基于仿真機(jī)的集控運(yùn)行值班員技術(shù)培訓(xùn)的探討

華電龍口發(fā)電股份有限公司 張永清

隨著我國(guó)電力技術(shù)的快速發(fā)展，火電機(jī)組設(shè)備的更新升級(jí)正在從小容量、低參數(shù)、高污染到大容量、高參數(shù)、低污染的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變。而機(jī)組容量的擴(kuò)大、參數(shù)的升級(jí)勢(shì)必對(duì)運(yùn)行操作人員提出更高要求。為適應(yīng)這一形勢(shì)，國(guó)內(nèi)各地區(qū)、各省電網(wǎng)公司、各有條件的電廠都先后成立了仿真培訓(xùn)中心，利用集控運(yùn)行仿真機(jī)對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行操作指導(dǎo)、培訓(xùn)達(dá)標(biāo)、技能鑒定考核、集控運(yùn)行競(jìng)賽、事故演練、模擬實(shí)驗(yàn)等相關(guān)工作，以此來(lái)提升集控運(yùn)行人員的專(zhuān)業(yè)技能和事故應(yīng)急能力。我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也明確規(guī)定相關(guān)運(yùn)行人員須經(jīng)過(guò)電力行業(yè)仿真機(jī)培訓(xùn)，考核通過(guò)后方可持證上崗。

1 集控運(yùn)行仿真機(jī)的介紹及其應(yīng)用意義

1.1 集控運(yùn)行仿真機(jī)的形成介紹

電廠是一個(gè)復(fù)雜且龐大的生產(chǎn)電與熱的工廠，由燃料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等眾多系統(tǒng)構(gòu)成。現(xiàn)場(chǎng)的主要設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等各種主輔設(shè)備，環(huán)境復(fù)雜。如鍋爐設(shè)備包含了爐膛、空氣預(yù)熱器、過(guò)熱器、再熱器等主體設(shè)備以及磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)等各種輔機(jī)。汽輪機(jī)設(shè)備包含汽輪機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、凝汽器、除氧器、加熱器、給水泵、凝結(jié)水泵和真空泵等各種設(shè)備。發(fā)電機(jī)設(shè)備包含發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等。

集控運(yùn)行主要就是對(duì)電廠運(yùn)行過(guò)程中所需的機(jī)、爐、電采用單元制機(jī)組進(jìn)行集中控制，統(tǒng)一管理。機(jī)組通過(guò)集散控制系統(tǒng)DCS 等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行，由集控值班員進(jìn)行全程監(jiān)視，通過(guò)電氣停送電等相關(guān)操作，監(jiān)視調(diào)整鍋爐等設(shè)備的燃燒情況，進(jìn)行自動(dòng)化管理，確保設(shè)備之間的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)從燃料的化學(xué)能、蒸汽的熱能到機(jī)械能再到電能的正常轉(zhuǎn)換，保障電廠的正常運(yùn)行。

仿真，顧名思義就是利用模型模仿復(fù)現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)中的本質(zhì)過(guò)程。仿真機(jī)就是應(yīng)用這一原理，利用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真的這樣一種機(jī)器。在現(xiàn)代化的電力仿真培訓(xùn)中心，各仿真機(jī)的模擬系統(tǒng)、操作系統(tǒng)盡管都是結(jié)合其各自實(shí)際的工藝流程進(jìn)行運(yùn)作，但原理是大體相同的。

仿真機(jī)的設(shè)備組成主要分成硬件部分和軟件部分。硬件部分包括網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行設(shè)備系統(tǒng)、人機(jī)交互設(shè)備仿真系統(tǒng)及其各種相關(guān)的輔助設(shè)備。軟件部分包括仿真教學(xué)模擬軟件、控制開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、教練員軟件、操作員軟件、虛擬控制軟件等各種軟件及其相關(guān)應(yīng)用程序[1]。通過(guò)對(duì)真實(shí)機(jī)器設(shè)備原型的參考，利用控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、參數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)作業(yè)的高度逼真還原，使其仿真機(jī)器設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)控制室相同，虛擬操作環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相似，虛擬DCS控制與現(xiàn)場(chǎng)DCS 控制相近，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)集控運(yùn)行的仿真操作。

