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学术论文
电厂热能动力课程设计
来源:http://www.lunwenqk.com  日期:2014-06-25
随着我国国民经济的发展,电力需求日益增加,作为国家的支柱工业的电力行业正在加快建设和发展与国民经济发展相适应的电力供应市场,与此同时,电力企业之间的市场竞争日趋激烈,对人才的选择提出了更高的要求.我校为适应电力行业人才的市场需求,提出以“坚持面向电力生产和现代化经济建设第一线,培养基础理论扎实,实践能力强的高等工程技术人才”为人才培养目标,不断完善人才培养方案,逐步形成结构合理、优势明显的学科专业体系和注重实践、注重创新的人才培养特色.

基于人才培养目标及电力企业的用人需求,我院面向大四学生,新开设了《电厂热能动力课程设计》,主要基于我校1000MW仿真平台,针对电厂运行过程中的典型事故进行分析和处理,使学生了解单元机组常见事故、恶性事故发生的现象、产生原因、处理方法、预防措施,具有大型火电单元机组集中控制运行技术和分析运行问题的初步能力,适应目前国内火电企业生产一线对大学生的理论知识和实际应用能力的需求.

一、采用仿真技术开展电厂热能动力课程设计的必要性

电力的安全生产影响到了各行各业,大范围的供电事故会造成极大的社会影响和严重的经济损失.对于发电技术而言,尤其是单元机组的发电厂,其设备纵向联系紧密,机、炉、电任意一个环节发生事故,都将影响整个机组的运行,同时辅机及辅助设备的损坏,也可能造成机组停运或出力限制.电厂的电气设备多,高温、高压及高速旋转机械多,工作人员时时处处都要注意安全.基于上述因素,电厂担心实习学生多,一怕出故障损坏设备,二怕出人身事故难担责任,因此高校学生到电厂实地实习的机会不多,实习的时间很短,即使进入电厂也仅仅是对设备的一些感性认识,无法进行实际操作.

综上所述,如果采用仿真技术,构建与实际运行机组完全类似的仿真系统平台,通过实际操作,就完全可以培养学生的实践能力.学生可以在仿真平台上进行故障演练,了解各类事故,可以对故障的现象、成因和发展过程进行细致的分析,掌握对策,为今后在电厂工作中预防故障发生,且在故障发生时及时有效地处理,提高设备可靠性等打下坚实的基础.

二、电厂热能动力课程设计的实施过程

1、电厂热能动力课程设计依托的仿真平台介绍

电厂热能动力课程设计依托我校1000MW仿真平台,该仿真平台由北京清华同方针对国华宁海电厂开发,于2011年安装运行.该仿真系统在我校已使用两年多,完成了两届热能与动力工程专业毕业生的仿真实训及电厂热能动力课程设计.

本仿真系统模拟的锅炉是上海锅炉厂生产的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉,锅炉型号为SG3091/27.56-M54X,一次再热、单炉膛单切圆燃烧、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式锅炉.模拟的汽轮机是由上海汽轮机有限公司和德国SIEMENS公司联合设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机.

仿真实验室完全模拟真实电厂集控环境,有教练员站和操作员站.仿真系统包括就地、DCS系统和DEH系统,可满足15位培训者同时操作,既可以单机独立操作运行,又可以多个人分组操作.仿真机采用与实际机组1∶1仿真模拟,具有装存初始工况、工况加载与保存、模型冻结与解冻、模拟故障、报警和错误指示、模型加速与减速、就地操作及画面显示等功能,能够实现1000MW机组的启、停、正常运行.该仿真机能模拟电站实时运行中的异常和故障,并有正确的反应和自动控制系统动作.故障按照规定的因果关系模拟,可实现教练员在教练员台上插入的故障、设备故障或学员误操作引起的故障等现象,以及因果关系和实际电站发生同样事故.操作员应能设定故障的严重程度,设定从故障发生开始扩大到严重状态时的变化速率.插入故障后在仿真机上的响应应该与实际电站发生同样故障时的响应相同.

