基于二滩水电站为原型的特大型水电站全仿真培训系统.docx

基于二滩水电站为原型的特大型水电站全仿真培训系统丁仁山江流域集控中心（筹）610051四川省成都市）摘要：本文详细介绍了以二滩水电站为原型进行特大型水电站全站、全过程、全范围仿真设计的 理念及其功能实现方法，特别是其“物理仿真”与“数字仿真”相结合的设计理念及实现方式, 对国内特大型水电机纽的仿真设计及其培训应用具有极大的参考价值关键字：二滩水电站，仿真系统，数字仿真，物理仿真，全仿真，培训1概述二滩公司正式成立于1991年，主要业务方向是水力发电受国家发改委授权，全流域开发 雅吝江干流水能资源雅君江流域，在1571公里长的干流河段内，天然落差达3830米，流域面积13.6万平方 公里，年径流量602亿立方米，水能资源集中在全国规划的十三大水电基地中规模位居第四， 其开发淹没耕地和迁移人口极少，调节补偿性能好，技术经济指标十分优越，具有显著的比较优 势雅吝江干流规划开发21级电站，规划可开发装机容量2918.8万千瓦己经开发、运营的二滩水电站，1998年8月18日首台机组发电，2000年12月4日竣工， 是我国在二十世纪建成投产最大的电站电站共安装6台机纽•，单机容量550MW，总装机容量 33OOMW,多年平均发电量170亿kW.h,年利用小时数5162h。

二滩水电站工程山高240米的混 凝土抛物线型双曲拱坝、巨型地下厂房和庞大的泄洪设施纽•成，水库库容58亿立方米作为川 渝电网中最大的电源，为川渝电网的供电和电网安全稳定运行提供强劲的支持按照开发规划，二滩公司的水电装机规模将在2015年达到1470万千瓦，2020年以前公司 拥有的发电能力达到2300万千瓦以上，2025年前达到3000万千瓦目前，已规划的21座电 站中，二滩电站已于1999年12月竣工，锦屏I级电站、锦屏II级电站己核准开工，，预计于2012 年左右陆续投产，与之相配套的雅君江流域集控中心也正在筹备之中在今后朴I当长的一个时期内，二滩公司将面临看''滚动开发、建管结合”的新局面，既要进 行大规模的流域梯级开发建设，同时还要对己投运的多个电站进行综合管理按照二滩电厂现有 组织机构模式和人员配备现状预测，在未来的3-5年内，随着后续电厂的逐步投产，二滩公司将 而临约400人左右的电力生产人才缺口，如何搞好人员储备、如何对这些电力生产人员培训将成 为二滩公司即将面临的一个重大问题按照二滩公司“流域化、集团化、科学化”电力生产管理和安全生产的要求，为了保障后续 梯级电站人才储备质量、给新聘员工提供一个学习实践的平台、提高培训质量和效率，2008年 10月，二滩公司建立了一套完善的仿真培训系统。

2仿真结构及功能二滩公司培训中心仿真系统采用物理仿真和数字仿真柑结合的方式完全仿真二滩水电站，实 现了对二滩电站全站、全过程、全范围的仿真其中：物理仿真部分以一台发电机纽为实体，涵 盖水电站几乎所有的一次和二次设备，主要包括发电机纽、调速系统、励磁系统、主变压器、一 次系统（母线、断路器等）、输电线路、油压装置、供气系统、直流系统、消防系统、厂用电系 统、监控系统及自动装置等，设备元件结合当前大型水电站广泛使用的主流产品进行选型和设计 数字仿真以计算机为主体，对■二滩电站其它五台机组及G1S主接线、闸门控制系统、辅助设备进 行模拟仿真此外，该系统具有良好的开放性和扩展性，除仿真二滩电站外，还可仿真锦屏、官 地等其他水电厂，以满足雅番江流域后续电站电力生产人员培训的需要由于采用了严格的、准确的、适合于全工况的数学模型，因此，该系统建成后，可以提供一 个几乎与实际操作环境一致的培训操作环境，对受训人员实现身临英境的、全工况、全方位的培 训，包括为运行人员提供电力生产过程及设备操作方式等全方面的培训，为检修人员提供设备安 装、调试、维护等方面技能的培训，培训内容更加全面，培训方式更加灵活，同吋将极大地缓解 人员培训和现场安全生产之间的矛盾，提髙培训效率，保证培训质量，有力地促进培训工作的开 展。

