidroagregate şi energiile active consumate pe circuitele interne SI de 20/0,4kV şi 10,5/0,5kV. * Raport operativ se face pentru un interval de 24 ore care cuprinde 2 schimburi complete, adică de la ora 07:00 a zilei anterioare pân ă la ora 07:00 a zilei curente. Raportul operativ include următoarele 3 rapoarte: - Raportul despre centrală, acumulare şi cele 2 hidroagregate, în care apar valorile mărimilor la fiecare or ă, pe toata durata intervalului de 24 ore; - Raportul despre Parametrii meteo şi hidro ai acumulării, în care apar valorile mărimilor la ora 14:00 a zilei anterioare şi la ora 06:00 a zilei curente; - Raportul despre Date hidroagregate, servicii proprii şi staţii, în care apar valorile mărimilor la sfâr şitul celor 2 schimburi, adică la ora 19:00 a zilei anterioare şi la ora 07:00 a zilei curente. Datele din rapoarte se completează urmând instrucţiunile de Editare Rapoarte.
90
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
b.5. Ecranul de Editare Rapoarte. Permite modificarea valorilor pentru toate rapoartele. Selectarea raportului dorit se face din c ăsuţa de selecţie "Raport", iar data şi ora pentru care se vor edita valorile se selectează din căsuţele "Data" şi respectiv "Ora". Coloanele din tabel au urm ătoarele semnificaţii: numele mărimii, valoarea achiziţionată din sistem a mărimii, valoarea propusă de operator pentru mărime, data şi ora la care a fost propusă valoarea mărimii şi numele celui care a propus valoarea.
Fig.8.68. Ecranul de Editare Rapoarte În locul numelui celui care a propus valoarea pot sa apar ă alte texte, care au următoarele semnifica ţ ii: Normal PROCES - mărimea a fost achizi ţionată din sistem şi nu i-a fost modificată valoarea de către operator, Normal - mărimea nu a fost achizi ţionată şi nici nu i-a fost dat ă o valoare de către operator, CALCULAT - pentru raportul cu Date Hidroagregate, Servicii Proprii şi Date Staţii, mărimea a fost calculată pe baza informaţiilor salvate şi nu a fost modificat ă de operator. Editarea valorii mărimii se face în felul următor: Se selectează raportul, ora şi data pentru care se doreşte editarea valorilor. Dacă există valori în baza de date pentru m ărimile din raport, la ora şi data selectate, acestea vor ap ărea în tabel, iar dacă nu există, în tabel nu va apărea nimic. În acest moment valorile nu pot fi modificate. Dac ă se doreşte modificarea valorilor, sau dacă ele nu exist ă şi se doreşte introducerea lor se apasă butonul "Start Editare" . Aceasta determină recalcularea valorilor pentru m ărimile existente sau introducerea lor cu valoarea 0 în tabel pentru cele care nu existau. În acest moment se pot modifica valorile mărimilor din raport. Modificarea se face prin selectarea celulei din coloana "Valoare propusă" din dreptul mărimii dorite şi introducerea noii valori. Culorile de fond ale celulelor sau liniilor din tabel indic ă starea valorii mărimii respective, conform legendei din partea de jos a ecranului. Tabelul din partea din dreapta jos a ecranului conţine istoricul mărimii selectate în tabelul principal în ultimele 2 să ptămâni. Valorile apar în acest tabel doar atunci când în tabelul principal celula curent ă este din coloana "Valoare propusă". Coloanele din acest tabel reprezint ă datele şi orele la care exist ă valori salvate pentru m ărimea selectată, valoarea achizi ţionată, valoarea propus ă şi valoarea finală a mărimii şi persoana care a propus valoarea. Butonul "Afişare" face comutarea în ecranul de Vizualizare Rapoarte, iar butonul "Listare" permite listarea directă la imprimantă a raportului selectat, f ăr ă a mai trece prin ecranul de vizualizare.
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
91
b.6. Ecranul de Indexuri Energie. Acest ecran afişează indexurile de energie. Pe primul rând apar valorile curente ale indexurilor, iar pe următoarele rânduri apar valorile anterioare salvate în baza de date, din ultimele 6 ore, la ora fix ă. Indexurile sunt salvate la începutul fiecărei ore, după minutul 1 al orei în curs de îndat ă ce valoarea a fost achizi ţionată de la contor. Pentru mărimi instantanee (de ex. Puteri) este salvat ă prima valoare achizi ţionată din ora curentă. Reîmprospătarea pe ecran a valorilor salvate se face automat, la interval de 1 minut.
