作者：北京和利时工业软件有限公司 赵锴，王俊，刘栋

摘要：仿真机在新建电厂发挥着不可替代的作用，投产前培训员工熟悉操作画面和操作理念，以及各种设备的逻辑对应关系，对机组的顺利投产和安全运行起着至关重要的作用。作为福建省首两台百万千瓦级超超临界火电机组，和利时仿真部依托先进的“机理数学伯努利模型+虚拟 DPU”技术，完成了电厂从冷态至满负荷的启停机及故障测试，获得 现场测试人员及专家的一致好评。该仿真项目完成电气DCS首套翻译， 且与传统旁路进汽不同，系统升温升压时，旁路自动启动，以“最小开度”进入“压力爬坡”的升压模式，再加压力至9.7MPa的定压模式， 首次以大旁路进汽完成汽轮机的冲转。

关键词：仿真机；和利时；虚拟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

在电力行业中，DCS仿真扮演着重要的角色， 在减少经济损失、提高工作效率、确保安全运行方面发挥着重要的作用。随着电厂机组运行自动化程度的不断提高，控制技术日益复杂，机组运行的安全性、稳定性和经济性在一定程度上取决于运行操控水平的高低，这对运行人员的熟练操作及处理事故的能力有了更高的要求，新员工培训和在职人员的轮训显得愈加重要。

和利时仿真系统依托以能量、质量、动量守恒原 理为核心建立的流网算法，采用“机理数学伯努利模型+虚拟DPU”技术，使之与和利时MACS系列DCS控制软件有机结合，具备操作培训、热控培训、事故演练、控制验证与优化、工艺学习与优化等功能，真实地模拟现场环境并正确反映有关环境参数对机组运行带来的影响，为1000MW机组电厂的顺利实施和现场实施人员的模拟操作应用奠定坚实的基础。

2　实施对象与过程

该项目的仿真对象为福建省率先建成的“首两台百万千瓦级超超临界火电机组”，同步建设脱硫、脱硝、电除尘等先进环保设施，汽机采用一次中间再热、单轴四缸四排汽、冲动凝汽式、八级回热抽汽的方式，同时锅炉为超超临界参数变压直流炉，采用对冲燃烧方式、固态排渣、单炉膛、一次中间再热等先进技术，可有效降低能耗的2×1050MW发电机组。

项目实施过程主要包括初步设计、系统集成、 FAT测试、SAT测试、项目培训与验收等五个步骤， 实施流程简介如图1所示。

 图1 项目实施流程简介

数据对照关系如图2所示。 项目仿真实施过程的整个系统框架与实际现场

图2 系统集成仿真架构

实施人员在项目前期完成就地组态、模型搭建与对点、系统集成等基本任务，根据操作票（以基本方式）完成从冷态到满负荷的启停机，过程中通过查看逻辑、处理模型保证DCS操作员画面参数与实施现场参数保持一致，初步的FAT测试完成。在现场测试人员的积极配合下，仿真实施人员根据差异单上的客户要求，逐步确定产生差异的原因，逐条修改差异直至达到客户需求标准，最终复检成功。

正如“实践是检验真理的唯一标准”，有无故障是测试模型正确性的唯一标准。由于启停机过程多 数只能反映某一工况负荷状态下设备参数的正确性与合理性，而实际电厂运行是通过锅炉主控（水、煤、 风配比）、汽机主控（主汽调门）两者在CCS协调控 制下，蒸汽推动汽轮机气缸做功，将蒸汽热能转变为 机械能的一个动态变化过程。风机RB、MFT、汽机主汽门异常关闭、电气母线段失电等较大程度的故障 可有效反映整个机组的动态参数变化过程，同时参数变化的调整更能体现模型调节的合理性。

最终，在现场测试人员和实施人员的共同努力 下，通过启停机、仿真差异修改及故障测试的反复修改，仿真模型已基本还原现场，再次制作冷态到满负荷的标准工况以满足现场培训人员的基本操作和训练要求，项目竣工验收。

3　应用创新和难题解决

作为第三套实施的超超临界1000MW机组项目， 实施人员摒弃杂念、全力以赴，解决了以下难题：

（1）首次实现历史数据回放功能。由于启停机特殊时期，现场测试人员紧张，满足不了测试需求。首次尝试开发部门研发的新功能，参考回放的现场历史数据对数学模型进行处理，可有效提高效率，缩减人员使用率。数据回放功能的实现经过多方配合，从数据回放文件的替换到配置文件的填写再到工程的下装，多次尝试给艰难的前期调节过程画上了完美的句号。