3仿真系统各部分介绍仿真发电机组包括电动机、发电机、隔离变压器以及400V交流配电系统等物理设备其中：发电机选用STC-30型三相同步发电机，额定转速1500转/分钟，额度功率30kW,防护型卧 式结构，离心式风扇冷却，与电动机直接联结该发电机自带三次谐波励磁方式，为仿真需要, 现将发电机自身所带的励磁系统解除，改山励磁系统提供励磁电动机用于仿真水轮机的运行过程，为发电机提供原动力，与发电机在同一基础面上直接联 结仿真发电机纽的控制过程大致如下：调速系统下达转速设定值给变频器，变频器控制电动机 按给定的频率运行，电动机带动发电机转至给定转速，励磁系统逐步给发电机加励磁，使机端电 压达到额定值，然后山同期装置检测合闸条件满足后发令合发电机出口接触器，使发电机并至 400V电源系统，逐步调节发电机输出功率至期望值，使发电机纽•运行稳定，电压、频率、波形 止常其中，变频器的转速设定值来源于调速系统，调速系统通过仿真计算相应的控制逻辑，从 而建立电动机和变频器之间的联系，即仿真主配驱动接力器和电动机的转速间的关系，相当于调 节导叶开度控制水轮机转速从而达到控制发电机转速的目的调速系统调速系统山电气柜、仿真柜、压油装置、接力器组成，其中：电气柜内包含调速器头、转速 检测系统、显示、信号、全部输入/输出纽•件和电气控制冋路，所有器件分两个柜布置；仿真柜 布置于电气调节柜侧，内置变频器和PLC控制单元及英相关的电气控制冋路。

油压装置山冋油箱、压力油罐、油压油位表计、油泵及控制冋路纽成，为调速器控制接力器 动作提供压力源励磁系统励磁系统选用广州电器科学研究院和瑞士 ABB联合生产的UNITR0L 5000的静态励磁系统, 型号为A5S-0/U221-D400=该系统利用可控硅報流器通过控制励磁电流来实现调节同步发电机的 机端电压和无功功率的目的UNITROL 5000是UNITR0L系列的第五代励磁调节器，二滩发电机纽和仿真机纽励磁系统均 采用该系统根据UNITROL 5000励磁系统的原理，整个系统町以分成四个主要的功能块：•励磁变压器•两套相互独立的励磁调节器•可控硅報流器单元•起励单元和灭磁单元仿真机组励磁系统调节器采収双通道（-A10和-A20）的结构一个通道主要曲一•个控制板（COB）和测量单元板（MUB）构成，形成一个独立的处理系统每个通道含有发电机端电压调节、 磁场电流调节、励磁监测/保护功能和可编程逻辑控制的软件除励磁调节器外，一些接口电路 板如快速输入/输出（FTO）模块和功率信号接II模块（PSI）也被用來提供测量和控制信号的电 隔离此外，每个可控硅整流桥都配备一套整流器接口电路板包括整流器接II单元（CIN）、I'极 驱动接口单元（GDT）和整流器显示单元（CDP）。

直流系统仿真机组育流系统选用深圳奥特迅公司提供的微机控制高频开关电源直流系统，型号为 GZDW-230/80A-M-GK,主要山4台冇流充电机、1组蓄电池纽、1台绝缘监测装置、1台集中监控 器、1套蓄电池监测仪以及负荷馈电柜等组成直流系统主要为仿真机纽监控、励磁、电调提供操作、控制电源，为机纽GCB、中控室操作 员站等提供直流电源，直接为仿真机组安全运行提供保障消防系统仿真机组消防系统是监视仿真室火灾的自动报警设备仿真机纽•消防系统选用霍尼韦尔（天 津）公司提供的XLS-1000系统,主要由1台XLS1000控制器、8套智能光电感烟探测器、1个智 能手动报警按钮模块、1个智能控制模块及1个声光报警器组成当任一智能光电感烟探测器监视到有烟雾，消防控制系统将会启动声光报警器并显示该感烟 探测器报警，从而发出警报计算机监控系统系统采用分层分布开放式结构模式，山主控层和现地控制单元层两级纽成，系统配置见下图:主控层主控层设有一台监控服务器、一台仿真服务器、一台历史服务器（含磁盘阵列设备）、两 台培训师站、两台工程师站、十二台学员站及两台操作员站，另外与之相对应的设有GPS对时装 置、网络交换机设备和KVM视频切换装置。