Fig.8.69. Ecranul de Indexuri Energie b.7. Ecranul de Salvare Date (BackUp). Permite exportul datelor salvate din baza de date în fişiere text. Opţional datele din baza de date se pot şterge, iar fişierele text în care au fost exportate se pot arhiva. Exportul se face astfel: se selecteaz ă tabela dorită din căsuţa de selecţie "Tabela", şi se bifează opţiunile de ştergere sau arhivare, dac ă se doreşte acest lucru. Dacă a fost selectat ă o tabelă cu informaţii salvate de-a lungul timpului, va ap ărea o căsuţă în care trebuie să se specifice vechimea datelor care vor fi exportate. În c ăsuţa "Fişier destinaţie" trebuie dat numele fi şierului în care se vor exporta datele. Aplica ţia propune un nume care conţine numele tabelei şi data la care s-a f ăcut exportul, cu extensia ".text". Calea fişierului nu se poate modifica şi ea este subdirectorul "APP/BKP/" din directorul în care a fost instalat ă aplicaţia. Nu se pot exporta date într-un fişier care exista deja, dacă se încearcă acest lucru aplicaţia generează un mesaj corespunzător. În partea de jos apare un mesaj care indică numărul de înregistr ări din tabela care au fost selectate pentru a fi exportate. Exportul se face prin ap ăsarea butonului Executa, după ce s-au specificat parametrii de selec ţie şi Fig. 8.70.Ecran Salvare date opţiunile dorite.
92
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
c) Sistemul SCADA la nivel de Dispecer Hidroelectric
Arhitectura sistemului SCADA la nivelul dispecerului hidro al unui ansamblu de hidrocentrale realizate pe cursul unei ape este prezentat în figura 8.7 1. Wall Display (4 module)
Consolă Operator 1
Consolă Operator 2
Magistrală Ethernet
Switch Ethernet Puls Mesage NMEA
Sincronizare
Sincronizare
Server Ceas cSP-NTP
Server Date Ist.
Satelit Ceas mGPS
Server SCADA 1
Server SCADA 2
Consolă Inginerie
Ceas afişare Puls Mesage NMEA
Switch Ethernet
Magistrală
Ethernet
Simulator
Sistem ER Radio
Router Asincron 1 Sever comunicaţie Radio
Router Asincron 2
CHE
Consolă Inginerie
Modem 8 - - - - - Modem 1 La CHE
Fig. 8.71. Arhitectura sistemului SCADA la nivelul unei centrale hidroelectrice c.1. Structura sistemului SCADA
Sistemul SCADA prezentat în figura 8.7 1 acoper ă sarcinile de monitorizare de la Nivelul 2- Dispecerul hidroenergetic al ansamblului de hidrocentrale şi Nivelul 3-Dispecerul energetic al zonei energetice (distribu ţie şi transport energie electrică) acoperită de ansamblul de hidrocentrale. Dispecerul hidroenergetic este constituit dintr-o serie de servere şi console care sunt cuplate între ele prin intermediul unei re ţele locale ( LAN ) de tip Ethernet. Elementele constitutive ale nivelului dispecer sunt: - Serverele de comunicaţie primare (comandate prin linie telefonică) şi secundare (conectate prin radio) care au rolul de a citi datele achizi ţionate în centralele hidroelectrice cu un număr maxim de 8 canale pe server pentru comunica ţia pe fir. Menţinerea numărului de canale de comunicaţie la 8 este f ăcută din motive de scalabilitate şi disponibilitate a sistemului de comunicaţie. Sistemul de operare folosit este de tip UNIX ( QNX ) iar protocolul de comunicaţie cu serverul SCADA este TCP/IP. Protocolul de comunica ţie cu CHE este compatibil cu protocolul IEC 870-5-101; - Serverul SCADA primar este serverul care men ţine baza de date în timp real a nivelului dispecer. El este dublat de un server SCADA secundar care lucreaz ă în regim de
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
93
rezervă caldă pentru creşterea fiabilităţii sistemului. Sistemul de operare folosit este Windows 2000 iar pentru dezvoltarea aplica ţiei se foloseşte pachetul SCADA iFIX. Datele din centrale sunt citite de la serverele de comunica ţie prin intermediul unor drivere de tip OPC ( OLE for Process Control ). Sistemul SCADA folosit permite utilizatorului s ă-şi dezvolte propriile ecrane de aplicaţie, să-şi definească variabile în baza de date de timp real, s ă elaboreze rapoarte, să definească şi să modifice drepturile de acces la informa ţie, să memoreze istoria unor anumite valori; - Serverul de baze de date are rolul de a memora datele