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摘要：本文介绍了仿真培训产生的背景、培训内容和提高培训质量的措施，展望了仿真培训的明天。
关键词：仿真机；仿真培训；电厂运行
作者简介：刘宇卿（1976-），男，河北石家庄人，中电投良村热电有限公司，工程师，主要研究方向：电厂运行。（河北 石家庄 050000）朱刚玉（1980-），女，河北邯郸人，河北马头发电有限责任公司，仿真培训技师，工程硕士，主要研究方向：仿真培训。（河北 邯郸 056004）
一、仿真培训产生的背景和优缺点
电厂运行人员的操作技能直接影响到电厂的安全运行，对电厂效益起着至关重要的作用。员工在正常工作时要规范操作，不能在真实设备上进行实际操作试验，出现事故时，又无时间讲解，更不能将正常运行的系统当做试验品。这些都使运行人员难以在正常操作和事故处理中得到充分的学习、训练。因此，以往电厂的培训中，主要以技术问答、反事故演习、专业培训、定期考试作为培训主要方式，其成本低，教学方式简单，不受场地、时间限制，便于开展，然而却存在着理论与实际操作脱节的缺陷，限于书面与口头表述的局限，只是“纸上谈兵”，起不到明显的培训效果。一旦发生事故，因运行人员经验不多，思维混乱，不知所措，常常因处理不当造成事故扩大。伴随当前电厂机组容量的不断扩大，从200MW发展到300MW、600MW以至1200MW，发电技术和自动化技术的进步，此种培训方式的弊端愈加明显，加之机组设备向信息化、数字化方向发展，DCS、DEH等操控已不适于此种培训。因此提高机组运行人员的技能素质和操作水平刻不容缓，由此应运而生的培训方式——仿真机正逐步占领培训舞台。
仿真系统功能仿真机萌芽于20世纪60年代，当今已处于成熟时期。笔者先后在河北省电力培训中心、邢台兴泰电厂、邯郸马头电厂参加过仿真培训，对现在的仿真技术有了初步的认识和研究：仿真培训实操性强，适用面广，学员在模拟正常运行及开停机操作中，可以对难以控制的汽温、汽压、胀差、轴向位移等做调整练习，对事故多见多练、恰当处理，提高正确分析判断能力。在新机组投产前仿真培训同样也起到功不可没的作用，职工熟悉其操作画面，理顺操作系统和操作理念以及各种设备逻辑的对应关系，能保障新机组的顺利投产和稳定运行，并在投产后能及时发现设计缺憾和逻辑失误。更重要的是，仿真培训在培养运行人员处理问题时保持清晰思维、沉着冷静的综合素质方面无可替代。此外仿真机还增加了生产性能分析和故障诊断等功能，对运行培训提供了实时分析，使某些新型控制策略能在仿真机上先行验证后再用于实际系统。仿真培训在有效提升了运行人员整体业务水平的同时，还起到开阔视野、拓展思维的作用。
然而任一新生事物都有被认知与完善的过程。不管采用新华的操作系统，还是和利时的操作系统，都具有共同的特点，也存在一些不足。所以，受到培训体制与仿真技术的限制，仿真培训也存在各种不足：仿真机的软件开发完全是被动地适应电厂分散控制系统（DCS）的改变，仿真机培训进度跟不上机组投产前培训需求；仿真培训制度重点仅针对技能操作的培训，一些无基础的新入厂人员感到无处下手，操作困难；仿真过程动态反应时间长，耗用大量时间；技术含量高，工艺复杂，仿真平台修改、维护困难。
二、仿真模型培训的内容
