DCS仿真系統(tǒng)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用

張小平，楊　濤，高　偉

(華中科技大學(xué)　能源與動力工程學(xué)院，武漢　430074)

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DCS仿真系統(tǒng)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用

張小平，楊濤，高偉

(華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，武漢430074)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計算機(jī)仿真技術(shù)已在實驗教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用和推廣。該文以華中科技大學(xué)引進(jìn)的300MW火電機(jī)組仿真系統(tǒng)為例，介紹了火電機(jī)組DCS仿真技術(shù)的應(yīng)用概況，并以300MWDCS仿真系統(tǒng)為平臺，模擬電廠熱力系統(tǒng)故障并提出相應(yīng)的解決措施。說明了系統(tǒng)的組成﹑故障模擬過程及相應(yīng)的解決辦法。對動力類大專院校利用仿真系統(tǒng)開展教學(xué)改革具有借鑒作用。

DCS仿真系統(tǒng)；故障模擬；教學(xué)應(yīng)用

火電機(jī)組DCS仿真技術(shù)綜合集成了計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件工程、信息處理和自動控制等諸多技術(shù)領(lǐng)域的知識[1-4]，已在火電廠得到廣泛應(yīng)用。目前，各類火電廠仿真系統(tǒng)主要是針對火電廠生產(chǎn)運(yùn)行及培訓(xùn)而設(shè)計的，把現(xiàn)行火電廠仿真系統(tǒng)應(yīng)用于實驗教學(xué)還需適應(yīng)實驗教學(xué)的特點。為適應(yīng)學(xué)生的實驗教學(xué)需求，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，學(xué)院引進(jìn)了300MWDCS仿真系統(tǒng)，進(jìn)行了火電廠熱力系統(tǒng)故障的設(shè)置和模擬，并對熱力系統(tǒng)故障進(jìn)行了排除的實驗教學(xué)嘗試，取得了較好的教學(xué)效果。

1　實驗設(shè)備

本實驗設(shè)備是300MW機(jī)組仿真系統(tǒng)，分為硬件和軟件兩部分。硬件系統(tǒng)主要包括：工程師站﹑教練員站和操作員站的工業(yè)控制用計算機(jī)及其他外圍輔助設(shè)備等。軟件系統(tǒng)主要包括：Simucad仿真支撐平臺，主要有PIE﹑BAC﹑CONBAC等功能軟件和系統(tǒng)平臺；XDPS2.0控制系統(tǒng)應(yīng)用平臺，主要有操作員站軟件、工程師站軟件、DPU軟件和其他系統(tǒng)連接的接口軟件等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1　300 MW機(jī)組仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

2　實驗內(nèi)容與步驟

300MW機(jī)組仿真系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行后，要監(jiān)控系統(tǒng)的主要參數(shù)在正常范圍內(nèi)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。監(jiān)控的主要參數(shù)有凝汽器、除氧器水位、汽包水位，以及壓力、主汽溫度及再熱汽溫、爐膛負(fù)壓及煙氧、真空度、汽機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)組功率、各油箱油位、潤滑油油溫、爐膛火焰、汽機(jī)振動和氣缸壁溫。這些參數(shù)一般在如圖2～圖4中監(jiān)測。

圖2　負(fù)荷控制中心

圖3　DEH主菜單——DEH操作盤

圖4　FSSS面板

2.1細(xì)粉分離器甲堵塞故障

細(xì)粉分離器是火力發(fā)電廠中儲式制粉系統(tǒng)中重要的設(shè)備之一，其主要作用是將煤粉從乏氣中分離出來。由粗粉分離器出來的氣粉混合物，切向進(jìn)入細(xì)粉分離器外圓筒的上部，旋轉(zhuǎn)著向下流動，煤粉在離心力作用下被拋向筒壁落下，氣流轉(zhuǎn)向進(jìn)入內(nèi)套筒時，借慣性力再次分離出煤粉。分離出的煤粉由下部送入煤粉倉，分離后的干燥劑(乏氣)，由出口管引出送往排粉機(jī)。

