基于STAR90的600MW仿真機組研發(fā)

鄧素娟 孔祥山 時海剛

摘要：為了進一步拓展電力培訓市場，優(yōu)化培訓項目和培訓資源，更好地適應火力發(fā)電機組集控化發(fā)展的需要；也為了進一步提升為電力企業(yè)服務的能力，根據(jù)目前火力發(fā)電的發(fā)展狀況和機組配置情況，擬研究開發(fā)600MW超臨界機組仿真培訓系統(tǒng)并考慮安裝600MW超臨界機組仿真培訓軟件。

關鍵詞：研究開發(fā)；600MW超臨界；仿真機組

一、研發(fā)設計目標

第一，為600MW超臨界機組一線運行人員實際操作能力和分析判斷能力提供客觀反映。

第二，能實現(xiàn)600MW超臨界機組多種工況下機組啟動、正常運行調(diào)整、機組停運狀況的實時監(jiān)控等操作。

第三，為機組運行人員正確判斷、處理各種故障的應急能力提供驗證環(huán)境，并為正確處理故障和事故現(xiàn)象運行操作方式提供并制訂反事故對策。

第四，為機組提供性能計算及實時顯示功能。

第五，可對機組運行方式進行分析，以改進操作方式，提供熱控和保護系統(tǒng)設計、調(diào)試、修改、試驗研究等功能。

第六，為600MW超臨界機組仿真培訓人員提供考核功能。

二、研發(fā)設計功能

第一，600MW超臨界機組仿真能提供與真實機組完全相同的連續(xù)、實時仿真。根據(jù)機組運行不同階段的運行工況，仿真軟件自動計算出對應的機組運行參數(shù)，這些參數(shù)既相互聯(lián)系又互相影響，并滿足能量和質(zhì)量平衡等定律。同時，把計算后的參數(shù)實時輸出到硬件接口單元，使其在對應的控制盤臺、儀表和CRT上顯示出來。如果出現(xiàn)參數(shù)越限的情況，系統(tǒng)也會自動處理，以發(fā)揮報警或保護動作。

第二，仿真機可實現(xiàn)機、爐、電全系統(tǒng)的冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)的啟動功能。特別是在實現(xiàn)由初負荷到滿負荷的操作過程中，把主控室與現(xiàn)場的實際設備緊密地聯(lián)系起來，并使手動和自動裝置結合成有機整體，達到仿真的“真實性”。在從額定負荷轉(zhuǎn)到熱態(tài)、溫態(tài)等的停機過程，對金屬溫度與應力的計算更是貼近真實結果，提高仿真的“針對性”。對鍋爐與汽輪發(fā)電機的各種不同組合工況，也能真實再現(xiàn)由于運行人員操作不當或設備故障引起的各種異常現(xiàn)象，體現(xiàn)仿真的“客觀性”。此外，在控制盤臺，DCS-CRT、就地操作站上的顯示與操作，其正確與否，均和實際機組的反映一致，實現(xiàn)仿真的“全面性”。

第三，仿真機能實時地仿真發(fā)電廠中主、輔設備及系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種異常和故障。故障時，能真實反映所有設備特性，輸入輸出響應和實際情況一致，自動控制系統(tǒng)的故障處理與實際功能也相一致，按照規(guī)定的因果、前后關系進行。故障模型應包含在整個機組的全物理過程的仿真模型中，以便實現(xiàn)教練員的故障插入。當學員因操作錯誤引起故障時，其錯誤現(xiàn)象和錯誤關系與真實機組故障實時狀況一致。

三、研發(fā)設計方案

根據(jù)學校發(fā)展實際和當前工作需要，在對國內(nèi)仿真培訓系統(tǒng)開發(fā)市場進行充分調(diào)研的基礎上，筆者主要采用的技術是模塊化建模技術為技術核心，以過程式計算機編程技術為輔的設計方案；運用圖形建模工具，非全范圍全過程圖形化建模為手段，具備全范圍、全過程圖形化建模工具平臺，具備完全在線技術進行研制開發(fā)，力爭做到使仿真運行環(huán)境與現(xiàn)場實時運行環(huán)境一一對應。確保600MW超臨界機組仿真培訓系統(tǒng)的實效性、先進性和適用性。

四、研發(fā)仿真對象

1.鍋爐部分。鍋爐系統(tǒng)有風煙系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)和灰渣系統(tǒng)設計構造。采用再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)，固態(tài)排渣、單爐膛平衡通風、Π型布置、全鋼構架懸吊結構、露天布置結構。每臺鍋爐配有30支油槍用于啟動及低負荷運行，送風機、引風機、一次風機各兩臺。鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置六臺HP碗式中速磨煤機，30個雙旋風煤粉燃燒器。燃燒器錯列布置在爐膛的前后墻上，采用對沖燃燒方式。

2.汽輪機部分。汽機采用哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的CLN60024.2/566/566型600MW單軸、三缸四排汽、高中壓合缸、雙低壓缸四流程、超臨界中間再熱凝汽式汽輪機?；責嵯到y(tǒng)采用一次再熱與三級高壓加熱器，一級除氧器和四級低壓加熱器組成八級回熱系統(tǒng)。各級加熱器疏水逐級自流。給水系統(tǒng)采用2×50%汽動給水泵和一臺30%容量的電動給水泵。

3.電氣部分。電氣部分設置了600MW汽輪發(fā)電機的主要部件及參數(shù)；汽輪發(fā)電機的氫氣置換系統(tǒng)及設備；汽輪發(fā)電機的定子冷卻水系統(tǒng)及設備。該機組發(fā)電機采用整體全封閉、定子繞組水內(nèi)冷、內(nèi)部氫氣循環(huán)、定子鐵心及端部結構件氫氣表面冷卻、轉(zhuǎn)子繞組氣隙取氣徑向斜流的冷卻方式并設有定子繞組及轉(zhuǎn)子繞組故障。發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子繞組均采用F級絕緣。發(fā)電機出口電壓20KV。發(fā)電機電氣主接線采用單元接線方式。發(fā)電機出口設有開關，發(fā)電機解、并列操作通過出口開關的操作來進行的操作方式。