现代火电仿真模型系统主要是为培训变电站/集控站/地区电网的运行人员而设计的，它将电力系统分析理论、人工智能理论和计算机、网络和多媒体技术相结合，具有较高的逼真度，是参照真实机组大量设计运行数据及动态特性，依照机组控制 DCS界面仿制而成，适应于各个工况的全范围仿真，可以及时对机组的启动、变负荷、停机等多种工况的数据作出反应，便于了解机组的运行特性，分析可能存在的安全隐患，并对机组的经济性进行评估，是进行电力系统知识教学、培训的一种强有力手段。
1.正常运行情况
仿真模型可连续、实时地仿真参考机组，即提供连续实时的运行环境，仿真装置根据具体的运行工况，计算出相应的机组运行参数，并使这些参数在模拟DCS组态画面和操作功能上显示出来，同时与真实机组可能发生的报警和保护动作反应一致。可实现从冷态、温态、热态和极热态启动到满负荷的操作以及从满负荷到热备用、冷态的停机过程，这一部分培训内容在仿真设备上可以得到完美的体现。
2.故障工况和实验工况
这是仿真培训的重点部分。因此，需要做到正确分析事故现象及处理设置：先确定事故原因，即出题目，而后给出事故前运行方式，即做事故演练用的工况，然后给出符合现场实际的事故现象（声光信号、光字牌报警、表计指示/显示变化、开关跳闸等）。学员针对给出的事故现象结合运行工况进行事故综合分析判断，对判断出的故障范围和设备进行检查（应能够检查到相应的故障点和故障设备），然后对事故进行相应的处理；处理程序和步骤正确，则故障受控，否则，应有相应的事故扩大反应。
由于电力仿真技术培训具有非常高的仿真性，加上可以进行各项具体操作，同时仿真培训系统具有工况易得性、多媒体交互教学等特点，决定了其具有其他培训所无可替代的作用。如何进一步发挥好仿真机培训的作用，也就显得更加重要。
三、提高仿真培训质量的措施
要想更好地利用仿真技术，提高培训质量，笔者认为可以从培训设备、人员质量、培训制度三方面着手。
1.培训设备
应从厂家、选型、规格、维护、运行方式等多方面考虑采用适合本厂运行习惯的设备，使仿真机的开发技术与DCS控制系统的开发技术有机地结合起来，对于仿真设备我们应该做到：（1）利用模型软件提供的手段，增加故障项目，提高事故的可比性。培训过程中发现，有些学员对故障发生时参数变化规律比较模糊，经常混淆。针对这种问题，我们在认真阅读模型软件基础上，利用计算机终端模拟了一些新的故障项目，使学员通过对比理解，加深印象，学会分析问题。（2）及时了解现场运行实际，将现场发生的故障随时在仿真机上实现。（3）合理利用故障项目，使不同IC状态下的故障在同一IC状态下实现。（4）改进模型，使现有故障现象更趋合理，进而在进度与质量上满足机组前期培训。
2.培训制度
建立良好的培训制度是提高培训有效性的基础平台，它为布署计划、实现计划、检验效果奠定了坚实的基础。依靠专业的培训组织实施培训管理，用专项的培训制度规范培训管理，将培训做到标准化、制度化、规范化、考核化。确定培训方案，做到实时调整。收集掌握运行上多发事故、易发事故及有难点的操作，紧紧围绕实际中运行人员的需求，收集运行人员对培训内容的要求，计划培训目标，开展阶段性总结、分析，得出反馈——是否达到培训目标。
3.人员质量
人员方面，又细分为培训对象与施教人员。首先分析培训出发点，就是明确培训对象的组成结构、构成特点及其差异，做到因人而异、因材施教。培训对象中既有实践经验丰富的老工人又有理论知识丰富的大学生，要明确新老职工的差异和需求来实施岗位培训。对老职工，以基础理论培训为起点，对其讲解DCS、DEH等原理，使其清楚工作机理，知其所以然，克服对新信息、新知识的恐惧感，进而达到熟悉自动化、信息化的操作方式。逐渐对其提高要求，通过仿真运算数据的培训，对由于设计缺限、设备老化、结垢积灰、煤质变化、环境温度等客观因素所引起的经济指标变化，分析造成损耗的原因。
