摘 要： 通過(guò)對(duì)核電站與火電廠模擬機(jī)電氣系統(tǒng)建模過(guò)程進(jìn)行分析，論述了模擬機(jī)從500KV電氣主接線到110V直流系統(tǒng)實(shí)際電站內(nèi)各電壓等級(jí)系統(tǒng)模型特點(diǎn)的異同之處，分析結(jié)果對(duì)核電站和火電廠模擬機(jī)電氣系統(tǒng)開發(fā)及設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，值得模擬機(jī)電氣系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)人員參考和借鑒。

關(guān)鍵詞： 核電站； 火電廠； 模擬機(jī)； 電氣系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM743 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）02-11-03

Analysis on characteristics of electrical system modeling in power station simulator

Qi Hongwei， Wang Feng， Pei Yixing

（China Nuclear Power Simulation Technology Co.， Ltd， Shenzhen， Guangdong 518115， China）

Abstract： The modeling process of the nuclear power station and thermal power plant simulator is analyzed. The differences and similarities of system models in actual power stations at every voltage level from the 500 KV main electrical wiring to 110V DC systems are discussed. The results have a guiding significance for development and design of simulator electrical system in nuclear power plant and thermal power plant. It can be a reference for design teams.

Key words： nuclear power plant； thermal power plant； simulator； electrical system

0 引言

模擬機(jī)無(wú)論是在新建電廠還是在已投產(chǎn)電廠中日益發(fā)揮著至關(guān)重要的功用[1]。電廠為了確保機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、長(zhǎng)周期的運(yùn)行，對(duì)于生產(chǎn)運(yùn)行人員的操作能力要求非常高，因此電廠模擬機(jī)對(duì)運(yùn)行人員機(jī)組操作、調(diào)整、事故處理、異常情況下人員協(xié)調(diào)、應(yīng)急處理能力的培訓(xùn)等方面的作用顯得特別重要。本文通過(guò)對(duì)某核電站1000MW模擬機(jī)和某火電廠600MW模擬機(jī)電氣系統(tǒng)模型特點(diǎn)進(jìn)行分析，得出了核電站模擬機(jī)與火電廠模擬機(jī)模擬特點(diǎn)的異同之處，分析結(jié)果值得模擬機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)人員參考。

1 模擬機(jī)電氣系統(tǒng)建模過(guò)程

建立模擬機(jī)電氣系統(tǒng)模型通常都采用圖形化建模方法，依據(jù)設(shè)計(jì)院提出的設(shè)計(jì)圖紙和詳細(xì)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的搭建，通過(guò)電廠提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或者設(shè)計(jì)院提供的100％負(fù)荷下的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)（即參數(shù)化），將劃分后的各級(jí)電氣系統(tǒng)進(jìn)行集成聯(lián)調(diào)測(cè)試并保存滿負(fù)荷穩(wěn)定工況，再進(jìn)行升降負(fù)荷測(cè)試，調(diào)試模型動(dòng)態(tài)過(guò)程準(zhǔn)確度和模擬精度，添加實(shí)際電廠所需要的電氣系統(tǒng)的各種故障并進(jìn)行相關(guān)的各項(xiàng)測(cè)試，這就是電站模擬機(jī)電氣系統(tǒng)總體建模過(guò)程。從整體建模過(guò)程來(lái)看，核電站模擬機(jī)電氣系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)與火電廠模擬機(jī)電氣系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程及測(cè)試過(guò)程是一致的，其最終結(jié)果都是要滿足電廠用戶對(duì)模擬機(jī)的要求，實(shí)現(xiàn)模擬機(jī)對(duì)操作員的各種培訓(xùn)功能，直至達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為止。兩者只是在工期長(zhǎng)短上略有不同，核電站模擬機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)受到DCS開發(fā)設(shè)計(jì)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)限制，每一版本的DCS邏輯及數(shù)據(jù)差別很大，因此給核電站模擬機(jī)開發(fā)帶來(lái)了很大的限制，例如某核電站電氣系統(tǒng)數(shù)量多達(dá)120個(gè)，這無(wú)疑增加了模擬機(jī)電氣系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的時(shí)間，某核電站模擬機(jī)從搭建模型到交付用戶使用耗時(shí)兩年多。而某火電廠DCS采用的是FOXBRO公司生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，其參考電站組態(tài)及數(shù)據(jù)比較完善，相互差別不是很大，因此火電廠模擬機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)工期較短，某電廠模擬機(jī)從搭建模型到交付用戶使用耗時(shí)半年多。

