香港 350 MW 火电机组仿真系统的更新设计及实现.pdf

第 28卷第 1 期 1998 年 1 月 东 南 大 学 学 报 JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY Vol28 No1 Jan. 1998 工程应用 香港 350 MW 火电机组仿真系统的更新设计及实现 冷 杉 东南大学动力工程系, 南京 210096 坐落于香港新界西部的青山发电厂是香港中华电力公司属下的主力燃煤发电厂, 总发电 容量达 4 120 MW, 主设备全由英国厂商制造. 该厂运行管理的一个特色是在建厂初期就开始 采用全范围仿真系统对运行人员进行严格、 细致的培训. 有 350 MW 和 680 MW 两套火电机 组仿真系统长期、 频繁地运行, 收到了良好的效果. 后来, 这种培训模式为东南亚和我国内地众 多电力企业效仿. 经过十多年的运行, 香港 350 MW 火电机仿真系统已经显得落后, 不能满足继续培训的 要求. 应香港方面邀请, 我们进行了更新设计并付诸实现. 1 设计目标 香港 350 MW 火电机组仿真系统是80年代初与电厂主设备同时成套供货的, 由当时英国 中央电力局 CEGB 仿真系统部开发. 该系统采用两台 GOULD -SEL 32/ 77 小型计算机作为仿 真主机, 两机之间由共享内存连接, 一台运行仿真数学模型, 另一台管理输入输出. 在主机和接 口系统之间, 设有LSI/ 11 通道控制器, 通过 CAMAC 接口与控制盘台设备相连. 该仿真系统的 模拟控制盘台上安装了与机组控制盘台相同的仪表设备, 真实感很强. 对于过程监控计算机系 统的仿真, 采用 DEC PDP/ 11 -34 小型计算机带 4 台彩色终端实现. 经调研分析发现, 该仿真系 统存在如下问题需要在更新设计时解决 主机和通道硬件设备和操作系统无继续支持; 接 口系统设备庞大, 布线复杂; 机组添加设备造成仿真范围扩大, 需扩充接口 900 点和相应数 学模型; 监控计算机已更新, 需重新设计仿真监控功能; 数学模型响应特性和逼真度不好; 教练员台功能不完善; 仿真系统运行维护费用过高. 因此研究制定的更新设计的目标是 应用最新的计算机仿真技术, 在保留原有的控制盘台 仪表的基础上, 更换其他全部硬件, 重新设计软件, 实现机组全范围、 全过程和高逼真度的仿 真, 达到美国 ISA77. 20 标准的要求[1,2]. 2 硬件配置 经过更新设计的仿真系统硬件配置如附图, 除保留原有的控制盘台仪表以外, 更换了全部 硬件. 收稿日期1997- 03- 31, 修改稿收到日期 1997- 11- 06. 附图 香港 350 MW 火电机组仿真系统硬件结构图 1 主计算机系统 用以存放锅炉、 汽轮机、 发电机等的数学模型程序和数据库, 实施整个 仿真系统的运行. 新的主计算机采用了原型号的升档型 32 位实时机 ENCORE SEL/ PAC 6741D, 内存16 Mb, 外存 1 Gb, 系统总线整度达 26. 6 Mb/ s, 并插有连接外设的多功能板. 主机 与外界的通道是由 4 条 ADI 高速串行通讯电缆和 2 条 RS -232 串行通讯电缆构成, ADI 用于 输入输出接口连接, RS -232 用于微机网络连接. 新主机取代了原 2 台主机的全部功能和部分 原监控仿真计算机的功能. 2 输入输出接口系统 用以在主机和控制盘台之间实时交换数据. 新的接口选用 CPI RTP 系列, 在 4 条链路上共安装了 27 台 RTP 机箱. 由于新选用的机箱集成度高, 可直接安装 在盘台内. 全部输入输出接口 4 700 点, 刷新速度 10 次/ 秒. 新的接口系统替代和扩充了原 CAMAC 系统, 技术性能大大提高. 3 微机系统 新的教练员台和仿真监控计算机均采用连网的 486微机实现. 3 软件构成 按更新设计目标, 需重新开发全部软件. 新的仿真系统由操作系统、 仿真支撑软件、 教练员 台软件、 数学模型软件和监控仿真软件等构成了大型实时软件体系. 1 仿真支撑软件 更新设计和调试运行模型软件是在仿真支撑软件支撑下进行的. 