電站模擬機電氣系統建模特點淺析

摘 要： 通過對核電站與火電廠模擬機電氣系統建模過程進行分析，論述了模擬機從500KV電氣主接線到110V直流系統實際電站內各電壓等級系統模型特點的異同之處，分析結果對核電站和火電廠模擬機電氣系統開發及設計具有指導意義，值得模擬機電氣系統開發設計人員參考和借鑒。

關鍵詞： 核電站； 火電廠； 模擬機； 電氣系統

中圖分類號：TM743 文獻標志碼：A 文章編號：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

模擬機無論是在新建電廠還是在已投產電廠中日益發揮著至關重要的功用[1]。電廠為了確保機組安全、穩定、經濟、長周期的運行，對于生產運行人員的操作能力要求非常高，因此電廠模擬機對運行人員機組操作、調整、事故處理、異常情況下人員協調、應急處理能力的培訓等方面的作用顯得特別重要。本文通過對某核電站1000MW模擬機和某火電廠600MW模擬機電氣系統模型特點進行分析，得出了核電站模擬機與火電廠模擬機模擬特點的異同之處，分析結果值得模擬機開發設計人員參考。

1 模擬機電氣系統建模過程

建立模擬機電氣系統模型通常都采用圖形化建模方法，依據設計院提出的設計圖紙和詳細的設計數據進行模型的搭建，通過電廠提供的實時數據或者設計院提供的100％負荷下的設備參數進行詳細設計（即參數化），將劃分后的各級電氣系統進行集成聯調測試并保存滿負荷穩定工況，再進行升降負荷測試，調試模型動態過程準確度和模擬精度，添加實際電廠所需要的電氣系統的各種故障并進行相關的各項測試，這就是電站模擬機電氣系統總體建模過程。從整體建模過程來看，核電站模擬機電氣系統開發設計與火電廠模擬機電氣系統開發設計過程及測試過程是一致的，其最終結果都是要滿足電廠用戶對模擬機的要求，實現模擬機對操作員的各種培訓功能，直至達到驗收標準為止。兩者只是在工期長短上略有不同，核電站模擬機開發設計受到DCS開發設計的時間節點限制，每一版本的DCS邏輯及數據差別很大，因此給核電站模擬機開發帶來了很大的限制，例如某核電站電氣系統數量多達120個，這無疑增加了模擬機電氣系統開發設計的時間，某核電站模擬機從搭建模型到交付用戶使用耗時兩年多。而某火電廠DCS采用的是FOXBRO公司生產的控制系統，其參考電站組態及數據比較完善，相互差別不是很大，因此火電廠模擬機開發設計工期較短，某電廠模擬機從搭建模型到交付用戶使用耗時半年多。

2 模擬機開發過程中對電氣系統的劃分

電廠里電氣系統數量比較多，為了便于管理和模型搭建，需要在電氣系統建模初期對電氣系統進行劃分。一般分為高壓主接線系統、發變組系統、勵磁系統、高壓廠用電系統、低壓廠用電系統及直流系統等幾大類[2]。對實際電廠中的設備，采用圖形化建模方式，分別封裝為相應的模塊，如母線、變壓器、發電機、AVR勵磁控制模塊、高中低壓開關、電動機等模塊。這種系統劃分和圖形化建模方法在某核電站和某火電廠模擬機開發和設計上基本是一致的，只是在采用的仿真支撐平臺及模塊工具上有所不同。某核電模擬機采用的是WSC開發的3KEYMASTER仿真平臺，而某火電廠模擬機采用的是北京同方電子科技有限公司開發設計的DECOSE仿真平臺。

3 高壓電氣主接線的模型分析

通過兩座電站模擬機高壓電氣主接線系統模型圖（如圖1所示）的對比分析，有如下結論：

⑴ 從某核電和某火電模擬機電氣主接線模型圖中可以看出，兩個模型圖均是依據各自設計院提供的主接線圖進行模型搭建的，由于需要模擬的只有1＃機組，因此主接線圖上其他機組的3/2斷路器接線進行適當的簡化，只模擬其在DCS畫面上的開關狀態靜態顯示，不做操作上的模擬。