istorice şi foloseşte ca sistem de operare Windows 2000, iar ca sistem de gestiune a bazelor de date sistemul SQL Server 2000; - Consolele operator sunt de dou ă feluri: console care permit efectuarea de comenzi şi console care permit numai vizualizarea datelor din proces. Aceste console folosesc sistemul de operare Windows 2000 şi sunt furnizate de pachetul SCADA iFIX; - Consola de inginerie de la care utilizatorul î şi va putea dezvolta aplica ţia în funcţie de cerinţele suplimentare pe parcurs sau în cazul extensiei sistemului; - Simulatorul de CHE care este alc ătuit dintr-o consolă operator şi dintr-un calculator de automatizare ale cărui intr ări sunt legate la un panou cu comutatoare şi potenţiometre iar ieşirile la indicatoare luminoase. Are acelea şi caracteristici ca şi nivelul CHE şi are ca scop simularea diverselor situaţii din CHE in scopul pregătirii şi instruirii operatorilor de la dispecer sau de la centrale; - Afişoare de tip wall-display care sunt cuplate la un server de afi şare şi care au rolul de a permite vizualizarea de scheme sinoptice care s ă poată fi văzute de dispeceri. Serverul este cuplat la nivelul re ţelei locale, rulează o aplicaţie de consolă SCADA folosind sistemul de operare Windows 2000 permiţând operatorilor de la dispecer sa stabileasc ă imaginile ce sunt afişate. c.2. Caracteristicile şi funcţiunile sistemului SCADA-dispecer * Sistemul de securitate:
Sistemul de securitate permite efectuarea urm ătoarelor operaţii: - Permite pornirea şi oprirea sistemului de securitate; - Permite crearea, modificarea şi ştergerea conturilor utilizator; - Restricţioneaz ă accesul utilizatorilor la anumite programe sau ecrane operator; - Furnizează protecţie la scris pentru baza de date de timp real; - Permite gruparea utilizatorilor în conturi de grup; - Permite alocarea de drepturi la nivel de func ţie de aplicaţie (de ex: păr ăsirea unui ecran, desenarea unui obiect, etc); - Permite definirea unor arii de securitate la nivel funcţional sau fizic care pot restricţiona accesul la resursele sistemului SCADA; - Permite crearea unui mediu sigur in care utilizatorul s ă poată fi împiedicat să facă următoarele operaţii: să starteze alte taskuri, să comute către taskuri neautorizate, să păr ăsească ecranul curent, să deschidă ecrane în care nu este autorizat, s ă restarteze calculatorul; - Permite importul şi exportul de conturi de securitate. * Colectarea datelor pe termen lung (istoricul de date) Sistemul de colectare a datelor pe termen lung are urm ătoarele caracteristici: - Asigur ă un mod automat, cuprinzător şi pe termen lung de achizi ţie, stocare şi afişare a datelor din proces; - Permite analiza tendinţelor procesului monitorizat;
94
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
- Arhivează variabilele din proces conform standardelor în vigoare; - Permite analiza post-avarie; - Permite stabilirea strategiei de colectare a datelor (organizarea variabilelor în colecţii, stabilirea lungimii fişierelor în ore şi timpul cât acestea vor fi men ţinute pe hard_disk-ul nodului ); - Permite crearea de grafice bazate pe datele colectate şi tipărirea şi exportarea sub forma de fişiere ASCII a datelor colectate. * Generarea de rapoarte Generatorul de rapoarte predefinite are rolul de a permite operatorului realizarea de rapoarte din baza de date istorice. Raportul se genereaz ă la intervale de timp stabilite la nivel de zi din s ă ptămână şi or ă şi se repetă la intervale de timp fixe. La generare, raportul poate fi trimis într-un fişier prestabilit sau direct la imprimant ă. Sistemul permite editarea rapoartelor de către operator cu înregistrarea momentului când editarea s-a efectuat împreună cu identitatea operatorului. * Lucrul cu bazele de date externe. Sistemul SCADA permite scriere
şi citirea de date dintr-o bază de date externă implementată sub un sistem de gestiune a bazelor de date SQL Server 2000, folosind comenzi scrise în limbajul SQL. Aceste opera ţii au loc la momente de timp stabilite sau sunt declanşate de un anumit eveniment ce a avut loc în sistemul hidroenergetic. * Sistemul de alarme şi de mesaje. Sistemul
