谈谈电站模拟机电气系统建模特点

摘 要： 通过对核电站与火电厂模拟机电气系统建模过程进行分析，论述了模拟机从500KV电气主接线到110V直流系统实际电站内各电压等级系统模型特点的异同之处，分析结果对核电站和火电厂模拟机电气系统开发及设计具有指导意义，值得模拟机电气系统开发设计人员参考和借鉴。
关键词： 核电站； 火电厂； 模拟机； 电气系统
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 he 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
模拟机无论是在新建电厂还是在已投产电厂中日益发挥着至关重要的功用。电厂为了确保机组安全、稳定、经济、长周期的运行，对于生产运行人员的操作能力要求非常高，因此电厂模拟机对运行人员机组操作、调整、事故处理、异常情况下人员协调、应急处理能力的培训等方面的作用显得特别重要。本文通过对某核电站1000MW模拟机和某火电厂600MW模拟机电气系统模型特点进行分析，得出了核电站模拟机与火电厂模拟机模拟特点的异同之处，分析结果值得模拟机开发设计人员参考。

1 模拟机电气系统建模过程

建立模拟机电气系统模型通常都采用图形化建模方法，依据设计院提出的设计图纸和详细的设计数据进行模型的搭建，通过电厂提供的实时数据或者设计院提供的100％负荷下的设备参数进行详细设计（即参数化），将划分后的各级电气系统进行集成联调测试并保存满负荷稳定工况，再进行升降负荷测试，调试模型动态过程准确度和模拟精度，添加实际电厂所需要的电气系统的各种故障并进行相关的各项测试，这就是电站模拟机电气系统总体建模过程。从整体建模过程来看，核电站模拟机电气系统开发设计与火电厂模拟机电气系统开发设计过程及测试过程是一致的，其最终结果都是要满足电厂用户对模拟机的要求，实现模拟机对操作员的各种培训功能，直至达到验收标准为止。两者只是在工期长短上略有不同，核电站模拟机开发设计受到DCS开发设计的时间节点限制，每一版本的DCS逻辑及数据差别很大，因此给核电站模拟机开发带来了很大的限制，例如某核电站电气系统数量多达120个，这无疑增加了模拟机电气系统开发设计的时间，某核电站模拟机从搭建模型到交付用户使用耗时两年多。而某火电厂DCS采用的是FOXBRO公司生产的控制系统，其参考电站组态及数据比较完善，相互差别不是很大，因此火电厂模拟机开发设计工期较短，某电厂模拟机从搭建模型到交付用户使用耗时半年多。

2 模拟机开发过程中对电气系统的划分

电厂里电气系统数量比较多，为了便于管理和模型搭建，需要在电气系统建模初期对电气系统进行划分。一般分为高压主接线系统、发变组系统、励磁系统、高压厂用电系统、低压厂用电系统及直流系统等几大类。对实际电厂中的设备，采用图形化建模方式，分别封装为相应的模块，如母线、变压器、发电机、R励磁控制模块、高中低压开关、电动机等模块。这种系统划分和图形化建模方法在某核电站和某火电厂模拟机开发和设计上基本是一致的，只是在采用的仿真支撑平台及模块工具上有所不同。某核电模拟机采用的是WSC开发的3KEYMASTER仿真平台，而某火电厂模拟机采用的是北京同方电子科技有限公司开发设计的DECOSE仿真平台。

3 高压电气主接线的模型分析

通过两座电站模拟机高压电气主接线系统模型图（如图1所示）的对比分析，有如下结论：
⑴ 从某核电和某火电模拟机电气主接线模型图中可以看出，两个模型图均是依据各自设计院提供的主接线图进行模型搭建的，由于需要模拟的只有1＃机组，因此主接线图上其他机组的3/2断路器接线进行适当的简化，只模拟其在DCS画面上的开关状态静态显示，不做操作上的模拟。
⑵ 与外电网的连接上二者均是采用了无限大电网的简化方法，将外网简化为无线大电网，设置了无限大电网电压和频率边界条件。
⑶ 区别之一是某核电模拟机电气系统对电厂所有PT、CT均采用tranitter