⑵ 與外電網的連接上二者均是采用了無限大電網的簡化方法，將外網簡化為無線大電網，設置了無限大電網電壓和頻率邊界條件。

⑶ 區別之一是某核電模擬機電氣系統對電廠所有PT、CT均采用transmitter的模擬方式，將這些設備簡化為變送器進行傳值模擬；而某電廠PT模擬是用PT模塊把PT看作變壓器來進行模擬的，對CT進行了簡化處理直接從模塊參數對外傳值的模擬方式。

⑷ 區別之二是某核電模擬機采用的是3KEYMASTER仿真平臺，集成了模塊動態顯示的功能，開關狀態紅色表示閉合、綠色表示斷開狀態，這在電氣系統模型調試過程中給開發設計人員提供了極大的便利，不需要雙擊模塊查看參數就可以觀察到開關的狀態，從而節省了模型調試時間；而某電廠采用的是DECOSE仿真平臺，電氣主線圖模型上沒有模塊動態顯示功能，這在模型調試過程中需要雙擊模塊查看參數才能知道模塊的運行狀態，在調試時有些不便。

4 中壓6.6KV段電氣系統模型圖分析

通過兩座電站模擬機6.6KV電氣系統的模型圖（如圖2所示）的對比分析，有如下結論：

⑴ 兩座電站模擬機6.6kV電氣系統，均是按照設計院提供的接線圖進行模擬，主體結構與設計圖紙保持一致，圖紙上的所有設備都有模擬，只是進線PT某核電采用transmitter模擬方式，而某火電項目采用的是變壓器設備的模擬方式。

⑵ 電站操作員需要對電動機刀閘的小車開關的拉進拉出進行培訓，某核電采用的是用通斷模塊在刀閘上游來進行功能模擬，模塊斷開時表示小車開關在拉出位置，模塊閉合時表示小車開關在推進位置；而某火電是在刀閘模塊中增加了試驗位、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行操作。

5 低壓380V電氣系統模型圖分析

通過兩座電站模擬機380V電氣系統模型圖（如圖3所示）的對比分析，有如下結論：

⑴ 某核電和某火電兩座電站380V電氣系統模型圖搭建基本一致，均是按照設計院提供圖紙進行建模，只是某核電在建模時考慮到電動機電流會在DCS畫面上有顯示，在建模時增加了相應測點，而某火電的電動機電流只能雙擊模塊查看參數，在模型調試期間某核電比某火電的模型調試更方便一些。

⑵ 某核電在模型搭建上考慮到了對上下級系統的訪問，因此在模型搭建時增加了LGA動態鏈接，可以在LKA模型圖里直接鏈接到LGA上游系統里，比某火電模型對電氣系統整體結構能更好地被理解和熟悉。

圖2 某核電模擬機LGB系統和某火電模擬機6KV A段模型圖

圖3 某核電模擬機LKA系統和某火電模擬機汽機PC段模型圖

6 直流110V電氣系統模型圖分析

通過兩座電站模擬機110V直流電氣系統模型圖（如圖4所示）的對比分析，有如下結論：

⑴ 某核電和某火電直流系統都按照電廠實際需求對下游系統提供控制電模擬，同樣地簡化了下游各級開關柜的模擬，直接將控制電從第一級配電盤下游負荷傳值給其他各級系統，不再模擬中間環節的供電連接。

⑵ 某核電110V直流開關編號與實際圖紙編號一致，而某火電開關編號按照順序給定的并沒有按實際編號進行命名，這樣就導致在失電故障情況下對失電刀閘的查找沒有某核電模型便利。

圖4 某核電LBJ系統和某火電110V直流饋線屏模型圖

7 對比結果分析

從兩座電站模擬機電氣系統建模過程和模型圖上進行對比分析發現，核電模擬機和火電模擬機在電氣系統建模過程與所模擬的設備是一致的，只是局部細節側重有所不同，某核電采用了WSC公司開發設計的3KEYMASTER仿真平臺，在人機交流等細節上考慮得更加全面一些，在模型調試上比某火電模擬機更加便利。兩座電站模型圖的搭建方法和簡化處理值得電站模擬機開發和設計人員參考。

參考文獻：

[1] 陳國慧.仿真機在電廠中的作用[J].中國新技術新產品，2009.12：5

[2] 林軒波.600MW核電機組全范圍仿真機電氣系統仿真[J].應用科技，2003.11：1