semnalizează depăşirea unei limite stabilite de către o valoare din proces prin declan şarea unei alarme. Sistemul afi şează alarma până când condi ţia care a declan şat-o dispare şi operatorul o confirmă. De asemenea, pot fi generate mesaje despre activitatea sistemului., a operatorului şi a bazei de date, mesaje ce pot fi inspectate ulterior. Alarmele şi mesajele pot fi de mai multe tipuri: alarme generate de baza de date, mesaje generate de apari ţia unui eveniment, mesaje generate de sistem şi mesaje generate de aplicaţie. Fiecărei alarme i se poate atribui o anumită proprietate, programul generează un sumar al tuturor alarmelor primite de un nod SCADA şi poate genera mesaje acustice la apariţia unei noi alarme. Sistemul SCADA asigur ă suport la nivelul re ţelei locale în distribuirea alarmelor şi mesajelor tuturor nodurilor din sistem. Este asigurat de asemenea suport pentru tipărirea alarmelor de îndată ce acestea ajung pe un nod SCADA. Alarmele şi mesajele ce provin din proces sunt salvate în baza de date istorice. Sistemul asigur ă un serviciu de istoric al alarmelor care permite afi şarea pe ecran a unei liste de alarme şi mesaje pe un nod de îndată ce nodul primeşte informaţia. * Baza de date în timp real
Baza de date în timp real este format ă din blocuri care îndeplinesc una din urm ătoarele funcţii: - recepţie valori de intrare de la driverul OPC, - prelucrare date conform instrucţiunilor utilizatorului ( conform strategiei de control ), - compar ă valori citite cu limitele de alarmare definite, - transmitere către driverul OPC a valorilor ieşirilor care se modifică, - expediere semnale de alarmare c ătre ecranele operator pentru imprimare, fi şiere sau dispozitive de alarmare aflate pe re ţea, în conformitate cu aplica ţia SCADA. Blocurile bazei de date au denumiri care sunt definite ca etichete şi se pot lega între ele alcătuind structuri funcţionale interconectate. Sistemul asigur ă scanarea periodică a acestor structuri, efectuând opera ţii de citire a datelor de la blocurile de intrare, compararea acestora cu limitele prestabilite, declan şarea de alarme şi prelucrarea datelor conform strategiei de control. Pentru a împiedica pe operator s ă facă schimbări neautorizate sistemul SCADA asigur ă un sistem de securitate care permite administratorului de sistem s ă permită
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
95
accesul numai la acele blocuri din baza de date la care are dreptul. Pentru a avea acces la anumite date, operatorul trebuie s ă se instaleze în sistem cu numele şi parola corespunzătoare. d) Sistemul de comunicaţie. Sistemul de comunica ţie îndeplineşte următoarele
cerinţe: - Asigur ă traficul de date în timp real între centralele hidroelectrice şi dispecerat asigurând detectarea şi corectarea erorilor; - Asigur ă o cale secundar ă de comunicaţie între centralele hidroelectrice şi dispecerat; - Suportă un protocol bazat pe transmiterea evenimentelor pentru a minimiza banda de comunicaţie necesar ă; - Posedă capacităţi de autotestare; - Folosesc compresia de date la transmisia cantităţilor mari de date (de ex: la transmisia întregii baze de date aflate la nivelul calculatorului de automatizare în centrala hidro-electrica). e). Aplicaţia SCADA de la dispecerul hidro
Aplicaţia SCADA de la dispecerul hidro permite operatorului s ă vizualizeze situaţii energetice şi hidrografice la nivelul cascadei hidro s ă vizualizeze date la nivelul fiecărui CHE în parte, să editeze, să vizualizeze şi să tiparească rapoarte de tur ă, să vizualizeze şi să confirme mesaje de alarmă. În continuare vor fi descrise principalele elemente ale acestei aplica ţii: e.1. Bara de control a aplicaţiei. Este prezent ă tot timpul în partea de sus a ecranului
şi afişează informaţii generale despre aplica ţie: - data, ora şi frecvenţa reţelei; - numele utilizatorului curent, zona şi centrala; - numele ecranului deschis la un moment dat şi ultima alarmă apărută în sistem. Bara de control a aplicaţiei permite şi controlul aplicaţiei: selectarea ecranului curent, schimbarea utilizatorului curent şi închiderea aplicaţiei.