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的模拟方式，将这些设备简化为变送器进行传值模拟；而某电厂PT模拟是用PT模块把PT看作变压器来进行模拟的，对CT进行了简化处理直接从模块参数对外传值的模拟方式。⑷ 区别之二是某核电模拟机采用的是3KEYMASTER仿真平台，集成了模块动态显示的功能，开关状态红色表示闭合、绿色表示断开状态，这在电气系统模型调试过程中给开发设计人员提供了极大的便利，不需要双击模块查看参数就可以观察到开关的状态，从而节省了模型调试时间；而某电厂采用的是DECOSE仿真平台，电气主线图模型上没有模块动态显示功能，这在模型调试过程中需要双击模块查看参数才能知道模块的运行状态，在调试时有些不便。

4 中压6.6KV段电气系统模型图分析

通过两座电站模拟机6.6KV电气系统的模型图（如图2所示）的对比分析，有如下结论：
⑴ 两座电站模拟机6.6kV电气系统，均是按照设计院提供的接线图进行模拟，主体结构与设计图纸保持一致，图纸上的所有设备都有模拟，只是进线PT某核电采用tranitter模拟方式，而某火电项目采用的是变压器设备的模拟方式。
⑵ 电站操作员需要对电动机刀闸的小车开关的拉进拉出进行培训，某核电采用的是用通断模块在刀闸上游来进行功能模拟，模块断开时表示小车开关在拉出位置，模块闭合时表示小车开关在推进位置；而某火电是在刀闸模块中增加了试验位、工作位的切换逻辑模拟，直接在模块或者在地图上就可以进行操作。

5 低压380V电气系统模型图分析

通过两座电站模拟机380V电气系统模型图（如图3所示）的对比分析，有如下结论：
⑴ 某核电和某火电两座电站380V电气系统模型图搭建基本一致，均是按照设计院提供图纸进行建模，只是某核电在建模时考虑到电动机电流会在DCS画面上有显示，在建模时增加了相应测点，而某火电的电动机电流只能双击模块查看参数，在模型调试期间某核电比某火电的模型调试更方便一些。
⑵ 某核电在模型搭建上考虑到了对上下级系统的访问，因此在模型搭建时增加了LGA动态链接，可以在LKA模型图里直接链接到LGA上游系统里，比某火电模型对电气系统整体结构能更好地被理解和熟悉。
2.tif> 图2 某

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核电模拟机LGB系统和某火电模拟机6KV A段模型图
3.tif> 图3 某核电模拟机LKA系统和某火电模拟机汽机PC段模型图

6 直流110V电气系统模型图分析

通过两座电站模拟机110V直流电气系统模型图（如图4所示）的对比分析，有如下结论：
⑴ 某核电和某火电直流系统都按照电厂实际需求对下游系统提供控制电模拟，同样地简化了下游各级开关柜的模拟，直接将控制电从第一级配电盘下游负荷传值给其他各级系统，不再模拟中间环节的供电连接。
⑵ 某核电110V直流开关编号与实际图纸编号一致，而某火电开关编号按照顺序给定的并没有按实际编号进行命名，这样就导致在失电故障情况下对失电刀闸的查找没有某核电模型便利。
4.tif> 图4 某核电LBJ系统和某火电110V直流馈线屏模型图

7 对比结果分析

从两座电站模拟机电气系统建模过程和模型图上进行对比分析发现，核电模拟机和火电模拟机在电气系统建模过程与所模拟的设备是一致的，只是局部细节侧重有所不同，某核电采用了WSC公司开发设计的3KEYMASTER仿真平台，在人机交流等细节上考虑得更加全面一些，在模型调试上比某火电模拟机更加便利。两座电站模型图的搭建方法和简化处理值得电站模拟机开发和设计人员参考。
参考文献：
陈国慧.仿真机在电厂中的作用[J].中国新技术新产品，2009.12：5
林轩波.600MW核电机组全范围仿真机电气系统仿真[J].应用科技，2003.11：1