（2）MSP引风机汽轮机调节。引风机静叶多数采用液压油压力来驱动，该项目采用四抽和辅汽进汽，根据进出口压力和流量获得汽轮机输出轴功率，输入给引风机获得引风机转速，随之反馈到引风机汽轮机，自动调整引风机汽轮机调门使得引风机转速和静叶调节保持在合理范围。由于之前的项目很少通过进汽量调节引风机的转速和静叶，并且调节模型过程涉及双系统中汽轮机轴功率、低压调门特性曲线、引风机转动惯量等多参数的修正及复杂逻辑的查看，其仿真程度与难度增加了很多。由于调整过程较为艰难，为了保证该类型的模型系统调试质量和调试精度，编写了MSP引风机汽轮机调试方案对该类型的模型调试进行指导，规范实施人员在项目实施过程中的调试行为。

（3）首套电气翻译项目。现场电气工程为DCS 首套翻译的项目，就地面板与NCS面板上在符号属性、操作方法及实现功能等方面与和利时DCS电气仿真存在较大差异，使得电气仿真人员在画操作面板之前须进行整体全面的布局和考虑，且部分操作面板功能的实现需要进一步地创新和优化，这使任务难度进一步增大。但该项目为以后电气项目的实施提供了良好的模板，并且积累了电气数据库。

（4）现场机组大，仿真精度要求高，且通过专家测评。由于现场仿真精度高，须满足仿真机大赛的要求。测试人员经过完整的启停机测试和故障测试后，又现场请仿真机专家重新测试，从基础性流体力学原理和电机学原理出发，对仿真程度和精度提出更高的标准。尤其针对故障，故障现象更为明显和完整；不同故障程度对故障报警和设备系统跳闸时间做了严格的限制。

（5）DEH调节与汽轮机冲转。锅炉点火后， 汽机旁路调节门自动投入，旁路自动开启，转为旁路“启动模式”，主汽压力从0.7Mpa的 “最小 开度”模式升至1.0MPa的 “最小压力”控制模式，随后以“压力爬坡”模式，按≤0.1MPa/min 的速率将主汽压力从1.0MPa升至汽机冲转所需 9.7MPa，最后以定压模式运行。与传统的升温升压模式相比，大旁路的自动调节模式多样，在旁路调节进汽流量、高压主汽调门的阀门特性以及再热器干烧等多种不确定因素的混合干扰下，仿真人员须根据仿真调试经验、整个系统数据的合理推算以及数学模型多功能块的实现来达到还原现场真实数据的目的。

4　效益分析

和利时仿真系统采用国际先进的虚拟DPU技 术，具有同样的DCS系统结构和全局数据库，虚拟 DPU中的点和实际DCS中的点是严格的一对一映射关系，具有仿真精度高、开发周期短、仿真效果好的特点，故可完全复现实际机组的控制方案，包括控制与顺控逻辑、各种联锁保护逻辑等；也能复现现场实际机组的热工组态、工艺设备报警、光子牌报警、 PID整定等控制系统的真实功能；同时还可以实现控制逻辑验证、系统设计分析和模拟调试等功能。

与本次仿真项目实施结果相比，厂内首次采用的第一套福大自动化仿真系统相形见绌，其优点如表1所示。 

该项目的实施在现场人员工艺学习、培训、事故演练、控制逻辑验证与优化及工艺优化等方面发挥了了关键性作用：

· 工艺学习：熟悉工艺流程，控制系统，提高操作人员对工艺及控制系统的认知水平。

· 操作员培训：提高操作技能；减少人为失误； 保证生产安全。

· 热工培训：DCS控制系统应用培训、故障演练，提高人员维护、设计、开发能力。

· 事故演练：制定事故预案；提高事故操作应变能力；避免人员伤亡和财产损失。

· 控制逻辑验证与优化：生产工艺控制方案的开发、测试、验证与优化；结合先进控制系统 APC的控制优化。

· 工艺优化：探索最佳操作方法，发现工艺瓶颈，改进工艺参数。

5　结论

和利时仿真业务一直以用户需求为导向，专注于为用户提供操作体验真实、仿真精度高、系统功能强大的一站式仿真培训系统解决方案。在之前项目实施基础上，实施人员首次利用历史数据回放功能，成功完成了首套翻译仿真项目，获得专家和测试人员的一致支持和认同。2×1000MW超超临界机组电厂项目顺利实施，充分彰显了和利时在DCS仿真领域扎实的技术硬实力及优秀的团队协作能力。

作者简介：

赵　锴（1987-），男，陕西西安人，工程师，硕士，现就职于北京和利时工业软件有限公司，研究方向为电力工艺流程模拟仿真。

王 俊（1983-），女，陕西西安人，工程师，硕士，现就职于北京和利时工业软件有限公司，研究方向为电力工艺流程模拟仿真。

刘　栋（ 1977-），男，河北张家口人，高级工程师，硕士，现就职于北京和利时工业软件有限公司，研究方向为工业自动化及信息化。

摘自《自动化博览》2021年8月刊