2、电厂热能动力课程设计内容设置

该课程设计为一周时间,对象是热能与动力工程专业的大四学生,大四学生已经完成了所有专业课的学习,并在大一和大三分别进行了为期一周及两周的电厂认识实习和生产实习,在课程设计之前还进行了电厂仿真实习.基于前期的理论与实践,学生已经具备了一定的专业理论知识,对电厂的生产流程、系统、设备的原理和构造等都有了比较清晰的认识.

本课程在教学内容组织上,以案例教学为导向,将理论知识、技能训练和应用价值相结合.在内容的设置上,时刻遵循能力培养规律,并结合课程实际,设计与该课程能力目标要求密切结合的任务模块.将案例教学与实训操作密切结合,在完成任务的过程中,使学生掌握分析问题和解决问题的策略,体验到知识的应用价值.

在教学方法手段上,主要体现在三个方面:

(1)案例教学.典型事故案例的分析和对策、大型火电机组运行中存在的问题和解决思路.老师介绍一些故障案例,并在仿真系统上,教会学生如何插入故障并触发,引导学生观察故障现象,特别是关注一些典型参数,如机组负荷、汽轮机转速、机组振动,轴向位移、真空、给水流量等参数.结合前期的专业理论知识,分析故障原因,找到相应的故障处理方法.
 
(2)任务设计既相互独立又彼此联系,既需要学生的独立思考,又需要团队合作共同完成.采用任务提出、任务分解、任务实施的任务驱动教学模式,完成对学生的项目训练要求.每名学生需要做一个RB工况(在送风机、空预器、引风机、给水泵、一次风机跳闸的RB工况中选出其中一个工况,具体分组情况见表1)、一个锅炉故障和一个汽轮机故障,记录相关参数数据,共计5分钟,间隔时间及记录次数见表2.然后绘制相关参数随时间变化的趋势图,并根据趋势图进行故障分析及诊断.对同一故障,学生可以几个人一组,一人负责插入故障,其他人负责观察不同的系统画面,记录不同参数的变化.
 

(3)整个实践环节以学生为主体,以能力训练为主线,将专业能力、分析能力、思考能力和知识应用能力集于学生的能力实训过程中.整个实训过程都需要学生动手操作,需要学生结合前期的汽轮机原理、锅炉原理、热力发电厂、单元机组集控运行等课程,用这些课程学过的理论知识解释故障演练时发生的故障现象,分析故障原因,并提出处理方法,符合理论到实践,实践再回到理论的学习规律.除了提高了实践能力外,学生的数据分析能力和画图能力等都得到了提高.

3、电厂热能动力课程设计考核方式

在考核方面,由于是实训类课程设计,将考核成绩分三个方面考察:平时成绩(20%),上机考核(40%),课程设计报告(40%).平时成绩主要是根据平时出勤情况、仿真系统操作情况及故障处理情况适当给分.上机考核采取抽签的方式,针对某个设置故障进行分析处理.时间规定为15分钟完成,并将工况保存,由老师评定成绩.课程设计报告包括三方面内容:一是对仿真平台介绍,二是对设备对象(锅炉、汽轮机、发电机等)介绍,三是报告的重点,根据要求,每位同学都要做一个RB工况及选取一个锅炉故障和一个汽轮机故障,进行数据采集,并绘制曲线,要求有故障现象描述,包括哪些典型参数的变化,分析故障原因,以及拟采取的故障处理措施.

三、电厂热能动力课程设计实施效果

实践证明,学生在仿真平台上进行故障过程的全模拟,既可以单机操作,又可以协同控制.学生通过该课程设计,能够直观了解炉、机和电的主要故障过程,运行参数的变化,相应设备的状态变化等.巩固并加深在前期专业理论课程中学到的典型故障,掌握典型故障的现象、产生原因、处理方法、预防措施.比较原来枯燥的事故理论讲解,仿真平台上可以全方位的体现.学生根据故障现象,掌握规律,得到了数据处理、计算、绘图等能力的训练.通过电厂热能动力课程设计,学生熟悉了电厂运行的实际环境,提高了应用实践能力,增强了电力企业就业的竞争力.