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吳永存 （1965-）

男，畢業于浙江大學生產過程自動化專業，并于2001年獲華北大學熱能動力碩土學位，高級工程師，現工作于浙江國華浙能發電有限公司，從事電廠熱工自動化。

摘要：本文對國華寧海電廠二期超超臨界百萬機組仿真機的技術方案、仿真范圍、實現功能、技術特點等進行介紹。在仿真機的應用時效上，真正起到了超超臨界百萬機組運行人員超前培訓的作用。

關鍵詞：超超臨界百萬機組；仿真機；應用時效

Abstract: This paper introduces the technical scheme, simulation scopes, function, and
 technical characteristics of the 1000MW Ultra Super-critical Pressure Unit Simulator in
 the secondstage project  (2×1000MW) of NingHai Power Plant . It greatly improves the 
quality and performance of the operators.

Key words: 1000MW Ultra Super-critical Pressure Unit; Simulator;  application performance

1 概述 

    隨著電力需求的日益增長和能源的日趨緊張，高效、節能、環保的超超臨界百萬機組近幾年迅速發展起來。但大容量、高參數的超超臨界百萬機組，被控參數耦合性強、關連性復雜，而且各種參數變化迅速，運行人員很難把握任一操作對眾多參數的影響程度和方向，如操作不當，被控參數將可能發散而失控。因此，在機組投產前，進行嚴格的仿真機培訓，對于提高運行人員的操作技能及應變能力，降低人因事件的發生概率，提高機組運行的安全性和可靠性，將發揮很大的作用。

2 超超臨界百萬機組仿真機的技術方案

    超超臨界百萬機組仿真機的模型是浙江國華寧海電廠二期工程#5機組及公用系統，其鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造的1000MW超超臨界燃煤鍋爐（SG3091/27.56-M54X），汽輪機為上海汽輪機有限公司的超超臨界汽輪機N1000-26.25/600/600（TC4F），發電機為上海汽輪發電機有限公司的發電機（THDF 125/67），熱工主機控制系統采用西門子公司的SPPA－T3000分散控制系統，DEH采用與主機DCS相同的硬件并組成一體化系統，脫硫的控制系統同樣采用西門子公司的SPPA－T3000分散控制系統，輔助車間控制系統采用AB公司的Controllogix PLC網絡系統。

2.1 硬件配置

    仿真控制室的硬件配置如圖1所示。系統中配置了10臺操作員站計算機，用于運行DCS操作員站軟件及學員操作； 2臺就地操作站計算機，用于運行仿真機就地操作畫面、虛擬盤臺等；1臺教練員站計算機，用于運行教練員站軟件，可監視和控制所有的仿真模型的運行，另配置1臺掌上電腦，可以進行無線遙控，具有教練員站功能；1臺工程師站計算機，完成仿真機軟件的維護、調試、擴充、修改；1臺服務器用于仿真機網絡、數據庫管理與模型數據運行。

                  圖1   寧海電廠二期2×1000MW超超臨界燃煤機組仿真機設備

                                      配置示意圖

2.2 網絡構成

    仿真機的網絡采用星型以太網（100M）連接，通訊協議為TCP/IP，所有計算機通過一臺24口交換機連接到服務器上。

2.3 支撐軟件

    仿真機的支撐系統采用由北京同方電子科技有限公司自主開發的DCOSE（分布式仿真支撐環境）軟件，該軟件提供了包括仿真機設計、研發、運行和維護的全生命周期管理所需的功能，可運行在Microsoft Window 2000/NT/XP環境下。DCOSE包括實時數據庫服務、實時計算引擎、計算機輔助建模系統、操作員終端的建立及運行四大部分。

    仿真主機采用高性能CPU的PC服務器作為DCOSE數據庫服務器和實時模型運行服務器，同時也兼作域控制器，以便對所有本地的計算機進行安全管理。DCOSE實時模型服務器可以使用任何一臺在本地局域網內的操作員站或服務器，同時DCOSE本身支持一機多模，對新建機組，只需采用DCOSE針對其它機組建立相應的過程模型和控制模型即可建立其仿真系統，對仿真機的擴展留有充分余地。

3 超超臨界百萬機組仿真機的仿真范圍

    本仿真機是對寧海電廠二期#5機組的爐、機、電、脫硫、公用系統及控制系統實現全范圍、全過程仿真。以參考機組集控室內所有的監視、操作、控制為主，同時包括集控室外的啟停和故障處理中必要的就地操作。