对新入厂的员工，由于他们拥有的是理论知识，对操作无任何的感性认识。就应先讲解技能操作基础及注意事项，当他们具备一定的操作概念时，再进行仿真系统培训，使其知其然，这样，他们会牢固掌握概念。通过分析仿真电厂运行的正常、异常和故障的工况和现象，使其对各种工况有初步概念；进一步开展对开停机的参数控制及调整方面的培训；分析运行参数预测故障类型，如何根据灯光信号准确判断事故；在各种不同运行工况条件下利用图形、曲线、图表等方法对锅炉效率、锅炉各部漏风、汽机效率、煤耗率、热耗、汽耗及辅机单耗等指标进行实时分析，使他们对电厂的各种设备、设备的功能、系统的运行过程等有一个整体感性认识，初步意识到大学所学理论的局限性和滞后性，从而提高培训有效性。
对施教人员强化要求，首先明确其职责，这对培训出具有清晰的思维能力，正确的分析能力，果断的处理能力的综合素质人才起着责无旁贷的作用。而对他们最基本的要求就是不断提高自身素质，加强前瞻性业务培训，跟踪学习现场，对锅炉、汽轮机和发电机这些主要设备及辅助设备，有一个明晰的分析和认识；具备独自组态能力，了解仿真平台建模原理，各模块建模机理，清楚各系统间的过程属性和数据属性，掌握各对象间的相互关系；清楚工作方式，精通日常的修改、维护，通过仿真后台改变运行状态，缩短设定仿真工况时间；根据现场情况添加故障，丰富故障库；保证动态跟踪现场运行方式，使仿真机真正与现场一致，起到真正实战操练的目的。
利用仿真机这一有利条件，对运行人员现场讲解事故原因及操作要领。在日常培训中总结运行人员易出现错误，分析原因并制定纠正措施；根据运行人员的水平与学习情况选择、调整学习内容和进度；依据现场薄弱环节和多发事故，针对性地做突发事件练习，做到有的放矢。此外还要经常深入现场，掌握当前运行方式，收集一手资料，如设备照片等，将理论知识形象具体化。
仿真培训结束后，做培训后评价，分析现场事故率与误操作次数，真正提高员工业务水平与事故处理能力，对未见效果者分析其原因，采取改进措施，使培训制度不断完善。
四、电力仿真系统的明天
首先，我们也应该意识到，电力系统的复杂性及其对实时调控的高品质要求，使开发完整的实时仿真系统面临一些困难：一是电力系统仿真原理难，仿真信号合成的算法复杂，仿真功能实现较为困难；二是仿真系统硬件结构复杂，实时性、精确性及安全性要求较高；三是仿真系统功能软件复杂，不合理的架构设计将导致系统的可扩展性差。
其次，电力仿真技术到目前为止已经是比较完善的技术，但作为一门技术，它不会停留在现有的水平而停滞不前，随着仿真手段的进步，仿真技术也必将有一个更大的发展。其未来的发展趋势应该具有下列特点：从模型技术发展看，更精确、复杂的模型算法将被应用，可以满足更高物理结构和参数以及对控制系统设计、分析研究的精度要求；从支持技术发展看，可以实现图形化建模以及建模自动化，控制模型或人机界面仿真软件可以自动转换；基于Web的支撑环境的应用也为仿真开辟一条新路，而虚拟现实技术的采用为实际设备操作及环境仿真提供了一个崭新的领域，极大地丰富了整体仿真效果；从仿真模式看，软仿真已经开始应用，随着计算机技术的发展、软仿真技术的不断成熟，“软”、“硬”结合的混合仿真是将来仿真机的发展方向，从而增强使用的灵活性。
五、结束语
电力行业的发展需要不断提高配网自动化程度，这就需要切实提高职工的运行业务素质与专业技能水平。因此应充分利用仿真资源，通过不断提高仿真培训的质量来降低安全生产的事故，增强企业竞争力，推动电力事业的发展。