2 模擬機(jī)開發(fā)過(guò)程中對(duì)電氣系統(tǒng)的劃分

電廠里電氣系統(tǒng)數(shù)量比較多，為了便于管理和模型搭建，需要在電氣系統(tǒng)建模初期對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行劃分。一般分為高壓主接線系統(tǒng)、發(fā)變組系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、高壓廠用電系統(tǒng)、低壓廠用電系統(tǒng)及直流系統(tǒng)等幾大類[2]。對(duì)實(shí)際電廠中的設(shè)備，采用圖形化建模方式，分別封裝為相應(yīng)的模塊，如母線、變壓器、發(fā)電機(jī)、AVR勵(lì)磁控制模塊、高中低壓開關(guān)、電動(dòng)機(jī)等模塊。這種系統(tǒng)劃分和圖形化建模方法在某核電站和某火電廠模擬機(jī)開發(fā)和設(shè)計(jì)上基本是一致的，只是在采用的仿真支撐平臺(tái)及模塊工具上有所不同。某核電模擬機(jī)采用的是WSC開發(fā)的3KEYMASTER仿真平臺(tái)，而某火電廠模擬機(jī)采用的是北京同方電子科技有限公司開發(fā)設(shè)計(jì)的DECOSE仿真平臺(tái)。

3 高壓電氣主接線的模型分析

通過(guò)兩座電站模擬機(jī)高壓電氣主接線系統(tǒng)模型圖（如圖1所示）的對(duì)比分析，有如下結(jié)論：

⑴ 從某核電和某火電模擬機(jī)電氣主接線模型圖中可以看出，兩個(gè)模型圖均是依據(jù)各自設(shè)計(jì)院提供的主接線圖進(jìn)行模型搭建的，由于需要模擬的只有1＃機(jī)組，因此主接線圖上其他機(jī)組的3/2斷路器接線進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，只模擬其在DCS畫面上的開關(guān)狀態(tài)靜態(tài)顯示，不做操作上的模擬。

⑵ 與外電網(wǎng)的連接上二者均是采用了無(wú)限大電網(wǎng)的簡(jiǎn)化方法，將外網(wǎng)簡(jiǎn)化為無(wú)線大電網(wǎng)，設(shè)置了無(wú)限大電網(wǎng)電壓和頻率邊界條件。

⑶ 區(qū)別之一是某核電模擬機(jī)電氣系統(tǒng)對(duì)電廠所有PT、CT均采用transmitter的模擬方式，將這些設(shè)備簡(jiǎn)化為變送器進(jìn)行傳值模擬；而某電廠PT模擬是用PT模塊把PT看作變壓器來(lái)進(jìn)行模擬的，對(duì)CT進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理直接從模塊參數(shù)對(duì)外傳值的模擬方式。

⑷ 區(qū)別之二是某核電模擬機(jī)采用的是3KEYMASTER仿真平臺(tái)，集成了模塊動(dòng)態(tài)顯示的功能，開關(guān)狀態(tài)紅色表示閉合、綠色表示斷開狀態(tài)，這在電氣系統(tǒng)模型調(diào)試過(guò)程中給開發(fā)設(shè)計(jì)人員提供了極大的便利，不需要雙擊模塊查看參數(shù)就可以觀察到開關(guān)的狀態(tài)，從而節(jié)省了模型調(diào)試時(shí)間；而某電廠采用的是DECOSE仿真平臺(tái)，電氣主線圖模型上沒(méi)有模塊動(dòng)態(tài)顯示功能，這在模型調(diào)試過(guò)程中需要雙擊模塊查看參數(shù)才能知道模塊的運(yùn)行狀態(tài)，在調(diào)試時(shí)有些不便。

4 中壓6.6KV段電氣系統(tǒng)模型圖分析

通過(guò)兩座電站模擬機(jī)6.6KV電氣系統(tǒng)的模型圖（如圖2所示）的對(duì)比分析，有如下結(jié)論：

⑴ 兩座電站模擬機(jī)6.6kV電氣系統(tǒng)，均是按照設(shè)計(jì)院提供的接線圖進(jìn)行模擬，主體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)圖紙保持一致，圖紙上的所有設(shè)備都有模擬，只是進(jìn)線PT某核電采用transmitter模擬方式，而某火電項(xiàng)目采用的是變壓器設(shè)備的模擬方式。

