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浅谈1000MW机组仿真机开发调试与培训应用

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：陈云飞

[导读]

        （国家能源集团谏壁发电厂）
        1某厂1000MW仿真机简介
        某厂1000MW机组仿真机模型采用JSSC仿真支撑平台，所仿真的范围全面，界面真实，系统运行稳定，对象模型精度高，实时性好。所模拟的故障数量达900多项，并且能实现1000MW发电机组冷态、热态启动过程的仿真、滑参数停机过程的仿真，以及多种事故工况的仿真。
        2仿真机开发调试过程
        2.1前期准备
        前期准备工作需要电厂提供DCS系统画面，DEH系统画面，控制组态算法，各专业系统图纸和设备资料。汽机和锅炉专业还应准备典型设备现场图片，如预热器LCS控制屏、磨煤机石子煤斗控制柜、油站控制柜、二次滤网控制柜等。电气专业需提供就地电气设备图片如6kV、400V开关柜及柜内二次回路小开关、机变-厂高变系统保护柜、励磁控制柜、500kV升压站内PT端子箱及SF6开关控制柜、网控楼母线保护屏、线路保护屏以及测控屏等。
        2.2模型建立
        仿真中心开发团队在收集了所需要的资料后，开始建立模型，系统搭建，植入算法，修改参数，运行测试。最初的模型建立过程中需要至少两名经验丰富的运行人员参与，主要负责配合开发团队进行一些操作画面的修改、运行参数的校正以及模拟正常运行维护测试，使仿真机在1000MW负荷时所有参数和现场相吻合，所有日常操作能顺利进行，每个系统画面和现场DCS画面保持一致。
        2.3系统调试
        2.3.1故障测试
        仿真机故障库里包含了机、电、炉及热工四种专业的故障，该故障库中的故障类型包含了现场典型的设备故障，调试人员可对照故障卡逐条进行故障演练。在每个故障的演练中，应遵循运行操作规程，按照故障处理的流程进行检查、判断、干预、调整及恢复。加故障时可自行选择故障严重程度及渐变时间，故障加入后应检查设备的状态是否变化，相关参数是否按照目标值变化，变化的程度是否合理，参数达到报警值时DCS光字牌是否来报警，综合各种故障现象应能判断故障类型，发现故障后应及时手动处理，在人为干预后故障应减轻或消除，有些故障发生后如自动动作应检查自动动作正确，参数是否逐渐趋于正常。
        根据故障发生时对机组工况的影响程度可将故障分为小型故障、中型故障和大型故障。大型故障主要指引起机组RB动作的重大辅机跳闸故障，包括电气6kV母线故障。这些故障发生时会触发机组RB动作，在自动情况下完成紧急停磨、投油枪、联锁关闭跳闸风机出口挡板和动、静叶，自动开大运行侧风机动、静叶以及其它超前调整参数的动作行为，按照一定降负荷、降汽压速率将机组工况稳定在目标值。机组RB动作后工况的稳定性是评判仿真机自动调节性能的重要标准，一套性能优良的仿真机应能确保没有人为干预的情况下通过机组RB动作自动完成减负荷操作，且不会造成剩余运行设备的跳闸，更不会因参数调节不当而触发机组跳闸。因为仿真机是一套理想化的生产机组，算法逻辑完全复制生产现场，并且生产实际中经常发生的的阀门挡板故障、测点不准以及设备启动不来等因素不会在仿真机上发生。所以在此类大型故障的调试过程中，调试人员应反复校验各种辅机RB动作行为，仔细检查每个系统的工况变化，重点检查仿真机自动对参数的调节性能，在依据现场参数为目标的情况下来不断调试。

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        2.3.2全冷态启动
        机组全冷态启动是调试过程中最后一个重要的节点。从倒送电开始，系统恢复，锅炉点火，汽机冲转，发电机并网，加负荷至1000MW，在该项调试过程中要注意所有系统都在原始状态，系统都未恢复，阀门挡板未送电，调试人员在机组启动过程中很容易遇到操作中断的情况，此时不要轻易认为是仿真机系统错误，要多加思考，检查操作中是否漏项。机组全冷态启动能考察仿真机在各个节点的运行情况，同时也能校验仿真机的算法组态是否和现场保持一致。由于全冷态启动工作量大，耗时长，对调试人员技术要求很高，因此该项工作需要专业素质高，业务能力强的生产人员参与配合。
        2.4后期完善
        在仿真机调试工作告一段落后，可以开放对所有运行人员进行内测，大家在测试过程中遇到的各种问题进行记录，最终汇总后由仿真机团队调试解决。其次，为了进一步了解考察该仿真机的实际应用性能，深挖模型中的不足之处，该厂运用该仿真机开展了各项运行技能竞赛以及反事故演习，过程中对仿真机需要改进的地方进行了讨论。
        由此可见，一套成熟的仿真机模型需要大量时间和人力去开发和完善。经调试后这套1000MW机组仿真机模型完善程度接近90%，部分不足还需要进一步测试改进。其次在机组大、小修后，应及时调整仿真机模型及相应参数，以适应当前生产工况，保证仿真机的实时性。
        3仿真机培训应用
        将仿真机应用于火电厂设备的操作培训，是一种安全经济、灵活方便地有效培训手段。随着仿真技术不断发展，在电厂设备和系统中的应用范围逐渐扩大。因此，有了一套技术成熟、性能优良的仿真机模型，如何利用它开展各种类型的培训，最终为发电生产服务是我们面临的一个重要课题。
        主、副值岗位学习人员可以利用仿真机进行实操培训学习。由于在集控室学习实际操作会有一定风险，培训方式主要以口述和观察为主，所以对学习培训的效果有很大影响。而在仿真机上就没有这样的顾虑，学习人员在仿真机上可以反复进行各系统的操作演练，加强记忆，而且学习效果和生产现场相同，对学习人员的培训效果非常显著。
        虽然副值岗位在DCS上的操作很少，但是这不能说明仿真机对副值岗位培训无关。对于电气副值来说，现场的学习多以观察为主，并且由于电气重大操作机会较少，譬如6kV、500kV母线停役操作只有机组停运才会遇到，而这些操作在仿真机上可以完完全全模拟这些操作，电气学习人员可以按照规程及操作票，自己在仿真机上实时模拟电气操作，这些电气画面都是现场拍照的，所以给操作人员很强的代入感，这对他们的学习很有帮助。其次，对于电气岗位当班考试，也可以在仿真机上进行，更加能考察考试人员的实际操作技能。
        目前仿真机的应用还逐渐的涉及机组逻辑保护和控制系统的设计调试、系统改造、运行数据效益分析、人工智能等电厂综合自动化系统的多个方面，将仿真机应用于机组的技术改造调试和效益分析，也能带来可观的非培训效益。
        参考文献：
        [1] 翟永杰，张鹏，张悦.火电厂仿真机中的DCS仿真方式与关键技术[J].电力技术，2010（Z4）：7-14.
        [2] 邹永卓.火电厂仿真机在培训中的地位和作用[J].电力系统装备，2017.