DCS仿真系统在实验教学中的应用

张小平，杨　涛，高　伟

(华中科技大学　能源与动力工程学院，武汉　430074)



DCS仿真系统在实验教学中的应用

张小平，杨涛，高伟

(华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074)

随着科学技术的不断进步，计算机仿真技术已在实验教学中得到广泛应用和推广。该文以华中科技大学引进的300MW火电机组仿真系统为例，介绍了火电机组DCS仿真技术的应用概况，并以300MWDCS仿真系统为平台，模拟电厂热力系统故障并提出相应的解决措施。说明了系统的组成﹑故障模拟过程及相应的解决办法。对动力类大专院校利用仿真系统开展教学改革具有借鉴作用。

DCS仿真系统；故障模拟；教学应用

火电机组DCS仿真技术综合集成了计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程、信息处理和自动控制等诸多技术领域的知识[1-4]，已在火电厂得到广泛应用。目前，各类火电厂仿真系统主要是针对火电厂生产运行及培训而设计的，把现行火电厂仿真系统应用于实验教学还需适应实验教学的特点。为适应学生的实验教学需求，培养学生的实践能力和创新能力，学院引进了300MWDCS仿真系统，进行了火电厂热力系统故障的设置和模拟，并对热力系统故障进行了排除的实验教学尝试，取得了较好的教学效果。

1　实验设备

本实验设备是300MW机组仿真系统，分为硬件和软件两部分。硬件系统主要包括：工程师站﹑教练员站和操作员站的工业控制用计算机及其他外围辅助设备等。软件系统主要包括：Simucad仿真支撑平台，主要有PIE﹑BAC﹑CONBAC等功能软件和系统平台；XDPS2.0控制系统应用平台，主要有操作员站软件、工程师站软件、DPU软件和其他系统连接的接口软件等。系统结构简图如图1所示。

图1　300 MW机组仿真系统结构简图

2　实验内容与步骤

300MW机组仿真系统进入稳定运行后，要监控系统的主要参数在正常范围内，以保证系统的稳定运行。监控的主要参数有凝汽器、除氧器水位、汽包水位，以及压力、主汽温度及再热汽温、炉膛负压及烟氧、真空度、汽机转速、机组功率、各油箱油位、润滑油油温、炉膛火焰、汽机振动和气缸壁温。这些参数一般在如图2～图4中监测。

图2　负荷控制中心

图3　DEH主菜单——DEH操作盘

图4　FSSS面板

2.1细粉分离器甲堵塞故障

细粉分离器是火力发电厂中储式制粉系统中重要的设备之一，其主要作用是将煤粉从乏气中分离出来。由粗粉分离器出来的气粉混合物，切向进入细粉分离器外圆筒的上部，旋转着向下流动，煤粉在离心力作用下被抛向筒壁落下，气流转向进入内套筒时，借惯性力再次分离出煤粉。分离出的煤粉由下部送入煤粉仓，分离后的干燥剂(乏气)，由出口管引出送往排粉机。

