50MW热电站仿真机研制及运行50MW热电站仿真机研制及运行.doc

50MW热电站仿真机研制及运行 侯 小 刚 （南京动力高等专科学校 南京 210042） [内容摘要] 文章论述了热电站仿真机在仿真范围﹑﹑﹑ 本仿真机以一石化企业自备热电站为仿真对象。锅炉为HG—220/100—YM10 型自然循环汽包炉，汽机为CC50—90/42/15调整抽汽式供热机组，发电机为QFS—60—2双水内冷机组。热力系统为母管制。汽机的两级调整抽汽分别供应大型石化企业中工业透平用汽、工艺用汽、低压蒸汽用户等。50MW供热机组属于高压机组，在我国石化、冶金、化工等企业自备电站及区域热电站中较为典型，装机量较多。该仿真机主要用于运行人员培训。初学者经过培训应能掌握机、炉等热动设备及其辅机在各种启停方式下的运行操作、故障处理等技能。熟练操作人员经过仿真机反事故演习培训，在事故处理能力方面有显著提高。 基于上述仿真对象的特性及仿真机的使用要求，首先应确定仿真范围。 汽机部分：包括主蒸汽系统、汽机本体、凝结水及给水回热系统、射水抽气系统、除氧给水系统、调节系统及油系统、发电机冷却水系统、热网系统等。 锅炉部分：锅炉本体、制粉系统、燃烧及风烟系统、蒸汽及汽水系统、吹灰及排污系统、、安全保护及联锁报警等。 发电机部分：发电机本体、发电机保护系统、励磁系统、主变及保护系统、线网、厂用电系统、开关刀闸系统、自动装置联锁等。 考虑到培训的需要，为了便于学员熟悉热动设备的真实操作环境和真实热力系统，增强举一返三、触类旁通的能力，对于仿真范围内的热力系统和设备基本不作简化。如回热加热器疏水，不仅考虑了正常疏水，而且考虑了加热器故障从系统中切除后疏水的切换操作，故障时水位过高紧急疏水的需要等。对各种非正常运行工况，都有相应的管路和阀门供切换操作。 二 数学模型特点 电站仿真技术是随着计算机技术在工业中的普遍应用而发展起来的，是计算机技术与电站设备、热工过程数学模型研究的有机结合。 目前国内已有的仿真机组，均是模拟电力系统中功率在200MW以上的单元制机组，考虑母管制系统特性的仿真机组还未见报道。本仿真机仿真对象是母管制系统。各设备工况相互牵连、相互影响。为了能够反映母管制电厂的运行特点，不能将其化简为１炉１机的单元制来处理，故将仿真范围确定为２炉１机、２台除氧器、２台给水泵互为备用。这样势必在数学模型上作更多的处理以体现母管制的特点，使之能够反映邻机邻炉等并列运行设备工况变化的影响。 该机组调节系统为旋转阻尼全液压调节系统。由于有两级调整抽汽，为了实现热电负荷的独立调节(即静态、动态自整)。加上保安系统、整个调节保安部分就较为复杂。在建立调节系统数学模型时，考虑到符合培训的需要， 仿真模型内部应是“能观”的， 即不能作为“黑箱”处理。因此，仿真机盘台上不但要显示热电负荷、调节阀开度、高中低压油动机行程等，而且对调节系统内部的一些重要参数也要监视。如放大器和各调压器的脉冲油压、一次油压等。所以必须按照真实的调节系统，将各环节之间的逻辑联系、数量关系、相互作用在数学模型中完整地反映出来。这样处理有助于学员深入地认识系统各环节参量之间的关系。如放大器、调压器碟阀的相对位移与转速、一次油压、热网蒸汽压力变化之间的关系。油动机行程与放大器、调压器碟阀的相对位移的关系。油动机行程与调节阀开度之间的关系等。 图１　调节系统各参数关联图 在电站控制系统中，除了水位、温度、压力等一些模拟量的控制外，还大量存在开关量的控制：如联锁保护、热工信号报警、顺序控制等。这些量之间的逻辑关系反映正确与否往往对仿真质量有重大影响，可以说比模拟量控制中某个参数偏差一些影响更大，所以要给予充分地注意。在软件中编制相应的逻辑模块，才能全面地描述和表达机组从暖管、冲转、暖机、升速、并网、带负荷、热电负荷的综合调整，故障设置与处理的全部过程，实现全工况仿真。 该机组为了提高启停速度和减少启停时主设备的热应力，设置了法兰螺栓加热装置。故在仿真模型中对汽缸转子温度场计算，热传导，热应力，热膨胀计算等方面作了许多工作。既要考虑启停时的动态传热，又要考虑法兰加热投入与否等各种情况。这部分模型有很好的表现并可用于大机组热应力计算。（集控大机组自动启停时热应力控制就是根据蒸汽温度及温升速度利用上述模型计算的） 由于是双抽机组抽汽口与热网管道容积大，抽汽容积时间常数在很大范围变化。因为与其它环节时间常数相差过大，形成所谓的病态系统，容易造成仿真结果的发散。在解决这个问题时，主要用内部变时间步长的方法来解决。在保证模型稳定的情况下，还可少占用计算时间。 可以由指导员方便地设置故障，由学员根据声光信号、仪表指示分析、判断并处理，防止事故扩大，这些故障可以是单项的，也可是组合的，并可在短时间内反复强化训练。有存盘冻结功能，可以使培训在任何时候中断，间隔