例1粉倉粉位高或下部鎖氣器卡澀。

1)故障現(xiàn)象

a.甲排粉機(jī)出口一次風(fēng)速降低；

b.甲排粉機(jī)電流升高；

c.汽壓、汽溫急劇上升，爐膛負(fù)壓波動，氧量降低。

2)處理要點

a.根據(jù)現(xiàn)象正確判斷故障，及時停止給煤機(jī)、磨煤機(jī)運(yùn)行；

b.控制好汽壓、汽溫，維持好氧量；

c.降低給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，保持一次風(fēng)速正常；

d.無法疏通時，申請停止或切換系統(tǒng)處理；

e.按照順序停止制粉系統(tǒng)。

3)事故處理具體步驟

a.在監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行參數(shù)(如圖5所示)時，能及時根據(jù)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)并判斷甲細(xì)粉分離器堵塞故障；

圖5　A制粉控制系統(tǒng)

b.停用甲給煤機(jī)、甲磨煤機(jī)；

c.調(diào)整給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，維持一次風(fēng)速正常，若一次風(fēng)無法維持，應(yīng)停運(yùn)甲組給粉機(jī)，防止一次風(fēng)管堵塞，同時投油助燃；

d.調(diào)整甲磨煤機(jī)出口風(fēng)溫不大于70℃；

e.故障前若粉倉粉位持續(xù)降低，判斷為細(xì)粉分離器鎖氣器卡澀，若粉倉粉位指示高限則判斷為粉倉滿粉；

f.逐漸降低甲組給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，停止甲組給粉機(jī)，逐漸關(guān)閉甲排回風(fēng)門和甲磨煤機(jī)進(jìn)口冷風(fēng)門，停止甲排粉機(jī)運(yùn)行，關(guān)閉熱風(fēng)總門；

g.控制汽包水位、主汽溫度、再熱汽溫，以及爐膛氧量在正常范圍內(nèi)。

2.2主機(jī)冷油器A泄露故障

潤滑油系統(tǒng)是汽輪機(jī)裝置的一個重要組成部分，由于油在循環(huán)過程中，吸收了軸承等處摩擦產(chǎn)生的熱量，因而溫度不斷升高，為保證機(jī)組安全可靠地運(yùn)行，必須把油溫控制在規(guī)定的范圍內(nèi)(要求最高不超過60 ℃～65 ℃，也不低于35 ℃～40 ℃)。溫度過高則軸承等部件可能過熱而損壞，并會降低潤滑油使用期限；溫度過低會使?jié)櫥驼扯仍黾?，增加摩擦耗功，甚至引起軸系振動。所以要使用冷油器通過調(diào)節(jié)冷卻水流量來達(dá)到降低潤滑油溫度的目的。

例2管道腐蝕。

1)故障現(xiàn)象

a.潤滑油系統(tǒng)油箱油位、油壓同時下降，潤滑油壓低報警可能發(fā)出；

b.汽輪機(jī)各軸承溫度及回油溫度升高，推力瓦溫度及回油溫度升高，軸向位移變化異常；

c.當(dāng)潤滑油壓≤0.07Mpa時，交流潤滑油泵應(yīng)自啟動；否則手動方式啟動。

2)處理要點

a.及時發(fā)現(xiàn)油壓、油位下降；

b.啟動直流潤滑油泵，維持潤滑油壓，就地加強(qiáng)油箱補(bǔ)油，維持油箱油位正常；

c.判斷故障，盡快隔離泄露冷油器；

投用備用和隔離泄露冷油器時操作緩慢，注意潤滑油壓的變化，并對油溫做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3)事故處理具體步驟

a.監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行參數(shù)(如圖6所示)時，能及時發(fā)現(xiàn)汽機(jī)潤滑油壓力降低；