主控层本身又分为两个部分，其中，所有培训师站、工程师站和教员站安放在楼上仿真中心 教室内，英他主控层设备安放在楼下中控室LCU盘附近楼上设有网络交换机，负责教室内所 有设备的网络连接，楼下设有相同网络交换机负责现地盘柜、服务器及操作员站的网络连接°这 两部分之间通过网线直接进行连接同时，本系统采用双网冗余结构，大大增强了网络的可靠性;系统时钟装置采用卫星时钟时钟装置可保证系统内所有设备的时钟同步设有打印机一台，负责打印操作员画面及相关历史数据设有KVM视频切换装置，用于在一套显示器和键盘的情况下，切换控制仿真主机和监控主 机的界面工作站运行操作员站采用双屏显示，设置在中控室，两台工作站可同时工作，一台完成监视控制任 务，另一台只进行止制监视全部人机联系装置釆用高分辨率的图形工作站，具有交互作图、多 级窗口、图形缩放等功能监控服务器完成系统的高级应用计算如AGVC功能，及离线计算，乞图农曲线的生成， 事故故障信号的分析处理与报警，与现地盘柜内设备进行网络通讯仿真服务器用于分析、计算、模拟现场各类盘柜、传感器、物理量信号通过模拟，再现电 厂内各设备的运行情况，从『U搭建虚拟环境，用于对运行人员操作和处理事故能力的培训和考核。

历史服务器记录系统内信号、模拟量数据变化及报警情况、操作人员登录退出记录、操作记 录等信息，并根据历史记录提供相关显示和杳询服务工程师工作站用于今后的系统培训、维护和进一步的应用开发培训师工作站针对学员站进行考核、监视和培训任务下发学员站针对学员进行操作考核和培训，其上安装TraSim水电厂培训仿真系统软件TraSim 软件是南京南瑞集团公司白动控制分公司积累了多年NC2000监控软件的开发经验以及在国内 外多个电厂的使用经验后开发完成的新一代水电厂培训仿真系统（操作培训系统），系统以全数 字虚拟仿真的形式，采用而向对豫技术、数据库、局域网、实时通信及多媒体等技术，支持不同 的硬件、操作系统，可与NC2000监控系统无缝连接和有效兼容，具有模型逻辑构建和解释执行, 设置仿真场景和设置电厂故障，根据人员的角色（教员、学员）限定操作权限，记录培训人员 的参与过程，并根据设定标准进行评分等功能，其仿真控制功能是仿真模型运行的主要控制方 式，包括仿真机工况管理、仿真控制、外部参数设置、成绩考核、监视功能、高级功能以及用户 管理功能现地控制单元层曲可编程控制器纽•成，PLC完成数据采集和顺控功能，采収现地控制单元与专用功能装置既 相互配合、又相互独立的设计原则，以提高系统的可靠性和整体性。

设一套现地控制单元（LCU）, 一套现地辅机控制单元（LCU） o现地控制单元用于接受现场模拟量、开关量信号，并根据人员操 作对外部设备进行控制；辅机控制单元对现场辅机设备运行情况进行模拟机纽.LCU和辅助设 备盘都设置现地操作控制开关、按钮及光字信号等装置机组LCU定时采集机组的温度量及其 他非电量，使用于•动和自动准同期装置对开关进行合闸控制机纽LCU现地盘柜上设置有触摸 併供现地操作使用.模拟屏模拟屏按照电力行业标准DL411-91 “镶嵌式电力调度模拟屏通用技术条件”设计，完全仿 真二滩电站模拟屏，做到了布局和功能完全一致，口质量和外观更为优越4仿真系统安装调试阶段的培训情况该项目在建设过程中完全采用二滩电厂的管理模式进行项目建设，培训中心充分利用仿真中 心建设的机会，采用“联合开发，培养人才”的方针，将人员培训贯穿于系统的设计、开发、生 产和安装调试的整个过程中，派出2005〜2008年入职的新员工参与项目设计联络、联合开发， 并赴广州电器。