（责任编辑：刘辉）
关键词：仿真机；仿真培训；电厂运行
作者简介：刘宇卿（1976-），男，河北石家庄人，中电投良村热电有限公司，工程师，主要研究方向：电厂运行。（河北 石家庄 050000）朱刚玉（1980-），女，河北邯郸人，河北马头发电有限责任公司，仿真培训技师，工程硕士，主要研究方向：仿真培训。（河北 邯郸 056004）
一、仿真培训产生的背景和优缺点
电厂运行人员的操作技能直接影响到电厂的安全运行，对电厂效益起着至关重要的作用。员工在正常工作时要规范操作，不能在真实设备上进行实际操作试验，出现事故时，又无时间讲解，更不能将正常运行的系统当做试验品。这些都使运行人员难以在正常操作和事故处理中得到充分的学习、训练。因此，以往电厂的培训中，主要以技术问答、反事故演习、专业培训、定期考试作为培训主要方式，其成本低，教学方式简单，不受场地、时间限制，便于开展，然而却存在着理论与实际操作脱节的缺陷，限于书面与口头表述的局限，只是“纸上谈兵”，起不到明显的培训效果。一旦发生事故，因运行人员经验不多，思维混乱，不知所措，常常因处理不当造成事故扩大。伴随当前电厂机组容量的不断扩大，从200MW发展到300MW、600MW以至1200MW，发电技术和自动化技术的进步，此种培训方式的弊端愈加明显，加之机组设备向信息化、数字化方向发展，DCS、DEH等操控已不适于此种培训。因此提高机组运行人员的技能素质和操作水平刻不容缓，由此应运而生的培训方式——仿真机正逐步占领培训舞台。
仿真系统功能仿真机萌芽于20世纪60年代，当今已处于成熟时期。笔者先后在河北省电力培训中心、邢台兴泰电厂、邯郸马头电厂参加过仿真培训，对现在的仿真技术有了初步的认识和研究：仿真培训实操性强，适用面广，学员在模拟正常运行及开停机操作中，可以对难以控制的汽温、汽压、胀差、轴向位移等做调整练习，对事故多见多练、恰当处理，提高正确分析判断能力。在新机组投产前仿真培训同样也起到功不可没的作用，职工熟悉其操作画面，理顺操作系统和操作理念以及各种设备逻辑的对应关系，能保障新机组的顺利投产和稳定运行，并在投产后能及时发现设计缺憾和逻辑失误。更重要的是，仿真培训在培养运行人员处理问题时保持清晰思维、沉着冷静的综合素质方面无可替代。此外仿真机还增加了生产性能分析和故障诊断等功能，对运行培训提供了实时分析，使某些新型控制策略能在仿真机上先行验证后再用于实际系统。仿真培训在有效提升了运行人员整体业务水平的同时，还起到开阔视野、拓展思维的作用。
然而任一新生事物都有被认知与完善的过程。不管采用新华的操作系统，还是和利时的操作系统，都具有共同的特点，也存在一些不足。所以，受到培训体制与仿真技术的限制，仿真培训也存在各种不足：仿真机的软件开发完全是被动地适应电厂分散控制系统（DCS）的改变，仿真机培训进度跟不上机组投产前培训需求；仿真培训制度重点仅针对技能操作的培训，一些无基础的新入厂人员感到无处下手，操作困难；仿真过程动态反应时间长，耗用大量时间；技术含量高，工艺复杂，仿真平台修改、维护困难。
二、仿真模型培训的内容
现代火电仿真模型系统主要是为培训变电站/集控站/地区电网的运行人员而设计的，它将电力系统分析理论、人工智能理论和计算机、网络和多媒体技术相结合，具有较高的逼真度，是参照真实机组大量设计运行数据及动态特性，依照机组控制 DCS界面仿制而成，适应于各个工况的全范围仿真，可以及时对机组的启动、变负荷、停机等多种工况的数据作出反应，便于了解机组的运行特性，分析可能存在的安全隐患，并对机组的经济性进行评估，是进行电力系统知识教学、培训的一种强有力手段。