Fig. 8.72. Bara de control a aplicaţiei e.2. Ecranul de Puteri Active şi Reactive. Este prezentat în figura 8.73 şi permite
vizualizarea în timp real a puterilor active/reactive din toate centralele şi pe toate grupurile. Este permisă modificarea mărimilor afişate în cazul în care, din diverse motive, acestea nu sunt corecte. Mărimile ale căror valori au fost editate se vor afişa cu altă culoare. Sunt afişate de asemenea şi totaluri de puteri pe diferite zone sau grupuri de centrale. În caz c ă o mărime a fost modificată, la calculul totalului se va considera valoarea introdus ă, nu cea achizi ţionată. e.3. Ecranul de Editare Rapoarte. Este prezentat în figura 8.74 şi permite
vizualizarea şi modificarea valorilor tuturor mărimilor care apar în rapoarte. Coloanele din tabel au următoarele semnificaţii: numele mărimii, valoarea achiziţionată din sistem a mărimii, valoarea propusă de operator pentru mărime, data şi ora la care a fost propus ă valoarea mărimii şi numele celui care a propus valoarea, valoare propus ă de dispecer şi data şi ora la care a fost propus ă. Este permisă modificarea numai a valorii propuse pentru o m ărime, nu şi a valorii achiziţionate. În momentul modificării se salveaz ă în baza de date numele celui care a f ăcut modificarea şi data şi ora la care s-a f ăcut. Modificarea valorii propuse duce şi la modificarea valorii finale a mărimii, deoarece valoarea propus ă este prioritar ă faţă de valoarea
96
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
achiziţionată. Există în partea de jos a ecranului un tabel care afi şează istoricul mărimii selectate în tabelul principal în ultimele 2 s ă ptămâni. Raportul selectat pentru editare poate fi listat direct la imprimanta din acest ecran, sau poate fi vizualizat in ecranul de "Tip ărire Rapoarte".
Fig.8.73. Ecran de puteri
Fig.8.74. Ecranul de editare
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
97
e.4.Ecranul de Tipărire Rapoarte. Permite selectarea unui raport pentru vizualizare
şi listare la imprimantă Ecranul foloseşte un raport de tip "Crystal Reports" ceea ce permite şi exportul informaţiilor din raport în diferite formate (XLS, PDF, HTML, etc.)
Fig.8.75. Ecranul de Tipărire Rapoarte e.5. Ecranul de alarme. Conţine un tabel cu ultimele alarme din sistem, ordonate
după dată şi or ă, în ordine descresc ătoare. Fiecare linie din tabel reprezint ă o alarmă, şi conţine numele centralei din care a venit, data şi ora la care a apărut, mesajul alarmei şi tipul ei. Culoarea de fond a fiec ărei alarme indică dacă alarma este confirmată sau nu, sau dac ă este anulată sau nu, conform legendei din partea de jos a ecranului. Dac ă se dă click pe semnul plus (+ informaţii suplimentare) din dreptul unei alarme vor ap ărea şi alte informaţii legate de acea alarmă: dacă este anulată, ora la care s-a anulat, dac ă este confirmată, ora la care s-a confirmat şi numele persoanei care a confirmat-o. Se poate face şi o filtrare a alarmelor afişate după mai multe criterii: centrala din care provin, tipul alarmelor, starea alarmelor (anulate, confirmate), sau numele persoanei ce a confirmat sau alarmele apărute pe o anumita perioada de timp. Ecranul permite şi listarea alarmelor la imprimantă sub forma unui raport.
Fig. 8.76. Ecranul de alarme
98
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
e.6. Ecranul de Energii Produse. Permite vizualizarea energiilor produse şi livrate de
fiecare centrală din sistem, în fiecare or ă de-a lungul unei zile.
