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作者：北京和利時工業(yè)軟件有限公司 趙鍇，王俊，劉棟

摘要：仿真機在新建電廠發(fā)揮著不可替代的作用，投產(chǎn)前培訓(xùn)員工熟悉操作畫面和操作理念，以及各種設(shè)備的邏輯對應(yīng)關(guān)系，對機組的順利投產(chǎn)和安全運行起著至關(guān)重要的作用。作為福建省首兩臺百萬千瓦級超超臨界火電機組，和利時仿真部依托先進的“機理數(shù)學(xué)伯努利模型+虛擬 DPU”技術(shù)，完成了電廠從冷態(tài)至滿負荷的啟停機及故障測試，獲得 現(xiàn)場測試人員及專家的一致好評。該仿真項目完成電氣DCS首套翻譯， 且與傳統(tǒng)旁路進汽不同，系統(tǒng)升溫升壓時，旁路自動啟動，以“最小開度”進入“壓力爬坡”的升壓模式，再加壓力至9.7MPa的定壓模式， 首次以大旁路進汽完成汽輪機的沖轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：仿真機；和利時；虛擬DPU；DCS

Abstract: The simulator is increasingly playing an irreplaceable role  in the new power plant. Before putting into operation, training  employees to be familiar with the operation picture and operation  concept, as well as the logical correspondence of various equipment,  plays a vital role in the smooth operation and safe operation of the  unit. As the first two million kilowatt ultra supercritical thermal  power units in Fujian Province, the simulation Department of  Hollysys group has completed the startup, shutdown and fault  test of the power plant from cold state to full load by relying on the  advanced "mechanism mathematical Bernoulli model + virtual  DPU" technology, which has been highly praised by field testers and  experts. The simulation project completes the first translation of  electrical DCS, which is different from the traditional bypass steam  inlet. When the system is heated and boosted, the bypass starts  automatically, enters the "pressure climbing" boost mode with  "minimum opening", and then to the constant pressure mode with  pressure up to 9.7mpa, and completes the impulse starting of the  steam turbine with large bypass steam inlet for the first time.

 Key words: Simulator; Hollysys; Virtual DPU; DCS

1　引言

在電力行業(yè)中，DCS仿真扮演著重要的角色， 在減少經(jīng)濟損失、提高工作效率、確保安全運行方面發(fā)揮著重要的作用。隨著電廠機組運行自動化程度的不斷提高，控制技術(shù)日益復(fù)雜，機組運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性在一定程度上取決于運行操控水平的高低，這對運行人員的熟練操作及處理事故的能力有了更高的要求，新員工培訓(xùn)和在職人員的輪訓(xùn)顯得愈加重要。

和利時仿真系統(tǒng)依托以能量、質(zhì)量、動量守恒原 理為核心建立的流網(wǎng)算法，采用“機理數(shù)學(xué)伯努利模型+虛擬DPU”技術(shù)，使之與和利時MACS系列DCS控制軟件有機結(jié)合，具備操作培訓(xùn)、熱控培訓(xùn)、事故演練、控制驗證與優(yōu)化、工藝學(xué)習(xí)與優(yōu)化等功能，真實地模擬現(xiàn)場環(huán)境并正確反映有關(guān)環(huán)境參數(shù)對機組運行帶來的影響，為1000MW機組電廠的順利實施和現(xiàn)場實施人員的模擬操作應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。

2　實施對象與過程

該項目的仿真對象為福建省率先建成的“首兩臺百萬千瓦級超超臨界火電機組”，同步建設(shè)脫硫、脫硝、電除塵等先進環(huán)保設(shè)施，汽機采用一次中間再熱、單軸四缸四排汽、沖動凝汽式、八級回熱抽汽的方式，同時鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓直流爐，采用對沖燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱等先進技術(shù)，可有效降低能耗的2×1050MW發(fā)電機組。

項目實施過程主要包括初步設(shè)計、系統(tǒng)集成、 FAT測試、SAT測試、項目培訓(xùn)與驗收等五個步驟， 實施流程簡介如圖1所示。

 圖1 項目實施流程簡介

數(shù)據(jù)對照關(guān)系如圖2所示。 項目仿真實施過程的整個系統(tǒng)框架與實際現(xiàn)場

圖2 系統(tǒng)集成仿真架構(gòu)

