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吳永存 （1965-）

男，畢業(yè)于浙江大學(xué)生產(chǎn)過程自動化專業(yè)，并于2001年獲華北大學(xué)熱能動力碩土學(xué)位，高級工程師，現(xiàn)工作于浙江國華浙能發(fā)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(shù)方案、仿真范圍、實現(xiàn)功能、技術(shù)特點等進行介紹。在仿真機的應(yīng)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(xùn)的作用。

關(guān)鍵詞：超超臨界百萬機組；仿真機；應(yīng)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(jié)能、環(huán)保的超超臨界百萬機組近幾年迅速發(fā)展起來。但大容量、高參數(shù)的超超臨界百萬機組，被控參數(shù)耦合性強、關(guān)連性復(fù)雜，而且各種參數(shù)變化迅速，運行人員很難把握任一操作對眾多參數(shù)的影響程度和方向，如操作不當，被控參數(shù)將可能發(fā)散而失控。因此，在機組投產(chǎn)前，進行嚴格的仿真機培訓(xùn)，對于提高運行人員的操作技能及應(yīng)變能力，降低人因事件的發(fā)生概率，提高機組運行的安全性和可靠性，將發(fā)揮很大的作用。

2 超超臨界百萬機組仿真機的技術(shù)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(tǒng)，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(fā)電機為上海汽輪發(fā)電機有限公司的發(fā)電機（THDF 125/67），熱工主機控制系統(tǒng)采用西門子公司的SPPA－T3000分散控制系統(tǒng)，DEH采用與主機DCS相同的硬件并組成一體化系統(tǒng)，脫硫的控制系統(tǒng)同樣采用西門子公司的SPPA－T3000分散控制系統(tǒng)，輔助車間控制系統(tǒng)采用AB公司的Controllogix PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.1 硬件配置

    仿真控制室的硬件配置如圖1所示。系統(tǒng)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(xué)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(jiān)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(diào)試、擴充、修改；1臺服務(wù)器用于仿真機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫管理與模型數(shù)據(jù)運行。

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

                                      配置示意圖

2.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

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

2.3 支撐軟件

    仿真機的支撐系統(tǒng)采用由北京同方電子科技有限公司自主開發(fā)的DCOSE（分布式仿真支撐環(huán)境）軟件，該軟件提供了包括仿真機設(shè)計、研發(fā)、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(huán)境下。DCOSE包括實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)、實時計算引擎、計算機輔助建模系統(tǒng)、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(wù)器作為DCOSE數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和實時模型運行服務(wù)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(wù)器可以使用任何一臺在本地局域網(wǎng)內(nèi)的操作員站或服務(wù)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(yīng)的過程模型和控制模型即可建立其仿真系統(tǒng)，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(tǒng)及控制系統(tǒng)實現(xiàn)全范圍、全過程仿真。以參考機組集控室內(nèi)所有的監(jiān)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(tǒng)，包括：過熱蒸汽流程、再熱蒸汽流程、啟動分離系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)等。

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

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

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

    (5) 脫硝系統(tǒng)，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(yīng)器系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、聲波吹灰系統(tǒng)，以及布置在爐后冷卻塔側(cè)的脫硝劑存儲、制備、供應(yīng)系統(tǒng)。

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(tǒng)、抽汽系統(tǒng)、輔助蒸汽系統(tǒng)、軸封汽系統(tǒng)等。

    (2) 凝結(jié)水、除氧加熱系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、汽機疏水系統(tǒng)等。

    (3) 循環(huán)水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)、凝汽器和抽空氣系統(tǒng)、發(fā)電機氫冷和定子水冷系統(tǒng)等。

    (4)汽機EH油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、頂軸油系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)等。

    (5) 汽輪機調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)（DEH、ETS）。

3.3 電氣的主要仿真范圍

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

3.4 脫硫系統(tǒng)主要仿真范圍

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

3.5 儀控部分主要仿真范圍

    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、FSSS系統(tǒng)、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、汽機控制系統(tǒng)（TCS）、旁路控制系統(tǒng)（BPS）、小機調(diào)節(jié)和保護系統(tǒng)（MEH、METS）、ECS系統(tǒng)等。

4 超超臨界百萬機組仿真機實現(xiàn)的功能

    仿真機可實現(xiàn)機組從冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)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(tǒng)。

4.1 運行人員培訓(xùn)

4.1.1正常工況仿真培訓(xùn)

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

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

    (2) 汽機啟動和發(fā)電機同期并網(wǎng)。

    (3) 鍋爐、汽機、發(fā)電機跳閘后恢復(fù)到額定負荷。

    (4) 機組從100%負荷正常停機到滑參數(shù)停機狀態(tài)。

    (5) 其它指定工況的啟、停或升、降負荷操作。

    (6) 運行人員對設(shè)備或系統(tǒng)進行可靠性試驗及聯(lián)鎖保護試驗。

    (7) 500kV系統(tǒng)和廠用電系統(tǒng)的操作。

4.1.2故障工況仿真培訓(xùn)

