電廠仿真教學在《汽輪機設備及運行》課程的實踐

郭靜靜

本文基于《汽輪機設備及運行》的教學改革，將其與電廠仿真實踐教學結合，探索改革新模式。首先從《汽輪機設備及運行》課程性質來說明電廠仿真教學在本門課程的重要性，介紹了電廠仿真軟件，接著講述仿真軟件在課程中的實踐教學，最后對電廠仿真系統在《汽輪機設備及運行》課程教學中的效果及反思進行總結。

1.《汽輪機設備及運行》課程性質

《汽輪機設備及運行》是電廠熱能動力裝置專業的專業核心課程，是基于汽輪機設備及汽輪機運行工作過程的課程。《汽輪機設備及運行》是建立在《工程熱力學》、《傳熱學》和《流體力學泵與風機》等課程學習的基礎上的，研究汽輪機的工作原理、汽輪機本體結構、汽輪機的附屬設備、汽輪機的調節供油系統以及汽輪機啟動、運行和停機的基本理論、操作注意事項、運行維護和汽輪機事故處理等。該課程具有很強的理論和實踐相結合的特點，是學習后續《熱力發電廠》、《單元機組集控運行》等課程的基礎。

2.電廠仿真教學的介紹

電廠仿真教學是利用計算機仿真軟件進行教學的。本校所采用的仿真軟件是由北京紫光智能機器人系統有限公司研發，演示與真實情況相同的電力設備各種運行方式的狀態，包括起動、正常運行、停機和事故情況下的狀態，可以滿足各種目的的教學要求。隨著仿真技術的進步和發展，火電機組仿真系統的操作界面、報警畫面、操作方法均與實際電廠的集控室一致，對于仿真機無法實現的就地操作，則通過計算機模擬的方法實現。仿真系統操作主要是鍋爐側和汽機側，鍋爐側界面包括鍋爐主菜單、鍋爐就地主菜單和FUSS（燃燒器管理系統），汽機側分為汽機就地主菜單和汽機主菜單，汽機就地主菜單中主要是控制一些就地閥門，循環水泵和手動門。操作系統主要有：主蒸汽系統，凝結水系統，給水除氧系統，油系統，高加、低加系統，水、氫冷系統，汽封、真空系統，開式、循環水系統，給水泵系統，汽輪機進水檢測系統，輔汽熱控系統，小機熱力系統，汽輪機危急跳閘系統等。

依托當地能化企業的實際情況，本校以600MW超臨界機組為例進行仿真教學，汽輪機為上海汽輪機廠生產的超臨界、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、凝汽式汽輪機，型號為N600-24.2/566/566。汽輪機具有沖動式調節級和反動式壓力級的混合型式，共48級葉輪，其中高壓缸1+11級，中壓缸8級，低壓缸2×2×7級，具有8段不調整抽汽。主蒸汽通過汽輪機兩側的高壓主汽閥-調節閥組件進入汽輪機，其中高壓進汽管兩根接在上缸，兩根接在下缸，分別經進汽套管連接到高壓缸上。

3.電廠仿真教學在《汽輪機設備及運行》課程的實踐

《汽輪機設備及運行》課程的教學是在學生進行了電廠企業的認識實習之后進行的。本門課程在教學過程中分為六個學習情境講授，包括汽輪機設備認知、汽輪機工作過程分析、汽輪機啟動、汽輪機運行維護、汽輪機停機和汽輪機典型事故處理。在學習了汽輪機設備認知、汽輪機工作過程分析的基本理論知識之后進行仿真教學，使學生更易理解仿真系統中設備的含義及工作原理。

電廠仿真教學運用于《汽輪機設備及運行》課程改革過程中，用了相鄰兩個年級的學生來實踐。三年制15級的學生中抽取一部分學生組成興趣小組，利用課后時間進行仿真教學實踐，對于汽輪機沖轉前的準備、沖轉及沖轉后的升負荷、穩定運行進行反復練習，最終學生練習的參數調整整體較好，能夠領會汽輪機運行前后的參數意義，對今后從事汽輪機工作打牢了基礎，同時摸索出汽輪機仿真教學整體班級授課的思路和方法。第二年在三年制16級的學生中進行集體仿真教學。在認識了汽輪機本體、附屬設備及相關泵、閥的結構、位置后，將仿真練習運用在教學中。仿真教學內容主要包括：熟悉仿真機組鍋爐部分、汽輪機部分的操作界面，進行啟動前的檢查和準備工作；鍋爐側上水、爐底推動、吹掃、點火、磨煤、升溫升壓并網帶負荷；汽機側冷態滑參數聯合啟動、并網、帶負荷；運行過程中主要參數的監控；根據參數變化調整工況，逐漸升負荷直至正常穩定運行。在后期汽輪機故障及排除的教學中，針對汽輪機常見的故障：汽輪機水沖擊、汽輪發電機組振動大、汽輪機超速、軸向位移增大、凝汽器真空下降、主再熱蒸汽溫度異常、潤滑油壓、油位下降、油系統著火、EH油系統故障及DEH系統異常等在仿真機上進行故障現象判斷、分析和及時處理。

4.電廠仿真系統在《汽輪機設備及運行》課程教學中的效果及反思

通過汽輪機仿真教學，學生可全面了解汽輪機的熱力系統、熱工控制，了解機組中的汽輪機設備的結構、功能、特點及整體布置，掌握機組啟動、運行的基本操作，對于沖轉、升負荷及后期簡單的故障能進行及時正確的分析和處理，培養學生對企業工作的責任感和處理問題的應急能力，極大的增強了學生的實踐能力。電廠仿真系統所建立的嚴格、精確的數學模型，包含了本課程的所有專業知識，通過仿真教學，學生不僅可以提高運行操作能力，還能鞏固學過的專業基礎知識，如傳熱學、工程熱力學、泵與風機、熱工儀表及自動控制等，將專業知識與實踐操作有效地結合起來。

同時在此次教學改革過程中，有做的不足的地方需要今后教學中進一步改進。改進建議如下：一是實踐教學中可讓每個小組的學生推選出“值長”，負責分配任務和協調運行。幾個小組同時開始操作，小組之間暗暗競爭，看準先并網發電，看準出現的問題或者事故少。這樣，學生的積極性都被調動起來，以電廠操作人員的心態投入仿真實訓中。二是注重培養安全意識。將電廠，方真系統運用在《汽輪機設備及運行》課程教學中穿插介紹電廠中由于人為因素造成的嚴重事故，給學生們敲響警鐘，一定要把安全運行放在第—位，要時時亥咳0想到自己的責任，為每個生命負責。在教學中不僅要培養學生的操作技能和應急能力等專業知識，還要培養學生的安全意識和協同合作精神。練習的不注意會導致參數異常，不及時處理將導致澡怍失敗，可以分析原因，找出對策，而實際運行中操怍的隨意性所帶來的往往是非常嚴重的后果，可能危及設備甚至傷害人身安全。