實施人員在項目前期完成就地組態(tài)、模型搭建與對點、系統(tǒng)集成等基本任務(wù)，根據(jù)操作票（以基本方式）完成從冷態(tài)到滿負荷的啟停機，過程中通過查看邏輯、處理模型保證DCS操作員畫面參數(shù)與實施現(xiàn)場參數(shù)保持一致，初步的FAT測試完成。在現(xiàn)場測試人員的積極配合下，仿真實施人員根據(jù)差異單上的客戶要求，逐步確定產(chǎn)生差異的原因，逐條修改差異直至達到客戶需求標準，最終復(fù)檢成功。

正如“實踐是檢驗真理的唯一標準”，有無故障是測試模型正確性的唯一標準。由于啟停機過程多 數(shù)只能反映某一工況負荷狀態(tài)下設(shè)備參數(shù)的正確性與合理性，而實際電廠運行是通過鍋爐主控（水、煤、 風配比）、汽機主控（主汽調(diào)門）兩者在CCS協(xié)調(diào)控 制下，蒸汽推動汽輪機氣缸做功，將蒸汽熱能轉(zhuǎn)變?yōu)?機械能的一個動態(tài)變化過程。風機RB、MFT、汽機主汽門異常關(guān)閉、電氣母線段失電等較大程度的故障 可有效反映整個機組的動態(tài)參數(shù)變化過程，同時參數(shù)變化的調(diào)整更能體現(xiàn)模型調(diào)節(jié)的合理性。

最終，在現(xiàn)場測試人員和實施人員的共同努力 下，通過啟停機、仿真差異修改及故障測試的反復(fù)修改，仿真模型已基本還原現(xiàn)場，再次制作冷態(tài)到滿負荷的標準工況以滿足現(xiàn)場培訓(xùn)人員的基本操作和訓(xùn)練要求，項目竣工驗收。

3　應(yīng)用創(chuàng)新和難題解決

作為第三套實施的超超臨界1000MW機組項目， 實施人員摒棄雜念、全力以赴，解決了以下難題：

（1）首次實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)回放功能。由于啟停機特殊時期，現(xiàn)場測試人員緊張，滿足不了測試需求。首次嘗試開發(fā)部門研發(fā)的新功能，參考回放的現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)對數(shù)學(xué)模型進行處理，可有效提高效率，縮減人員使用率。數(shù)據(jù)回放功能的實現(xiàn)經(jīng)過多方配合，從數(shù)據(jù)回放文件的替換到配置文件的填寫再到工程的下裝，多次嘗試給艱難的前期調(diào)節(jié)過程畫上了完美的句號。

（2）MSP引風機汽輪機調(diào)節(jié)。引風機靜葉多數(shù)采用液壓油壓力來驅(qū)動，該項目采用四抽和輔汽進汽，根據(jù)進出口壓力和流量獲得汽輪機輸出軸功率，輸入給引風機獲得引風機轉(zhuǎn)速，隨之反饋到引風機汽輪機，自動調(diào)整引風機汽輪機調(diào)門使得引風機轉(zhuǎn)速和靜葉調(diào)節(jié)保持在合理范圍。由于之前的項目很少通過進汽量調(diào)節(jié)引風機的轉(zhuǎn)速和靜葉，并且調(diào)節(jié)模型過程涉及雙系統(tǒng)中汽輪機軸功率、低壓調(diào)門特性曲線、引風機轉(zhuǎn)動慣量等多參數(shù)的修正及復(fù)雜邏輯的查看，其仿真程度與難度增加了很多。由于調(diào)整過程較為艱難，為了保證該類型的模型系統(tǒng)調(diào)試質(zhì)量和調(diào)試精度，編寫了MSP引風機汽輪機調(diào)試方案對該類型的模型調(diào)試進行指導(dǎo)，規(guī)范實施人員在項目實施過程中的調(diào)試行為。

（3）首套電氣翻譯項目。現(xiàn)場電氣工程為DCS 首套翻譯的項目，就地面板與NCS面板上在符號屬性、操作方法及實現(xiàn)功能等方面與和利時DCS電氣仿真存在較大差異，使得電氣仿真人員在畫操作面板之前須進行整體全面的布局和考慮，且部分操作面板功能的實現(xiàn)需要進一步地創(chuàng)新和優(yōu)化，這使任務(wù)難度進一步增大。但該項目為以后電氣項目的實施提供了良好的模板，并且積累了電氣數(shù)據(jù)庫。

（4）現(xiàn)場機組大，仿真精度要求高，且通過專家測評。由于現(xiàn)場仿真精度高，須滿足仿真機大賽的要求。測試人員經(jīng)過完整的啟停機測試和故障測試后，又現(xiàn)場請仿真機專家重新測試，從基礎(chǔ)性流體力學(xué)原理和電機學(xué)原理出發(fā)，對仿真程度和精度提出更高的標準。尤其針對故障，故障現(xiàn)象更為明顯和完整；不同故障程度對故障報警和設(shè)備系統(tǒng)跳閘時間做了嚴格的限制。