3.1 鍋爐的主要仿真范圍

    (1) 汽水系統，包括：過熱蒸汽流程、再熱蒸汽流程、啟動分離系統、旁路系統等。

    (2) 煙風系統，包括：一次風系統流程、二次風系統流程、煙氣系統流程、密封空氣系統、除塵系統等。

    (3) 制粉和燃燒系統，包括：給煤機、磨煤機、油槍及點火裝置、等離子點火系統、燃燒器等。

    (4) 鍋爐的輔助部分，包括：吹灰系統、疏水和排汽、除灰除渣系統、儀用空氣系統等。

    (5) 脫硝系統，采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置，包括布置在鍋爐煙道上的SCR反應器系統、氨噴射系統、聲波吹灰系統，以及布置在爐后冷卻塔側的脫硝劑存儲、制備、供應系統。

3.2 汽機的主要仿真范圍

    除汽輪機外，還包括：

    (1) 主蒸汽、再熱蒸汽、旁路系統、抽汽系統、輔助蒸汽系統、軸封汽系統等。

    (2) 凝結水、除氧加熱系統、給水系統、加熱器疏水系統、汽機疏水系統等。

    (3) 循環水系統、閉式水系統、凝汽器和抽空氣系統、發電機氫冷和定子水冷系統等。

    (4)汽機EH油系統、潤滑油系統、頂軸油系統、密封油系統等。

    (5) 汽輪機調節保安系統（DEH、ETS）。

3.3 電氣的主要仿真范圍

    發電機、發電機勵磁系統、主變壓器、廠用電系統、保安電源一柴油發電機、直流系統及不停電交流系統、同期系統、繼電保護系統、事故照明等。

3.4 脫硫系統主要仿真范圍

    FGD工藝系統主要由石灰石漿液制備系統、煙氣系統、SO2吸收系統、排空及漿液拋棄系統、石膏脫水系統、工業水系統、廢水處理系統、雜用和儀用壓縮空氣系統等組成。

3.5 儀控部分主要仿真范圍

    數據采集系統（DAS）、順序控制系統（SCS）、FSSS系統、模擬量控制系統（MCS）、汽機控制系統（TCS）、旁路控制系統（BPS）、小機調節和保護系統（MEH、METS）、ECS系統等。

4 超超臨界百萬機組仿真機實現的功能

    仿真機可實現機組從冷態、溫態、熱態和極熱態啟動到滿負荷的操作以及停機過程全部操作（包括控制盤、操作員站及就地操作員臺上的操作），無論是正確的還是錯誤的，都能和實際機組的反映相一致。而且可事故模擬和重演，還可對某些新型控制策略在仿真機上先行驗證后再用于實際系統。

4.1 運行人員培訓

4.1.1正常工況仿真培訓

    培訓運行人員，能夠熟練正確地掌握機組設備在各種工況條件下的啟、停和正常運行中的監視操作技術等，主要有以下功能：

    (1) 從冷態時電氣廠用電系統受電開始到溫態、熱態、極熱態直至滿負荷的啟動操作。

    (2) 汽機啟動和發電機同期并網。

    (3) 鍋爐、汽機、發電機跳閘后恢復到額定負荷。

    (4) 機組從100%負荷正常停機到滑參數停機狀態。

    (5) 其它指定工況的啟、停或升、降負荷操作。

    (6) 運行人員對設備或系統進行可靠性試驗及聯鎖保護試驗。

    (7) 500kV系統和廠用電系統的操作。

4.1.2故障工況仿真培訓

    本仿真機總共設置500多種上千個故障點，為運行人員提供各種故障、事故現象，培訓運行人員正確判斷故障、事故的應變能力。

    仿真機能模擬和重演機組運行中的異常和故障工況。仿真機模擬機組運行中發生故障與事故的可能性包括兩種：一種是由于運行培訓人員操作不當自然引發的；另一種是在仿真機上由教練員根據運行培訓工況需要，人為設置以后發生。無論是自然引發，還是人為設置的隨機故障，其產生的物理現象和機組實際反映一致。多重故障可以同時發生，對于各種故障或事故，學員可在盤上或操作員站上進行操作處理，這時仿真裝置能反映學員的操作處理情況，如果處理合理，故障或事故應逐漸消除，如處理不當，模擬出事故擴大后的現象與機組反映一樣。