例1粉仓粉位高或下部锁气器卡涩。

1)故障现象

a.甲排粉机出口一次风速降低；

b.甲排粉机电流升高；

c.汽压、汽温急剧上升，炉膛负压波动，氧量降低。

2)处理要点

a.根据现象正确判断故障，及时停止给煤机、磨煤机运行；

b.控制好汽压、汽温，维持好氧量；

c.降低给粉机转速，保持一次风速正常；

d.无法疏通时，申请停止或切换系统处理；

e.按照顺序停止制粉系统。

3)事故处理具体步骤

a.在监视机组运行参数(如图5所示)时，能及时根据现象发现并判断甲细粉分离器堵塞故障；

图5　A制粉控制系统

b.停用甲给煤机、甲磨煤机；

c.调整给粉机转速，维持一次风速正常，若一次风无法维持，应停运甲组给粉机，防止一次风管堵塞，同时投油助燃；

d.调整甲磨煤机出口风温不大于70℃；

e.故障前若粉仓粉位持续降低，判断为细粉分离器锁气器卡涩，若粉仓粉位指示高限则判断为粉仓满粉；

f.逐渐降低甲组给粉机转速，停止甲组给粉机，逐渐关闭甲排回风门和甲磨煤机进口冷风门，停止甲排粉机运行，关闭热风总门；

g.控制汽包水位、主汽温度、再热汽温，以及炉膛氧量在正常范围内。

2.2主机冷油器A泄露故障

润滑油系统是汽轮机装置的一个重要组成部分，由于油在循环过程中，吸收了轴承等处摩擦产生的热量，因而温度不断升高，为保证机组安全可靠地运行，必须把油温控制在规定的范围内(要求最高不超过60 ℃～65 ℃，也不低于35 ℃～40 ℃)。温度过高则轴承等部件可能过热而损坏，并会降低润滑油使用期限；温度过低会使润滑油粘度增加，增加摩擦耗功，甚至引起轴系振动。所以要使用冷油器通过调节冷却水流量来达到降低润滑油温度的目的。

例2管道腐蚀。

1)故障现象

a.润滑油系统油箱油位、油压同时下降，润滑油压低报警可能发出；

b.汽轮机各轴承温度及回油温度升高，推力瓦温度及回油温度升高，轴向位移变化异常；

c.当润滑油压≤0.07Mpa时，交流润滑油泵应自启动；否则手动方式启动。

2)处理要点

a.及时发现油压、油位下降；

b.启动直流润滑油泵，维持润滑油压，就地加强油箱补油，维持油箱油位正常；

c.判断故障，尽快隔离泄露冷油器；

投用备用和隔离泄露冷油器时操作缓慢，注意润滑油压的变化，并对油温做适当的调整。

3)事故处理具体步骤

a.监视机组运行参数(如图6所示)时，能及时发现汽机润滑油压力降低；

b.启动直流润滑油泵维持油压不低于0.07Mpa。查看主油泵工作状况，润滑油温度和压力及主油箱油位变化；

图6　汽机润滑油热控系统

c.发现油位显著降低后，打开主机润滑油补油门及时补油；

d.初步判断主机油系统泄漏，投入备用C冷油器(此处没有备用冷油器，一般电厂系统中应该会有)，单独切除A或B侧冷油器，查找泄漏点，切除A或B冷油器后，润滑油压升高，油位恢复，则说明该冷油器泄漏，最终判断A冷油器泄漏(此处假设A冷油器泄漏)；

e.将A冷油器水侧和油侧隔离，检查各轴承温度和回油温度下降，推力瓦温度及回油温度下降，主机各轴系振动降低；

f.调整B、C冷却水进出口手动门，维持冷油器出口油温正常；

g.检查油压正常后，可以停用直流油泵；

h.油箱补油至正常油位后关闭补油门，全面检查机组各参数运行正常(主要是主机油箱油位、油温、汽包水位、主汽温度以及再热汽温，如果没在正常范围，应及时调整)。

3　结束语

利用DCS仿真系统[5-6]进行实验教学，不仅可以充分调动学生学习的积极性，而且还可培养学生的实践能力和创新能力。同时也解决了学生在生产实习单位——火电厂不能亲自动手操作生产设备这一难题，对于提高教学质量和改善教学效果具有明显的促进作用，是目前实验教学和岗前培训的最佳方法。随着计算机技术和仿真技术的发展，DCS仿真技术在教学应用中将具有广阔的前景。

[1]王恩荣.自动控制原理[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2]高伟.300MW火力发电机组丛书——《计算机控制系统》[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3]王常力，廖道文.集散控制系统的设计与应用[M].北京：清华大学出版社，1993.

[4]胡晓波，李琰，王艳芳.计算机仿真技术在实验教学中的应用[J].实验室科学，2007(2)：121-124.

[5]荆涛，赵光，田景芝.DCS仿真系统在教学中的应用[J].齐齐哈尔大学学报，2002，18(2)：75-78.

[6]金彦平.DCS在锅炉实验装置中的应用[J].江苏电器，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

华中科技大学实验技术研究(2014年)资助项目。

张小平(1964-)，男，副教授，主要从事中低压锅炉高效燃烧与污染物排放控制，火电厂控制工程方面的研究。

TP391.9

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.020