1.2 集控運(yùn)行仿真機(jī)的應(yīng)用意義

仿真機(jī)因其高度的仿真性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)地操作的逼真模擬性。因此，值班員可通過(guò)對(duì)集控運(yùn)行仿真機(jī)的操作，來(lái)提升對(duì)實(shí)地操作的熟練程度。比如可利用仿真機(jī)機(jī)組冷態(tài)過(guò)程中的相關(guān)操作，根據(jù)仿真機(jī)機(jī)組負(fù)荷變化情況及時(shí)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行等仿真操作。此外還可學(xué)習(xí)正常停機(jī)、緊急停機(jī)等日常技能[2]。同時(shí)仿真機(jī)還能模擬電廠在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，并有相對(duì)應(yīng)的正確操作和解決方法，值班員可通過(guò)操作員軟件進(jìn)行反事故等故障模擬操作，從而提升值班過(guò)程中的應(yīng)急處理能力。

在理論知識(shí)方面，可通過(guò)仿真機(jī)的就地站操作系統(tǒng)等畫(huà)面，結(jié)合相關(guān)課程進(jìn)行實(shí)操分解[3]。如鍋爐的作用及其設(shè)備構(gòu)成、除渣除灰清灰系統(tǒng)操作注意事項(xiàng)、汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備的安裝調(diào)試注意事項(xiàng)及技術(shù)要求、主汽輪機(jī)及其抽汽疏水系統(tǒng)的操作規(guī)范等。另外還可通過(guò)仿真培訓(xùn)實(shí)現(xiàn)按專(zhuān)業(yè)、按崗位進(jìn)行仿真操作，通過(guò)分階段分層次地仿真訓(xùn)練，達(dá)到培養(yǎng)全能值班員的目的和操作員持證上崗等的相關(guān)要求。不僅如此，集控運(yùn)行仿真機(jī)的應(yīng)用，也為單位舉行集控技能競(jìng)賽訓(xùn)練提供了重要的工具作用，而且也為剛從學(xué)校畢業(yè)出來(lái)的學(xué)生，對(duì)初次接觸集控運(yùn)行的值班人員提供了良好的操作平臺(tái)。

2 影響仿真機(jī)對(duì)集控運(yùn)行值班員技術(shù)培訓(xùn)的因素分析

仿真機(jī)的投入建設(shè)程度。盡管我國(guó)在火電機(jī)組仿真機(jī)的開(kāi)發(fā)和研究上已較成熟，但由于發(fā)電設(shè)備眾多、系統(tǒng)復(fù)雜，且隨著電廠的規(guī)模及機(jī)組的單機(jī)容量的增大，相關(guān)設(shè)備的資金和技術(shù)含量也在逐步提高。因而勢(shì)必要求在火電機(jī)組仿真機(jī)的研發(fā)投入上充分實(shí)現(xiàn)與實(shí)際機(jī)組設(shè)備投入的同步。比如原來(lái)仿真機(jī)系統(tǒng)上沒(méi)有脫硫脫硝系統(tǒng)模塊，需軟件開(kāi)發(fā)方提供升級(jí)方案，從而更真實(shí)的來(lái)模擬實(shí)際機(jī)組設(shè)備的操作運(yùn)行。此外還需同步收集完善實(shí)際機(jī)組設(shè)備運(yùn)行中發(fā)生的故障，并對(duì)其類(lèi)型進(jìn)行恰當(dāng)分類(lèi)整理，以便能夠在仿真機(jī)的集控運(yùn)行操作中進(jìn)行仿真演練，從而提升集控運(yùn)行值班員的技術(shù)水平。

仿真指導(dǎo)教練員的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求。一個(gè)優(yōu)秀的教練員須具備更加系統(tǒng)化的理論知識(shí)，才能在仿真機(jī)培訓(xùn)中及時(shí)準(zhǔn)確地給受訓(xùn)人員帶來(lái)指導(dǎo)，從而達(dá)到值班員集控運(yùn)行技術(shù)的實(shí)操效果。因而教練員應(yīng)通過(guò)中電聯(lián)技能鑒定與教育培訓(xùn)中心考試認(rèn)證合格后才能持證上崗，才能真正開(kāi)展仿真指導(dǎo)教練員的相關(guān)工作。

對(duì)集控運(yùn)行值班員自身業(yè)務(wù)能力的要求。由于實(shí)操中的電廠運(yùn)行系統(tǒng)融合了多種專(zhuān)業(yè)知識(shí)，仿真機(jī)培訓(xùn)同樣要求運(yùn)行人員具備一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平，通過(guò)培訓(xùn)后進(jìn)一步熟悉電廠鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、熱力以及各種輔機(jī)的有關(guān)原理、流程、運(yùn)行操作方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。同時(shí)，集控運(yùn)行仿真機(jī)是建立在對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)熟練的操作基礎(chǔ)上，這就要求值班員也須具備一定的計(jì)算機(jī)技能才能對(duì)仿真機(jī)進(jìn)行相關(guān)操作。而在工作中，能同時(shí)具備機(jī)、爐、電三個(gè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的值班員相對(duì)較為缺乏，加上由于工作強(qiáng)度大，實(shí)際機(jī)組設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)等各種原因，使得值班員利用仿真機(jī)來(lái)進(jìn)行集控運(yùn)行操作的次數(shù)減少，從而導(dǎo)致了對(duì)培訓(xùn)工作的輕視。