1.正常运行情况
仿真模型可连续、实时地仿真参考机组，即提供连续实时的运行环境，仿真装置根据具体的运行工况，计算出相应的机组运行参数，并使这些参数在模拟DCS组态画面和操作功能上显示出来，同时与真实机组可能发生的报警和保护动作反应一致。可实现从冷态、温态、热态和极热态启动到满负荷的操作以及从满负荷到热备用、冷态的停机过程，这一部分培训内容在仿真设备上可以得到完美的体现。
2.故障工况和实验工况
这是仿真培训的重点部分。因此，需要做到正确分析事故现象及处理设置：先确定事故原因，即出题目，而后给出事故前运行方式，即做事故演练用的工况，然后给出符合现场实际的事故现象（声光信号、光字牌报警、表计指示/显示变化、开关跳闸等）。学员针对给出的事故现象结合运行工况进行事故综合分析判断，对判断出的故障范围和设备进行检查（应能够检查到相应的故障点和故障设备），然后对事故进行相应的处理；处理程序和步骤正确，则故障受控，否则，应有相应的事故扩大反应。
由于电力仿真技术培训具有非常高的仿真性，加上可以进行各项具体操作，同时仿真培训系统具有工况易得性、多媒体交互教学等特点，决定了其具有其他培训所无可替代的作用。如何进一步发挥好仿真机培训的作用，也就显得更加重要。
三、提高仿真培训质量的措施
要想更好地利用仿真技术，提高培训质量，笔者认为可以从培训设备、人员质量、培训制度三方面着手。
1.培训设备
应从厂家、选型、规格、维护、运行方式等多方面考虑采用适合本厂运行习惯的设备，使仿真机的开发技术与DCS控制系统的开发技术有机地结合起来，对于仿真设备我们应该做到：（1）利用模型软件提供的手段，增加故障项目，提高事故的可比性。培训过程中发现，有些学员对故障发生时参数变化规律比较模糊，经常混淆。针对这种问题，我们在认真阅读模型软件基础上，利用计算机终端模拟了一些新的故障项目，使学员通过对比理解，加深印象，学会分析问题。（2）及时了解现场运行实际，将现场发生的故障随时在仿真机上实现。（3）合理利用故障项目，使不同IC状态下的故障在同一IC状态下实现。（4）改进模型，使现有故障现象更趋合理，进而在进度与质量上满足机组前期培训。
2.培训制度
建立良好的培训制度是提高培训有效性的基础平台，它为布署计划、实现计划、检验效果奠定了坚实的基础。依靠专业的培训组织实施培训管理，用专项的培训制度规范培训管理，将培训做到标准化、制度化、规范化、考核化。确定培训方案，做到实时调整。收集掌握运行上多发事故、易发事故及有难点的操作，紧紧围绕实际中运行人员的需求，收集运行人员对培训内容的要求，计划培训目标，开展阶段性总结、分析，得出反馈——是否达到培训目标。
3.人员质量
人员方面，又细分为培训对象与施教人员。首先分析培训出发点，就是明确培训对象的组成结构、构成特点及其差异，做到因人而异、因材施教。培训对象中既有实践经验丰富的老工人又有理论知识丰富的大学生，要明确新老职工的差异和需求来实施岗位培训。对老职工，以基础理论培训为起点，对其讲解DCS、DEH等原理，使其清楚工作机理，知其所以然，克服对新信息、新知识的恐惧感，进而达到熟悉自动化、信息化的操作方式。逐渐对其提高要求，通过仿真运算数据的培训，对由于设计缺限、设备老化、结垢积灰、煤质变化、环境温度等客观因素所引起的经济指标变化，分析造成损耗的原因。
