浅谈600MW超临界火电机组仿真机的研发调试和培训应用

摘要：

仿真机现已成为电力系统大型机组不可或缺的培训平台，它在电厂的培训操作、反事故演习以及各类竞赛中起着重要的作用。文中对中电国际辽宁清河发电有限责任公司600MW超临界火电机组仿真机的设计研发、现场调试以及培训应用等内容进行了详细介绍。

关键词：仿真机 600MW超临界 研发 调试 培训应用

中图分类号： TL374 文献标识码： A

前言：

基于电力市场形式的需求，中电国际辽宁清河发电有限责任公司分别进行两台600MW超临界火电机组的建设，随着新建机组向高参数、大容量的发展，迫切要求机组运行人员具有较高的操作水平和应变能力, 同时，随着新进大学生的不断进入，运行人员向年轻化的趋势快速发展，他们的技术水平急待提高。中电国际辽宁清河发电有限责任公司在第一台600MW超临界火电机组投产运行后，由北京同方电子科技有限公司负责清河公司600MW超临界火电机组仿真机的研发工作，并与清河公司的专业技术人员共同完成仿真机的现场调试，在清河公司第二台600MW机组投产前投入到了现场实际培训应用中，在清河公司运行操作、事故处理以及技能竞赛等方面的工作中起到了至关重要的作用。

一、仿真机的研发

1. 清河公司仿真机的工程概况

辽宁清河发电有限公司600MW超临界火电机组仿真机系统是采用目前国内领先的一体化仿真支撑系统（DCOSE）和虚拟DPU技术，完全图型化建模的高逼真度、全范围仿真机系统。仿真机的支撑系统采用DCOSE软件，该软件提供了包括仿真机设计、研发、运行和维护的全生命周期管理所需的功能。仿真主机采用高性能 PC服务器作为DCOSE数据库服务器和实时模型运行服务器，同时也兼作域控制器，以便对所有本地的计算机进行安全管理。DCOSE实时模型服务器可以使用任何一台在本地局域网内的操作员站或服务器，同时支持一机多模，只需采用DCOSE针对其它机组建立相应的过程模型和控制模型即可建立其仿真系统。DCOSE支撑系统组成参见下图：

仿真机的过程模型采用基于物理对象的机理型的高精度数学模型，模型的建立采用完全图形化辅助建模工具CAM来完成，开发工程师仅需要通过拖曳图标、连线即可在线建立、修改仿真模型。

DCS仿真采用翻译型仿真, 能够保持与现场DCS的高度一致，以及逼真的操作员界面、完全一致的控制逻辑组态等，既可以满足运行人员的培训功能，又能够满足热工人员的控制系统组态分析与研究的功能。

2. 仿真机的过程模型组成

仿真机的过程模型包括锅炉、汽轮机、电气、控制四个专业的仿真模型，均采用面向对象的图形化方式建模。

模块化建模模块库提供完整的模块化建模模块库软件包，具体模块分布如下：

锅炉模块62个

汽轮机模块71个

流体网络与公用部分模块85个

电气部分模块33个

控制系统80个

锅炉系统模型包括锅炉范围内的风烟系统、燃烧系统、蒸发系统及各辅机系统等，汽机系统模型包括汽机范围内的蒸汽系统、水、油系统等，电气系统模型包括 主系统及潮流计算、厂用6KV及380V一次系统、直流系统及UPS系统以及保护逻辑系统。

就地操作站针对清河公司600MW机组的就地设备进行了模拟，机炉电就地操作画面100余幅，内容丰富、全面。仿真范围广，仿真程度高，现场真实感强，非常有利于运行人员的培训。

在事故模拟上，清河公司仿真机共模拟电厂典型事故783项。其中锅炉259项，汽机289项，电气110项，控制125项。其中不仅有火电仿真机常规故障，还有部分是针对清河电厂实际运行过程中出现的故障进行了仿真。

二、现场调试

仿真机的现场调试工作是一项长期而细致的工作，在调试中为保证仿真机的逻辑组态、实际系统、操作画面、参数控制等特性最大程度等同于现场实际机组的状态，这就要求仿真机的调试人员对现场机组的实际状态非常熟悉，并且通过长时间的系统测试来对仿真机的各种工况进行分析研究，反复的进行机组启动、停止以及各种事故工况的测试，不断的对测试中发现的问题进行整改，最终达到与现场实际机组状态的一致。

清河600MW超临界机组仿真机项目从2010年4月开始现场收资，2010年5月完成了该项目的初步设计工作，2010年9月完成了仿真机的模型建模工作，并于2010年10月在清河电厂现场进行调试与测试。