    本仿真機總共設(shè)置500多種上千個故障點，為運行人員提供各種故障、事故現(xiàn)象，培訓(xùn)運行人員正確判斷故障、事故的應(yīng)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(fā)生故障與事故的可能性包括兩種：一種是由于運行培訓(xùn)人員操作不當自然引發(fā)的；另一種是在仿真機上由教練員根據(jù)運行培訓(xùn)工況需要，人為設(shè)置以后發(fā)生。無論是自然引發(fā)，還是人為設(shè)置的隨機故障，其產(chǎn)生的物理現(xiàn)象和機組實際反映一致。多重故障可以同時發(fā)生，對于各種故障或事故，學(xué)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(xué)員的操作處理情況，如果處理合理，故障或事故應(yīng)逐漸消除，如處理不當，模擬出事故擴大后的現(xiàn)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(xùn)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(diào)整分析和設(shè)備系統(tǒng)異動分析，提高安全經(jīng)濟運行能力，制定反事故措施提供驗證環(huán)境。同時，仿真機也是進行事件分析的一個有力工具，電站發(fā)生的事件是無法在真實機組上再現(xiàn)的，而在仿真機上就可以再現(xiàn)某些事件，通過調(diào)用DCS系統(tǒng)中存儲的機組異常、事故前后的參數(shù)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(diào)、重演等功能進行仔細的分析，對找出事件產(chǎn)生的原因和采取相應(yīng)的糾正措施提供強有力的幫助。

4.3 變更方案設(shè)計及驗證

    熱控人員可對機組控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)品質(zhì)整定及試驗、驗證，邏輯保護優(yōu)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(shù)特點

5.1 優(yōu)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(fā)成功的關(guān)鍵。一體化仿真支撐系統(tǒng)DCOSE包括實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)、實時計算引擎、計算機輔助建模系統(tǒng)、操作員終端的建立及運行四大部分，符合MMC規(guī)范的系統(tǒng)管理，模塊動態(tài)調(diào)用，基于流體網(wǎng)絡(luò)算法的圖形化建模技術(shù)，可根據(jù)機組原始數(shù)據(jù)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(xiàn)場實際DPU通訊的能力。

5.2 先進的虛擬DPU技術(shù)

    在仿真平臺的設(shè)計開發(fā)中, 虛擬DPU（簡稱VDPU）仿真技術(shù)以接近激勵DCS的逼真度、接近仿真DCS的應(yīng)用功能和最節(jié)省的投資表現(xiàn)出相對的綜合優(yōu)勢, 成為目前國內(nèi)電站仿真領(lǐng)域的發(fā)展方向, 是過程工業(yè)數(shù)字化的基礎(chǔ)之一。

    VDPU是將實際DCS的組態(tài)數(shù)據(jù)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(xiàn)依賴于3個子系統(tǒng)的實現(xiàn)：即實際DCS的控制算法模塊、實際DCS組態(tài)數(shù)據(jù)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(tǒng)的深入理解，開發(fā)了SPPA－T3000的算法模塊、DPU文件的轉(zhuǎn)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(yīng)控制系統(tǒng)監(jiān)控界面高度一致。

5.3 完善的圖形建模技術(shù)CAM

    CAM代表當今仿真機建模的最新趨勢，本系統(tǒng)軟件以實際存在的物理對象為獨立的模塊，建立其數(shù)學(xué)模型，通過分析各模塊的連接關(guān)系，系統(tǒng)自動識別出隱含在系統(tǒng)流程中的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，運用獨特的流體網(wǎng)絡(luò)算法，自動完成大型流體網(wǎng)絡(luò)的求解任務(wù)。

5.4 提供分組培訓(xùn)功能

    實際培訓(xùn)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(xùn)而不干擾其它機組的培訓(xùn)，為全能值班員或規(guī)模培訓(xùn)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(shù), 對燈光、音響、火焰及仿真機室內(nèi)環(huán)境進行了全面的模擬。

5.6 學(xué)員成績評定功能

    教練員站提供多種對仿真機的監(jiān)控手段及教學(xué)管理手段，根據(jù)需要可采用報警規(guī)則評分、觸發(fā)規(guī)則評分、曲線規(guī)則評分等方法，并自動生成評分報告。

6 實現(xiàn)效果

    該仿真機實現(xiàn)了寧海電廠二期#5機組的爐、機、電、脫硫、公用系統(tǒng)及控制系統(tǒng)實現(xiàn)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(shù)學(xué)模型。實現(xiàn)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(yōu)化和組態(tài)、定值清單的整理、運行畫面完善、系統(tǒng)調(diào)試，使本仿真機提前機組168六個月投入使用，打破了常規(guī)仿真機開發(fā)需168過后半年才能仿真培訓(xùn)的慣例。因此，在仿真機的應(yīng)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(xùn)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(jīng)濟運行起到了重要作用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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