作者：北京和利時(shí)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(chǎng)發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用，投產(chǎn)前培訓員工熟悉操作畫(huà)面和操作理念，以及各種設備的邏輯對應關(guān)系，對機組的順利投產(chǎn)和安全運行起著(zhù)至關(guān)重要的作用。作為福建省首兩臺百萬(wàn)千瓦級超超臨界火電機組，和利時(shí)仿真部依托先進(jìn)的“機理數學(xué)伯努利模型+虛擬 DPU”技術(shù)，完成了電廠(chǎng)從冷態(tài)至滿(mǎn)負荷的啟停機及故障測試，獲得 現場(chǎng)測試人員及專(zhuān)家的一致好評。該仿真項目完成電氣DCS首套翻譯， 且與傳統旁路進(jìn)汽不同，系統升溫升壓時(shí)，旁路自動(dòng)啟動(dòng)，以“最小開(kāi)度”進(jìn)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(jìn)汽完成汽輪機的沖轉。

關(guān)鍵詞：仿真機；和利時(shí)；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(zhù)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(zhù)重要的作用。隨著(zhù)電廠(chǎng)機組運行自動(dòng)化程度的不斷提高，控制技術(shù)日益復雜，機組運行的安全性、穩定性和經(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，新員工培訓和在職人員的輪訓顯得愈加重要。

和利時(shí)仿真系統依托以能量、質(zhì)量、動(dòng)量守恒原 理為核心建立的流網(wǎng)算法，采用“機理數學(xué)伯努利模型+虛擬DPU”技術(shù)，使之與和利時(shí)MACS系列DCS控制軟件有機結合，具備操作培訓、熱控培訓、事故演練、控制驗證與優(yōu)化、工藝學(xué)習與優(yōu)化等功能，真實(shí)地模擬現場(chǎng)環(huán)境并正確反映有關(guān)環(huán)境參數對機組運行帶來(lái)的影響，為1000MW機組電廠(chǎng)的順利實(shí)施和現場(chǎng)實(shí)施人員的模擬操作應用奠定堅實(shí)的基礎。

2　實(shí)施對象與過(guò)程

該項目的仿真對象為福建省率先建成的“首兩臺百萬(wàn)千瓦級超超臨界火電機組”，同步建設脫硫、脫硝、電除塵等先進(jìn)環(huán)保設施，汽機采用一次中間再熱、單軸四缸四排汽、沖動(dòng)凝汽式、八級回熱抽汽的方式，同時(shí)鍋爐為超超臨界參數變壓直流爐，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(jìn)技術(shù)，可有效降低能耗的2×1050MW發(fā)電機組。

項目實(shí)施過(guò)程主要包括初步設計、系統集成、 FAT測試、SAT測試、項目培訓與驗收等五個(gè)步驟， 實(shí)施流程簡(jiǎn)介如圖1所示。

 圖1 項目實(shí)施流程簡(jiǎn)介

數據對照關(guān)系如圖2所示。 項目仿真實(shí)施過(guò)程的整個(gè)系統框架與實(shí)際現場(chǎng)

圖2 系統集成仿真架構

實(shí)施人員在項目前期完成就地組態(tài)、模型搭建與對點(diǎn)、系統集成等基本任務(wù)，根據操作票（以基本方式）完成從冷態(tài)到滿(mǎn)負荷的啟停機，過(guò)程中通過(guò)查看邏輯、處理模型保證DCS操作員畫(huà)面參數與實(shí)施現場(chǎng)參數保持一致，初步的FAT測試完成。在現場(chǎng)測試人員的積極配合下，仿真實(shí)施人員根據差異單上的客戶(hù)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(hù)需求標準，最終復檢成功。

正如“實(shí)踐是檢驗真理的唯一標準”，有無(wú)故障是測試模型正確性的唯一標準。由于啟停機過(guò)程多 數只能反映某一工況負荷狀態(tài)下設備參數的正確性與合理性，而實(shí)際電廠(chǎng)運行是通過(guò)鍋爐主控（水、煤、 風(fēng)配比）、汽機主控（主汽調門(mén)）兩者在CCS協(xié)調控 制下，蒸汽推動(dòng)汽輪機氣缸做功，將蒸汽熱能轉變?yōu)?機械能的一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。風(fēng)機RB、MFT、汽機主汽門(mén)異常關(guān)閉、電氣母線(xiàn)段失電等較大程度的故障 可有效反映整個(gè)機組的動(dòng)態(tài)參數變化過(guò)程，同時(shí)參數變化的調整更能體現模型調節的合理性。

最終，在現場(chǎng)測試人員和實(shí)施人員的共同努力 下，通過(guò)啟停機、仿真差異修改及故障測試的反復修改，仿真模型已基本還原現場(chǎng)，再次制作冷態(tài)到滿(mǎn)負荷的標準工況以滿(mǎn)足現場(chǎng)培訓人員的基本操作和訓練要求，項目竣工驗收。

3　應用創(chuàng )新和難題解決

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

（1）首次實(shí)現歷史數據回放功能。由于啟停機特殊時(shí)期，現場(chǎng)測試人員緊張，滿(mǎn)足不了測試需求。首次嘗試開(kāi)發(fā)部門(mén)研發(fā)的新功能，參考回放的現場(chǎng)歷史數據對數學(xué)模型進(jìn)行處理，可有效提高效率，縮減人員使用率。數據回放功能的實(shí)現經(jīng)過(guò)多方配合，從數據回放文件的替換到配置文件的填寫(xiě)再到工程的下裝，多次嘗試給艱難的前期調節過(guò)程畫(huà)上了完美的句號。