Fig. 8.77. Ecranul de Energii Produse Ziua selectată poate fi cea curent ă sau o alt ă zi din urmă. Este permisă modificarea valorilor mărimilor care nu sunt corecte, aceste valori modificate fiind afi şate cu alt ă culoare. Sunt afişate şi totalurile energiilor pe fiecare central ă pentru ziua selectat ă, totalul energiilor din toate centralele la fiecare or ă şi totalul puterilor medii orare la fiecare or ă. Informaţiile afişate pot fi listate şi la imprimantă sub forma unui raport. e.7. Ecranul de Volume - Curbe capacitate : Permite vizualizarea şi modificarea
cotelor şi a volumelor corespunz ătoare pentru fiecare central ă. Se pot defini şi modifica atât cotele de referinţă (maxim exploatare, maxim restrictiv, nivel normal de referin ţă şi minim exploatare), cât şi alte cote intermediare şi volumele corespunz ătoare lor care vor fi utile în calcularea volumului corespunz ător cotei curente la un moment dat. Pentru fiecare central ă se pot lista la imprimantă toate cotele definite şi volumele corespunzătoare lor. e.8. Ecranul de Volume – Situaţii. Permite vizualizarea informaţiilor despre cotele şi
volumele din lacuri, precum şi modificarea valorilor dacă acestea nu sunt corecte. Valorile modificate vor fi afişate cu altă culoare. Vizualizarea se poate face în mai multe moduri: - pentru o anumită or ă dintr-o anumită zi se afişează pentru toate centralele cota cerută şi volumul util şi brut corespunzătoare, cota NNR împreună cu volumul util şi brut şi rezerva de acumulare. Se poate modifica valoarea cotei ceea ce determin ă recalcularea valorilor pentru volumul brut şi util şi pentru rezerva de acumulare. - pentru o anumită centrală se afişează pentru toate orele dintr-o anumită zi cota cerută şi volumul util şi brut corespunzătoare, cota NNR împreuna cu volumul util şi brut şi rezerva de acumulare. Se poate modifica valoarea cotei ceea ce determin ă recalcularea valorilor pentru volumul brut şi util şi pentru rezerva de acumulare. - pentru o anumită or ă dintr-o anumită zi se afişează totalurile pe grupe de centrale pentru volumele util şi brut (atât valoare momentan ă cât şi valoarea corespunz ătoare NNR) şi pentru rezerva de acumulare. - mărimile în timp real pentru cota cerută şi volumul util şi brut corespunzătoare, cota NNR împreună cu volumul util şi brut şi rezerva de acumulare.
Cap. 8. Centrale hidroelectrice
99
Informaţiile afişate pot fi listate la imprimantă sub forma unui raport.
Fig. 8.78. Ecranul de Volume – Situaţii e.9. Schema hidrografică. Prezintă o simulare grafică a nivelului lacului de
acumulare folosind datele în timp real pentru fiecare central ă. Sunt afişate şi alte mărimi din fiecare centrală: Debitele afluent, uzinat, deversat şi evacuat, variaţia debitului, cotele curentă, maximă şi minimă, puterile pe fiecare grup generator şi înfundarea gr ătarelor pe fiecare grup. Este permisă modificarea mărimilor afişate în cazul în care acestea nu sunt corecte. Mărimile ale căror valori au fost editate se vor afi şa cu alta culoare.
Fig.8.79. Schema hidrografica
100
CONDUCEREA AUTOMATĂ A PROCESELOR INDUSTRIALE - vol. II
e.10. Schema electrică. Prezintă schema electrică a zonei, care cuprinde toate
centralele şi conexiunile între ele şi staţiile de transformare.
Fig.8.80. Schema electric ă Pentru fiecare centrală sunt afişate întrerupătoarele de pe fiecare grup, întrerupătorul şi separatorul de pe 110kV şi indicatoare de prezenţa-lipsa tensiune pe 110kV şi pe 20kV. Poziţiile întrerupătoarelor şi ale separatoarelor pot fi modificate în caz c ă nu sunt corecte. De asemenea mai apar pe schem ă puterile active şi reactive pentru fiecare grup, care pot fi şi ele editate în caz că nu sunt corecte. Notă Sistemul realizat de ICE-Felix si-a dovedit func ţionalitatea în urma suplimentării şi utilizării lui la ansamblul de hidrocentrale de pe râul Olt. Acesta permite exploatarea sigur ă şi eficientă a acestora, realizând exploatarea sigur ă şi eficientă a acestora, realizând exploatarea economică a potenţialului hidroenergetic disponibil. Mulţumesc pe aceast ă cale conducerii societ ăţii pentru acordul de a integra în aceast ă lucrare realizarea colectivului, pentru a pune la dispozi ţia studenţilor şi specialiştilor în domeniu o documentare complet ă privind automatizarea centralelor hidroelectrice.