调试过程中以力求在系统、逻辑、参数及操作方式等各方面均最大程度等同于机组设计参数要求和现场实际为原则的基础上进行调试。为达到上述要求，在调试过程中，通过对每一个参数、阀门及电源等进行试验操作，并分析其相关参数变化趋势以及就地与DCS内的状态的正确性，对很多现场实际方面的内容，数次到现场对各设备进行对照，保证仿真机中的操作最大程度接近现场实际。在参数方面，通过对现场实际机组在启动停止、各种事故及RB情况下的参数和曲线进行分析，以此对仿真机上的各参数变化情况进行调整，使仿真机中的各系统热量，水量，汽量的平衡以及参数与设计值接近并变化平稳。

在逻辑方面，通过对分系统逻辑按照机组调试阶段的标准进行试验，找出其不符之处。对于就地PLC中实现的逻辑，由于缺少原始的组态，而且其所涉及的系统大多较为复杂，所以利用以往的现场运行经验，并通过同方电子公司专业技术人员配合，做到了这部分系统的逻辑和功能最大程度和现场保持一致。

事故处理方面，在模型开发过程中集中了很多相应机组曾发生过的事故，这些事故中，对于清河公司现场实际的现象，各参数的变化趋势有所不同之处，均按照清河公司机组的实际情况进行更改，并通过统计机组所发生的事故及异常情况，按现场实际做出具有清河公司特点的事故模型。

经过七个月时间的调试，提出现场实际组态中出现的设计问题共17条；共完成电气故障110个，锅炉故障261个，汽机故障287个，控制故障126个，其中按照清河公司的特点增加故障63个，全部故障总计784 个。同时，通过机组启、停、各项试验及事故处理，共提出512项差异及整改意见，对其进行整改。

三、培训应用

仿真机在调试过程中，以现场实际系统和运行规程为基础，在机组的正常启停工况以及事故工况下，仿真模型均能充分地反映现场机组实际运行情况。仿真机的逻辑组态完全模拟现场DCS系统，有利于运行及热控人员进行逻辑查找和学习，同时可辅助进行逻辑试验。就地操作站模拟DCS系统以外的阀门、泵、刀闸等操作以及就地仪表的显示，内容完全按照现场实际状态进行模拟，对运行人员全面地熟悉各系统起到很好的培训作用。因此，仿真机系统能够促进运行人员熟悉系统设备、进行正常运行操作和启停操作，从而满足生产运行人员日常培训的需要。同时，仿真机模拟了大量的电厂运行事故及清河公司600MW机组实际发生的事故，事故发生后的现象与现场实际情况基本相符，公司运行人员可通过大量的仿真事故练习，加强对事故处理操作的熟练程度，保证在实际工作中发生异常情况时能够正确的处理事故。另外，仿真机还可做为比赛平台，组织运行人员大比武，从而更有利于提高运行人员技术水平。

1. 仿真机在逻辑组态方面的应用

在现代大型机组中，热控自动化已经达到一个较高的程度，其逻辑组态的复杂也可想而知，在仿真机调试过程中，逻辑验证也是作为一项重点工作进行，在清河公司仿真机调试过程中，通过分析验证，发现机组的DCS逻辑组态方面出现了一些较为严重的问题，将问题汇总交由公司专业技术人员进行检测研讨，经过论证后，确认在实际运行的600MW机组中共计发现17项逻辑组态方面的设计问题，由热控专业人员对逻辑进行了更改，避免了机组的逻辑问题而引起的运行事故。

在机组实际运行中，仿真机还可作为逻辑检测以及逻辑更改的试验平台。在机组运行生产过程中发现有逻辑设计不合理或出现错误的情况，需要对逻辑进行更改时，由于机组处于运行状态，对其直接进行更改会对安全运行造成一定的风险，在这类情况下可通过在仿真机上进行逻辑更改试验，再调出各种相应工况对更改后的逻辑进行测试，以验证逻辑更改的准确性和更改后运行稳定性，确保安全的情况下，再对实际机组进行更改，以达到保证机组安全稳定运行的目的。

同时，仿真机还可作为运行人员和热控人员学习和了解机组逻辑组态的工具，通过仿真机平台进行逻辑查找以及进行各种设备及系统逻辑试验，以达到熟知机组逻辑组态的目的。

2. 仿真机在培训中的作用

现在国内新建大型机组的人员配置少，平均年龄小，考虑到人员结构配置和人才培养等方面的需要，电厂将许多入厂时间不长的大学生任职到较高的运行岗位上，这些运行人员的特点是理论知识丰富，但缺少实际的运行工作经验，尤其是在电厂综合事故处理经验方面更是欠缺，他们之所以能在短时间内胜任运行岗位，仿真机在培训中起着不可忽视的作用。在以往我们的运行培训工作大多是通过理论讲解和现场实际工作学习，必须经过长期的实际操作经验积累来完成的，这种培训方式培训所用时间长，培训范围较小，运行人员得不到实际操作的锻炼。仿真机的培训开发大大解决了这些问题，通过对培训人员的实际操作训练，充分的达到了理论与实际相结合的目的。