4.1.3對運行崗位、值長、集控運行崗位等定期輪訓和上崗、晉升前進行實際操作能力和分析判斷能力的考核。

4.2 事件分析

    仿真機可供機組在各種工況運行中進行運行方式分析、操作方式調整分析和設備系統異動分析，提高安全經濟運行能力，制定反事故措施提供驗證環境。同時，仿真機也是進行事件分析的一個有力工具，電站發生的事件是無法在真實機組上再現的，而在仿真機上就可以再現某些事件，通過調用DCS系統中存儲的機組異常、事故前后的參數進行異常原因分析和模擬，并可以使用仿真機的時間控制、回調、重演等功能進行仔細的分析，對找出事件產生的原因和采取相應的糾正措施提供強有力的幫助。

4.3 變更方案設計及驗證

    熱控人員可對機組控制系統的自動調節品質整定及試驗、驗證，邏輯保護優化驗證等。同時可進行超超臨界百萬機組的控制方案和策略的研究與分析。

5 超超臨界百萬機組仿真機的技術特點

5.1 優秀的支撐軟件平臺DCOSE

    支撐軟件功能是否強大、界面是否友好是仿真機開發成功的關鍵。一體化仿真支撐系統DCOSE包括實時數據庫服務、實時計算引擎、計算機輔助建模系統、操作員終端的建立及運行四大部分，符合MMC規范的系統管理，模塊動態調用，基于流體網絡算法的圖形化建模技術，可根據機組原始數據直接生成仿真語言的虛擬DPU模擬器及基于以上模塊的MMI軟件等。同時DCOSE還提供了虛擬DPU軟件包以及和現場實際DPU通訊的能力。

5.2 先進的虛擬DPU技術

    在仿真平臺的設計開發中, 虛擬DPU（簡稱VDPU）仿真技術以接近激勵DCS的逼真度、接近仿真DCS的應用功能和最節省的投資表現出相對的綜合優勢, 成為目前國內電站仿真領域的發展方向, 是過程工業數字化的基礎之一。

    VDPU是將實際DCS的組態數據直接輸入至仿真機，使其能直接模擬實際DPU的計算過程。VDPU的實現依賴于3個子系統的實現：即實際DCS的控制算法模塊、實際DCS組態數據的識別和編譯、實際DCS操作員端軟件的通訊和翻譯。基于對西門子SPPA－T3000控制系統的深入理解，開發了SPPA－T3000的算法模塊、DPU文件的轉換軟件，以及過程模型與DCS的接口軟件等，使本仿真機模擬效果與機組DCS及相應控制系統監控界面高度一致。

5.3 完善的圖形建模技術CAM

    CAM代表當今仿真機建模的最新趨勢，本系統軟件以實際存在的物理對象為獨立的模塊，建立其數學模型，通過分析各模塊的連接關系，系統自動識別出隱含在系統流程中的網絡拓撲結構，運用獨特的流體網絡算法，自動完成大型流體網絡的求解任務。

5.4 提供分組培訓功能

    實際培訓時，仿真機可作為多個虛擬的1000MW機組運行；另一方面，仿真模型可以按任意組合方式在各操作站上使用，任意幾臺操作員站可以組合為一個單元機組進行培訓而不干擾其它機組的培訓，為全能值班員或規模培訓提供了方便。

5.5 全面的控制室模擬

    仿真機大量采用多媒體技術, 對燈光、音響、火焰及仿真機室內環境進行了全面的模擬。

5.6 學員成績評定功能

    教練員站提供多種對仿真機的監控手段及教學管理手段，根據需要可采用報警規則評分、觸發規則評分、曲線規則評分等方法，并自動生成評分報告。

6 實現效果

    該仿真機實現了寧海電廠二期#5機組的爐、機、電、脫硫、公用系統及控制系統實現全范圍、全過程仿真，建立從0到100％額定負荷的機組全范圍數學模型。實現了集控室所有操作、大部分就地操作及部分外圍操作的仿真。

    在公司的高度重視下，各單位部門通力合作，如機、電、爐資料的收集，超前進行機組的邏輯優化和組態、定值清單的整理、運行畫面完善、系統調試，使本仿真機提前機組168六個月投入使用，打破了常規仿真機開發需168過后半年才能仿真培訓的慣例。因此，在仿真機的應用時效上，真正起到了超超臨界百萬機組運行人員崗前培訓的作用，提高了整體運行水平，對寧海電廠二期百萬機組的安全、可靠、經濟運行起到了重要作用，產生了良好的經濟效益。

參考文獻

[1] 《DCOSE用戶手冊V2.0》、《DCOSE系統操作員站手冊》、《DCOSE系統教練員站手冊》，北京同方電子科技有限公司2008版.