仿真 支撑软件提供众多的开发手段, 包括数据库管理、 初始条件的设置与保存、 编译预处理、 模块组 装、 记录和重演、 分时调试、 实时执行、 接口管理等功能, 显示了在开发和调试方面较原系统具 110东 南 大 学 学 报 第 28 卷 有突出的优势. 2 教练员台软件 用于实施仿真培训控制, 提供了仿真控制、 显示操作和培训支持等功 能. 通过 CRT 窗口, 能设置培训项目、 控制运行状态、 插入故障、 进行就地操作和检查仿真系统 设备等. 新系统教练员台丰富的培训功能和方便的人机界面, 明显优于原仿真系统字符型教练 员终端. 3 数学模型软件 更新设计的仿真系统要求建立全新的数学模型, 并采用模块化实现编 程, 全面模拟香港350 MW 火电机组的锅炉、 汽轮机、 发电机、 辅助设备、 控制仪表等11 个分系 统. 分系统数学模型模块及其仿真对象特点为 锅炉系统 BR 仿真前三排、 后两排燃烧器构成的前后墙对冲式自然循环汽包锅炉; 空气和烟气系统 AG 仿真 2 台送风机、 2 台引风机和 5 台一次风机组成的系统; 燃料系统 FS 仿真 5 台直吹式中速磨制粉系统和重油系统组成的双燃料系统; 主蒸汽系统 MS 仿真过热蒸汽系统、 再热蒸汽系统和旁路蒸汽系统; 凝结水和给水系统 CF 仿真四级低加、 一级除氧、 3台电动泵和三级高加组成的系统; 循环水系统 CW 仿真单压式凝汽器海水循环冷却系统; 汽机本体系统 TB 仿真三缸双排汽冲动式汽轮机; 汽机控制系统 TC 仿真飞锤测速全液压式调速和保安系统; 锅炉控制系统 CS 仿真锅炉主指令控制系统和给水控制、 汽温控制和负压控制等系 统; 发电机系统 EG 仿真双极性转子发电机及其氢水冷却系统; 配电系统 ED 仿真 400 kV 出线、 132 kV 内部母线和厂用电系统. 4 调试与检测 由于该系统的更新设计和实现必须安排在两地进行, 先在珠海实现无控制盘台的内部调 试, 后在香港现场完成新老硬件设备安装连接, 并进行了软硬件联调和验收测试. 根据完整严 格的验收测试规程 ATP , 香港方面技术人员对实现了更新设计的仿真系统进行全面的运行 检测, 并与 350 MW 火电机组的运行规律和数据进行比较, 验证了模型的性能. 5 结 论 香港 350 MW 火电机组全范围仿真系统的更新设计与实现, 在我国尚属首次, 证明我们 可以在此类技术和服务方面超过国际著名仿真系统公司的水准, 获得用户的认可. 与此仿真系 统原技术构成相当的火电机组仿真系统在国内、 东南亚和世界各地有几十套, 都会面临更新问 题. 香港 350 MW 火电机组仿真系统的更新设计和实现成功, 为此类更新问题的解决提供了 很好的范例. 参考文献 1 American National Standard. Fossil power plant simulators functional requirements. ISA 77. 11. 1990, 8, 1 2 Neilson P E. Providing hands on experience at moneypoint. Modern Power Systems, 1996, 6 79 83 111第 1 期 冷 杉 香港 350 MW 火电机组仿真系统的更新设计及实现 Renewal Design of the 350 MW Fossil Power Plant Simulator in Hongkong Leng Shan Department of Power Engineering, Southeast University, Nanjing 210096 Abstract A survey is presented including features of modification and renewal design, configu - rations of hardware and soft ware technology, contents and functions of modelling simulation of the 350 MW fossil power plant simulator in Hongkong. Key words fossil power plant; simulator; operation training; renewal 112东 南 大 学 学 报 第 28 卷