清河公司的两台600MW机组都是新建机组，其运行人员队伍中，绝大部分都是过去200MW以下机组的运行人员或入厂时间较短的年轻大学生，要想使他们能够担当重任是一个艰辛而漫长的过程。由于这些人在日常工作中，上班很长时间也赶不上一次大型操作，更谈不上事故处理，这就使他们在实际工作中没有锻炼的机会，而仿真机可以为不同阶层的人提供锻炼的平台。在现场实际生产过程中，遇有机组启动等重大操作，每个岗位的人员都负责自己专业的工作，学习人员更是没有操作权限，所以他们都缺少系统学习的机会，而仿真机可以提供一个宽松的集控操作平台，在仿真机中就可以实现系统学习整个机组启动操作的全过程，通过全冷工况时电气设备送电操作，熟悉送电操作的程序；在机炉就地系统的恢复操作中，加强对设备就地系统的熟知；通过机炉各辅机启动操作，掌握各辅机设备的启停程序、逻辑控制；锅炉点火及升温升压操作，学习锅炉各项参数的控制方法，并了解锅炉特性；在汽轮机冲转、发电机并网以及加负荷过程中了解各项操作的时机和要点。在仿真机中机组整套启动操作由两个人就完全可以实现，培训人员在仿真机上可以有条不紊的去了解和学习，没有现场操作的紧张和压力，并能够通过反复的重演进行系统了解并掌握直至精通和熟练。

电厂的事故有突发性、快速性等特点，机组运行中，如何能够正确处理事故，防止事故扩大是电厂中运行人员必须具备的技能。与传统反事故演习相比，在仿真机上进地反事故演习，给运行人员提供了与集控室相近的运行环境和操作手段，使运行人员如同身临其境，可以反复处理以前未处理过的各种事故，经过长期的练习使运行人员在各种模拟事故演习中锻炼和积累判断事故、处理事故的能力和经验，同时提高遇事不慌、沉着、果断处理事故的心理素质。通过在仿真机上进行反事故演习和演习后的总结，使运行人员能够学到别人处理事故的好经验、好方法，找出自己在某些方面的不足，以便在以后的工作学习中加以提高。利用仿真机进行反事故演习，还能提高运行人员处理事故的协调能力，使配合更加默契，提高了事故处理的成功率。使运行人员在实际工作中遇到事故时，能及时、准确判断，果断处理，避免事故扩大。清河公司的仿真机系统内全部故障总计784 个，其中电气故障110个，锅炉故障261个，汽机故障287个，控制故障126个。这些故障均是模拟以往许多电厂曾经发生过的事故，同时，事故中还融入进了清河电厂机组的运行特性，运行人员通过有针对性事故培训以及反复演练，使运行人员对各类事故的现象能够熟知牢记，对一些典型的事故，如机组跳闸处理、半段母线失电、辅机跳闸RB动作、锅炉漏泄以及各种保护拒动等事故的处理方法心知肚明，同时通过长期的训练，也总结出最佳处理方案以备现场的不时之需。如果没有仿真机的事故训练，在现场发生大型事故时，运行人员很难保持清醒的头脑，快速抓住事故的关键点，从而失去事故处理的最佳时机，甚至扩大事故，造成严重后果。而正是因为系统的仿真机训练，使清河公司在曾经发生过的几次机组跳闸，厂用电失去，RB动作等事故中，运行人员在处理过程中能够保持清晰的思路，正确果断的处理，不仅保证了机组在事故中的安全，并且创造了最佳恢复时机，将事故的影响缩到了最小，为清河公司的安全运行提供了保障。

此外，清河公司的仿真机还在运行技术比武以及运行人员的岗位选拔提升中起到了重要作用，通过各种竞赛，不仅能够真实的反应出运行人员的实际技能操作水平，也使部分有能力的人员脱颖而出，更为公司运行队伍中选拔出了优秀的人才，保障了机组的安全生产。从清河公司仿真机调试结束至今，已成功举办了五界技能大赛和三次竞争上岗考试，为公司的人才培养工作做出了巨大的贡献。

结束语

清河公司的600MW超临界仿真机组经过了漫长的研发调试工作，在运行人员的培训中起到了不可替代的作用，通过仿真机的培训，使运行人员的技能操作水平提升到了更高的层次，不仅确保了两台新上600MW机组安全稳定运行，更使清河公司的运行人员中电投集团公司甚至全国的技能大赛中均获得佳绩。日后，清河公司仿真机将会更加完善，在以后的培训工作中发挥更大的作用。

参考文献

《仿真机总体详细设计说明书》北京同方电子科技有限公司

《DOCSE用户手册》北京同方电子科技有限公司