（2）MSP引風(fēng)機汽輪機調節。引風(fēng)機靜葉多數采用液壓油壓力來(lái)驅動(dòng)，該項目采用四抽和輔汽進(jìn)汽，根據進(jìn)出口壓力和流量獲得汽輪機輸出軸功率，輸入給引風(fēng)機獲得引風(fēng)機轉速，隨之反饋到引風(fēng)機汽輪機，自動(dòng)調整引風(fēng)機汽輪機調門(mén)使得引風(fēng)機轉速和靜葉調節保持在合理范圍。由于之前的項目很少通過(guò)進(jìn)汽量調節引風(fēng)機的轉速和靜葉，并且調節模型過(guò)程涉及雙系統中汽輪機軸功率、低壓調門(mén)特性曲線(xiàn)、引風(fēng)機轉動(dòng)慣量等多參數的修正及復雜邏輯的查看，其仿真程度與難度增加了很多。由于調整過(guò)程較為艱難，為了保證該類(lèi)型的模型系統調試質(zhì)量和調試精度，編寫(xiě)了MSP引風(fēng)機汽輪機調試方案對該類(lèi)型的模型調試進(jìn)行指導，規范實(shí)施人員在項目實(shí)施過(guò)程中的調試行為。

（3）首套電氣翻譯項目?，F場(chǎng)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(shí)現功能等方面與和利時(shí)DCS電氣仿真存在較大差異，使得電氣仿真人員在畫(huà)操作面板之前須進(jìn)行整體全面的布局和考慮，且部分操作面板功能的實(shí)現需要進(jìn)一步地創(chuàng )新和優(yōu)化，這使任務(wù)難度進(jìn)一步增大。但該項目為以后電氣項目的實(shí)施提供了良好的模板，并且積累了電氣數據庫。

（4）現場(chǎng)機組大，仿真精度要求高，且通過(guò)專(zhuān)家測評。由于現場(chǎng)仿真精度高，須滿(mǎn)足仿真機大賽的要求。測試人員經(jīng)過(guò)完整的啟停機測試和故障測試后，又現場(chǎng)請仿真機專(zhuān)家重新測試，從基礎性流體力學(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，故障現象更為明顯和完整；不同故障程度對故障報警和設備系統跳閘時(shí)間做了嚴格的限制。

（5）DEH調節與汽輪機沖轉。鍋爐點(diǎn)火后， 汽機旁路調節門(mén)自動(dòng)投入，旁路自動(dòng)開(kāi)啟，轉為旁路“啟動(dòng)模式”，主汽壓力從0.7Mpa的 “最小 開(kāi)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升至汽機沖轉所需 9.7MPa，最后以定壓模式運行。與傳統的升溫升壓模式相比，大旁路的自動(dòng)調節模式多樣，在旁路調節進(jìn)汽流量、高壓主汽調門(mén)的閥門(mén)特性以及再熱器干燒等多種不確定因素的混合干擾下，仿真人員須根據仿真調試經(jīng)驗、整個(gè)系統數據的合理推算以及數學(xué)模型多功能塊的實(shí)現來(lái)達到還原現場(chǎng)真實(shí)數據的目的。

4　效益分析

和利時(shí)仿真系統采用國際先進(jìn)的虛擬DPU技 術(shù)，具有同樣的DCS系統結構和全局數據庫，虛擬 DPU中的點(diǎn)和實(shí)際DCS中的點(diǎn)是嚴格的一對一映射關(guān)系，具有仿真精度高、開(kāi)發(fā)周期短、仿真效果好的特點(diǎn)，故可完全復現實(shí)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；也能復現現場(chǎng)實(shí)際機組的熱工組態(tài)、工藝設備報警、光子牌報警、 PID整定等控制系統的真實(shí)功能；同時(shí)還可以實(shí)現控制邏輯驗證、系統設計分析和模擬調試等功能。

與本次仿真項目實(shí)施結果相比，廠(chǎng)內首次采用的第一套福大自動(dòng)化仿真系統相形見(jiàn)絀，其優(yōu)點(diǎn)如表1所示。 

該項目的實(shí)施在現場(chǎng)人員工藝學(xué)習、培訓、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：熟悉工藝流程，控制系統，提高操作人員對工藝及控制系統的認知水平。

· 操作員培訓：提高操作技能；減少人為失誤； 保證生產(chǎn)安全。

· 熱工培訓：DCS控制系統應用培訓、故障演練，提高人員維護、設計、開(kāi)發(fā)能力。

· 事故演練：制定事故預案；提高事故操作應變能力；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(kāi)發(fā)、測試、驗證與優(yōu)化；結合先進(jìn)控制系統 APC的控制優(yōu)化。

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

5　結論

和利時(shí)仿真業(yè)務(wù)一直以用戶(hù)需求為導向，專(zhuān)注于為用戶(hù)提供操作體驗真實(shí)、仿真精度高、系統功能強大的一站式仿真培訓系統解決方案。在之前項目實(shí)施基礎上，實(shí)施人員首次利用歷史數據回放功能，成功完成了首套翻譯仿真項目，獲得專(zhuān)家和測試人員的一致支持和認同。2×1000MW超超臨界機組電廠(chǎng)項目順利實(shí)施，充分彰顯了和利時(shí)在DCS仿真領(lǐng)域扎實(shí)的技術(shù)硬實(shí)力及優(yōu)秀的團隊協(xié)作能力。

作者簡(jiǎn)介：

趙　鍇（1987-），男，陜西西安人，工程師，碩士，現就職于北京和利時(shí)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 ?。?983-），女，陜西西安人，工程師，碩士，現就職于北京和利時(shí)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，現就職于北京和利時(shí)工業(yè)軟件有限公司，研究方向為工業(yè)自動(dòng)化及信息化。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年8月刊