⑵ 電站操作員需要對(duì)電動(dòng)機(jī)刀閘的小車開關(guān)的拉進(jìn)拉出進(jìn)行培訓(xùn)，某核電采用的是用通斷模塊在刀閘上游來(lái)進(jìn)行功能模擬，模塊斷開時(shí)表示小車開關(guān)在拉出位置，模塊閉合時(shí)表示小車開關(guān)在推進(jìn)位置；而某火電是在刀閘模塊中增加了試驗(yàn)位、工作位的切換邏輯模擬，直接在模塊或者在地圖上就可以進(jìn)行操作。

5 低壓380V電氣系統(tǒng)模型圖分析

通過(guò)兩座電站模擬機(jī)380V電氣系統(tǒng)模型圖（如圖3所示）的對(duì)比分析，有如下結(jié)論：

⑴ 某核電和某火電兩座電站380V電氣系統(tǒng)模型圖搭建基本一致，均是按照設(shè)計(jì)院提供圖紙進(jìn)行建模，只是某核電在建模時(shí)考慮到電動(dòng)機(jī)電流會(huì)在DCS畫面上有顯示，在建模時(shí)增加了相應(yīng)測(cè)點(diǎn)，而某火電的電動(dòng)機(jī)電流只能雙擊模塊查看參數(shù)，在模型調(diào)試期間某核電比某火電的模型調(diào)試更方便一些。

⑵ 某核電在模型搭建上考慮到了對(duì)上下級(jí)系統(tǒng)的訪問(wèn)，因此在模型搭建時(shí)增加了LGA動(dòng)態(tài)鏈接，可以在LKA模型圖里直接鏈接到LGA上游系統(tǒng)里，比某火電模型對(duì)電氣系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)能更好地被理解和熟悉。

圖2 某核電模擬機(jī)LGB系統(tǒng)和某火電模擬機(jī)6KV A段模型圖

圖3 某核電模擬機(jī)LKA系統(tǒng)和某火電模擬機(jī)汽機(jī)PC段模型圖

6 直流110V電氣系統(tǒng)模型圖分析

通過(guò)兩座電站模擬機(jī)110V直流電氣系統(tǒng)模型圖（如圖4所示）的對(duì)比分析，有如下結(jié)論：

⑴ 某核電和某火電直流系統(tǒng)都按照電廠實(shí)際需求對(duì)下游系統(tǒng)提供控制電模擬，同樣地簡(jiǎn)化了下游各級(jí)開關(guān)柜的模擬，直接將控制電從第一級(jí)配電盤下游負(fù)荷傳值給其他各級(jí)系統(tǒng)，不再模擬中間環(huán)節(jié)的供電連接。

⑵ 某核電110V直流開關(guān)編號(hào)與實(shí)際圖紙編號(hào)一致，而某火電開關(guān)編號(hào)按照順序給定的并沒(méi)有按實(shí)際編號(hào)進(jìn)行命名，這樣就導(dǎo)致在失電故障情況下對(duì)失電刀閘的查找沒(méi)有某核電模型便利。

圖4 某核電LBJ系統(tǒng)和某火電110V直流饋線屏模型圖

7 對(duì)比結(jié)果分析

從兩座電站模擬機(jī)電氣系統(tǒng)建模過(guò)程和模型圖上進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，核電模擬機(jī)和火電模擬機(jī)在電氣系統(tǒng)建模過(guò)程與所模擬的設(shè)備是一致的，只是局部細(xì)節(jié)側(cè)重有所不同，某核電采用了WSC公司開發(fā)設(shè)計(jì)的3KEYMASTER仿真平臺(tái)，在人機(jī)交流等細(xì)節(jié)上考慮得更加全面一些，在模型調(diào)試上比某火電模擬機(jī)更加便利。兩座電站模型圖的搭建方法和簡(jiǎn)化處理值得電站模擬機(jī)開發(fā)和設(shè)計(jì)人員參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳國(guó)慧.仿真機(jī)在電廠中的作用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009.12：5

[2] 林軒波.600MW核電機(jī)組全范圍仿真機(jī)電氣系統(tǒng)仿真[J].應(yīng)用科技，2003.11：1