对新入厂的员工，由于他们拥有的是理论知识，对操作无任何的感性认识。就应先讲解技能操作基础及注意事项，当他们具备一定的操作概念时，再进行仿真系统培训，使其知其然，这样，他们会牢固掌握概念。通过分析仿真电厂运行的正常、异常和故障的工况和现象，使其对各种工况有初步概念；进一步开展对开停机的参数控制及调整方面的培训；分析运行参数预测故障类型，如何根据灯光信号准确判断事故；在各种不同运行工况条件下利用图形、曲线、图表等方法对锅炉效率、锅炉各部漏风、汽机效率、煤耗率、热耗、汽耗及辅机单耗等指标进行实时分析，使他们对电厂的各种设备、设备的功能、系统的运行过程等有一个整体感性认识，初步意识到大学所学理论的局限性和滞后性，从而提高培训有效性。
对施教人员强化要求，首先明确其职责，这对培训出具有清晰的思维能力，正确的分析能力，果断的处理能力的综合素质人才起着责无旁贷的作用。而对他们最基本的要求就是不断提高自身素质，加强前瞻性业务培训，跟踪学习现场，对锅炉、汽轮机和发电机这些主要设备及辅助设备，有一个明晰的分析和认识；具备独自组态能力，了解仿真平台建模原理，各模块建模机理，清楚各系统间的过程属性和数据属性，掌握各对象间的相互关系；清楚工作方式，精通日常的修改、维护，通过仿真后台改变运行状态，缩短设定仿真工况时间；根据现场情况添加故障，丰富故障库；保证动态跟踪现场运行方式，使仿真机真正与现场一致，起到真正实战操练的目的。
利用仿真机这一有利条件，对运行人员现场讲解事故原因及操作要领。在日常培训中总结运行人员易出现错误，分析原因并制定纠正措施；根据运行人员的水平与学习情况选择、调整学习内容和进度；依据现场薄弱环节和多发事故，针对性地做突发事件练习，做到有的放矢。此外还要经常深入现场，掌握当前运行方式，收集一手资料，如设备照片等，将理论知识形象具体化。
仿真培训结束后，做培训后评价，分析现场事故率与误操作次数，真正提高员工业务水平与事故处理能力，对未见效果者分析其原因，采取改进措施，使培训制度不断完善。
四、电力仿真系统的明天
首先，我们也应该意识到，电力系统的复杂性及其对实时调控的高品质要求，使开发完整的实时仿真系统面临一些困难：一是电力系统仿真原理难，仿真信号合成的算法复杂，仿真功能实现较为困难；二是仿真系统硬件结构复杂，实时性、精确性及安全性要求较高；三是仿真系统功能软件复杂，不合理的架构设计将导致系统的可扩展性差。
其次，电力仿真技术到目前为止已经是比较完善的技术，但作为一门技术，它不会停留在现有的水平而停滞不前，随着仿真手段的进步，仿真技术也必将有一个更大的发展。其未来的发展趋势应该具有下列特点：从模型技术发展看，更精确、复杂的模型算法将被应用，可以满足更高物理结构和参数以及对控制系统设计、分析研究的精度要求；从支持技术发展看，可以实现图形化建模以及建模自动化，控制模型或人机界面仿真软件可以自动转换；基于Web的支撑环境的应用也为仿真开辟一条新路，而虚拟现实技术的采用为实际设备操作及环境仿真提供了一个崭新的领域，极大地丰富了整体仿真效果；从仿真模式看，软仿真已经开始应用，随着计算机技术的发展、软仿真技术的不断成熟，“软”、“硬”结合的混合仿真是将来仿真机的发展方向，从而增强使用的灵活性。
五、结束语
电力行业的发展需要不断提高配网自动化程度，这就需要切实提高职工的运行业务素质与专业技能水平。因此应充分利用仿真资源，通过不断提高仿真培训的质量来降低安全生产的事故，增强企业竞争力，推动电力事业的发展。
（责任编辑：刘辉）