b.啟動直流潤滑油泵維持油壓不低于0.07Mpa。查看主油泵工作狀況，潤滑油溫度和壓力及主油箱油位變化；

圖6　汽機(jī)潤滑油熱控系統(tǒng)

c.發(fā)現(xiàn)油位顯著降低后，打開主機(jī)潤滑油補(bǔ)油門及時補(bǔ)油；

d.初步判斷主機(jī)油系統(tǒng)泄漏，投入備用C冷油器(此處沒有備用冷油器，一般電廠系統(tǒng)中應(yīng)該會有)，單獨(dú)切除A或B側(cè)冷油器，查找泄漏點，切除A或B冷油器后，潤滑油壓升高，油位恢復(fù)，則說明該冷油器泄漏，最終判斷A冷油器泄漏(此處假設(shè)A冷油器泄漏)；

e.將A冷油器水側(cè)和油側(cè)隔離，檢查各軸承溫度和回油溫度下降，推力瓦溫度及回油溫度下降，主機(jī)各軸系振動降低；

f.調(diào)整B、C冷卻水進(jìn)出口手動門，維持冷油器出口油溫正常；

g.檢查油壓正常后，可以停用直流油泵；

h.油箱補(bǔ)油至正常油位后關(guān)閉補(bǔ)油門，全面檢查機(jī)組各參數(shù)運(yùn)行正常(主要是主機(jī)油箱油位、油溫、汽包水位、主汽溫度以及再熱汽溫，如果沒在正常范圍，應(yīng)及時調(diào)整)。

3　結(jié)束語

利用DCS仿真系統(tǒng)[5-6]進(jìn)行實驗教學(xué)，不僅可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且還可培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。同時也解決了學(xué)生在生產(chǎn)實習(xí)單位——火電廠不能親自動手操作生產(chǎn)設(shè)備這一難題，對于提高教學(xué)質(zhì)量和改善教學(xué)效果具有明顯的促進(jìn)作用，是目前實驗教學(xué)和崗前培訓(xùn)的最佳方法。隨著計算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)的發(fā)展，DCS仿真技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中將具有廣闊的前景。

[1]王恩榮.自動控制原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]高偉.300MW火力發(fā)電機(jī)組叢書——《計算機(jī)控制系統(tǒng)》[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]王常力，廖道文.集散控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1993.

[4]胡曉波，李琰，王艷芳.計算機(jī)仿真技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室科學(xué)，2007(2)：121-124.

[5]荊濤，趙光，田景芝.DCS仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報，2002，18(2)：75-78.

[6]金彥平.DCS在鍋爐實驗裝置中的應(yīng)用[J].江蘇電器，2002(5)：25-27.

Application of the DCS Simulation System in the Experiment Teaching

ZHANG Xiaoping，YANG Tao，GAO Wei

(SchoolofEnergyandPowerEngineering，HazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)

Thesimulationtechnologyofcomputerhavebeextensivelyappliedandgeneralizedintheexperimentteachingwiththecontinualprogressoftechnology.Takingthecaseofthesimulationsystemof300MWturbine-generatorintheSchoolofEnergyandPowerEngineeringofHUSTasanexample，thispaperintroducestheapplicationsurveyofthesimulationtechnologyofturbine-generatorDCSandthefaultsimulationforthermodynamicsystemofpowerplantandgivingthecorrespondingsolutiononthesimulationsystemof300MWDCS.Itdetailedlyintroducesthesystemcomposition，faultsimulationprocessandcorrespondingsolution.Itprovidesanreferenceforteachingapplicationbysimulationsystemineducationinstitutionsofpower.

DCSsimulationsystem；faultsimulation；teachingapplication

2015-05-12；修改日期: 2015-05-28

華中科技大學(xué)實驗技術(shù)研究(2014年)資助項目。

張小平(1964-)，男，副教授，主要從事中低壓鍋爐高效燃燒與污染物排放控制，火電廠控制工程方面的研究。

TP391.9

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.020