（5）DEH調(diào)節(jié)與汽輪機沖轉(zhuǎn)。鍋爐點火后， 汽機旁路調(diào)節(jié)門自動投入，旁路自動開啟，轉(zhuǎn)為旁路“啟動模式”，主汽壓力從0.7Mpa的 “最小 開度”模式升至1.0MPa的 “最小壓力”控制模式，隨后以“壓力爬坡”模式，按≤0.1MPa/min 的速率將主汽壓力從1.0MPa升至汽機沖轉(zhuǎn)所需 9.7MPa，最后以定壓模式運行。與傳統(tǒng)的升溫升壓模式相比，大旁路的自動調(diào)節(jié)模式多樣，在旁路調(diào)節(jié)進汽流量、高壓主汽調(diào)門的閥門特性以及再熱器干燒等多種不確定因素的混合干擾下，仿真人員須根據(jù)仿真調(diào)試經(jīng)驗、整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的合理推算以及數(shù)學(xué)模型多功能塊的實現(xiàn)來達到還原現(xiàn)場真實數(shù)據(jù)的目的。

4　效益分析

和利時仿真系統(tǒng)采用國際先進的虛擬DPU技 術(shù)，具有同樣的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和全局數(shù)據(jù)庫，虛擬 DPU中的點和實際DCS中的點是嚴格的一對一映射關(guān)系，具有仿真精度高、開發(fā)周期短、仿真效果好的特點，故可完全復(fù)現(xiàn)實際機組的控制方案，包括控制與順控邏輯、各種聯(lián)鎖保護邏輯等；也能復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場實際機組的熱工組態(tài)、工藝設(shè)備報警、光子牌報警、 PID整定等控制系統(tǒng)的真實功能；同時還可以實現(xiàn)控制邏輯驗證、系統(tǒng)設(shè)計分析和模擬調(diào)試等功能。

與本次仿真項目實施結(jié)果相比，廠內(nèi)首次采用的第一套福大自動化仿真系統(tǒng)相形見絀，其優(yōu)點如表1所示。 

該項目的實施在現(xiàn)場人員工藝學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、事故演練、控制邏輯驗證與優(yōu)化及工藝優(yōu)化等方面發(fā)揮了了關(guān)鍵性作用：

· 工藝學(xué)習(xí)：熟悉工藝流程，控制系統(tǒng)，提高操作人員對工藝及控制系統(tǒng)的認知水平。

· 操作員培訓(xùn)：提高操作技能；減少人為失誤； 保證生產(chǎn)安全。

· 熱工培訓(xùn)：DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用培訓(xùn)、故障演練，提高人員維護、設(shè)計、開發(fā)能力。

· 事故演練：制定事故預(yù)案；提高事故操作應(yīng)變能力；避免人員傷亡和財產(chǎn)損失。

· 控制邏輯驗證與優(yōu)化：生產(chǎn)工藝控制方案的開發(fā)、測試、驗證與優(yōu)化；結(jié)合先進控制系統(tǒng) APC的控制優(yōu)化。

· 工藝優(yōu)化：探索最佳操作方法，發(fā)現(xiàn)工藝瓶頸，改進工藝參數(shù)。

5　結(jié)論

和利時仿真業(yè)務(wù)一直以用戶需求為導(dǎo)向，專注于為用戶提供操作體驗真實、仿真精度高、系統(tǒng)功能強大的一站式仿真培訓(xùn)系統(tǒng)解決方案。在之前項目實施基礎(chǔ)上，實施人員首次利用歷史數(shù)據(jù)回放功能，成功完成了首套翻譯仿真項目，獲得專家和測試人員的一致支持和認同。2×1000MW超超臨界機組電廠項目順利實施，充分彰顯了和利時在DCS仿真領(lǐng)域扎實的技術(shù)硬實力及優(yōu)秀的團隊協(xié)作能力。

作者簡介：

趙　鍇（1987-），男，陜西西安人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于北京和利時工業(yè)軟件有限公司，研究方向為電力工藝流程模擬仿真。

王 俊（1983-），女，陜西西安人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于北京和利時工業(yè)軟件有限公司，研究方向為電力工藝流程模擬仿真。

劉　棟（ 1977-），男，河北張家口人，高級工程師，碩士，現(xiàn)就職于北京和利時工業(yè)軟件有限公司，研究方向為工業(yè)自動化及信息化。

摘自《自動化博覽》2021年8月刊