3 對(duì)仿真機(jī)的集控運(yùn)行值班員技術(shù)培訓(xùn)的建議

繼續(xù)加大對(duì)電力仿真機(jī)的投入建設(shè)力度。可通過(guò)設(shè)立行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)基金、將每年的利潤(rùn)收益結(jié)余設(shè)定一定比例的金額作為研發(fā)投入經(jīng)費(fèi)等形式，成立一個(gè)與火電機(jī)組仿真機(jī)的研發(fā)資金相關(guān)的“基金池”，為仿真機(jī)的研發(fā)提供相關(guān)保障，為仿真機(jī)的技術(shù)培訓(xùn)創(chuàng)造出更好的設(shè)備環(huán)境。同時(shí)，充分運(yùn)用人工智能AI 技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、5G 的應(yīng)用發(fā)展等新概念新模式，促進(jìn)火電機(jī)組仿真機(jī)技術(shù)步入新的發(fā)展軌道，為仿真機(jī)培訓(xùn)問(wèn)題的進(jìn)一步優(yōu)化帶來(lái)新的方案。比如，浙江大學(xué)能源工程學(xué)院就已通過(guò)結(jié)合專(zhuān)業(yè)現(xiàn)實(shí)條件，建設(shè)出了化石燃料電廠虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，并充分利用了三維仿真、VR 設(shè)備進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)、搭載3D 虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)等教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)了仿真教學(xué)內(nèi)容的實(shí)時(shí)交互[4]。

持續(xù)提升仿真指導(dǎo)教練員的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求。仿真指導(dǎo)教練員除須具備過(guò)硬專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平外，還須有相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的沉淀和積累。對(duì)此可通過(guò)聯(lián)系同地區(qū)的其他兄弟單位、也可通過(guò)聯(lián)系上級(jí)集團(tuán)，對(duì)在火電機(jī)組仿真機(jī)培訓(xùn)建設(shè)方面取得較好成績(jī)的優(yōu)秀集體實(shí)地到訪進(jìn)行考察學(xué)習(xí)。考察結(jié)束后及時(shí)將交流學(xué)習(xí)得到的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身的實(shí)際情況進(jìn)行取長(zhǎng)補(bǔ)短，更好地融入到本單位的仿真機(jī)技術(shù)培訓(xùn)中。

創(chuàng)建并完善仿真機(jī)培訓(xùn)綜合評(píng)分系統(tǒng)。一套完整的集控運(yùn)行仿真機(jī)綜合評(píng)分系統(tǒng)對(duì)集控運(yùn)行值班員技術(shù)指導(dǎo)有著重要的意義。通過(guò)創(chuàng)建相關(guān)綜合評(píng)分系統(tǒng)，并在日常工作中進(jìn)行完善，使得企業(yè)單位高度重視對(duì)集控運(yùn)行值班員自身業(yè)務(wù)能力的培訓(xùn)建設(shè)，將對(duì)值班員通過(guò)仿真機(jī)的操作次數(shù)、完成結(jié)果和相關(guān)建議等納入綜合評(píng)分系統(tǒng)，并通過(guò)定期不定期地進(jìn)行回顧總結(jié)，充分發(fā)揮出仿真機(jī)在集控運(yùn)行值班員技術(shù)培訓(xùn)上的作用。

綜上，影響仿真機(jī)技術(shù)培訓(xùn)的因素實(shí)際上是多種多樣的，而完善仿真機(jī)培訓(xùn)的技術(shù)、制度、方案等又是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作。只有不斷優(yōu)化完善相關(guān)建議，不斷在探索中謀求進(jìn)步，仿真機(jī)培訓(xùn)的相關(guān)技術(shù)才能不斷成熟。唯此才能通過(guò)仿真機(jī)為集控運(yùn)行值班員技術(shù)培訓(xùn)提供更好的條件，才能更好地為火電機(jī)組仿真機(jī)培訓(xùn)的可操性做出更大的貢獻(xiàn)。