應用型本科院校熱動專業燃機仿真實習的教學研究

王順 智同生

摘要：仿真運行實習是應用型本科院校熱動專業非常重要的實踐教學環節。近幾年，到燃機電廠就業的學生越來越多，而燃機仿真運行實習在高校幾乎是空白。針對上述問題，本文對熱動專業學生開展燃機仿真運行實習的重要性、必要性和可行性進行了分析和闡述，以9E級燃機仿真機為基準制定了教學計劃并予以實施，結合實際教學情況，對教學內容和方法進行了探索和研究。

關鍵詞：應用型本科院校；熱動；燃機；仿真實習；教學研究

中圖分類號：G642.44 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）31-0169-03

一、開展熱動專業燃機仿真實習是當今電力發展的迫切需要

當今，我國的電力工業在快速發展，裝機容量在不斷擴大，新建的電廠也在不斷增多，與之相適應，對電力人才的需求也在不斷增加。但是隨著科學技術的不斷進步和電廠相關設備的不斷完善，電廠的自動化程度越來越高，這樣就對相應的運行人員提出了更高的要求，要求不僅要有扎實的專業知識，還要有靈活的知識應用能力和嫻熟的實際操作能力。具體而言，從電廠人力資源的角度來看，他們引進的人員，如何能在最短的時間內適應工作崗位的要求是他們最關心的問題，因此從生產現場引進有工作經驗的人才是最佳選擇，在這方面，在校大學畢業生明顯處于劣勢地位。作為應用型本科院校熱動專業的大學生如何獲得相關的經驗呢？那就是各種類型的實踐課程，其中電廠仿真運行實習是最重要的一個環節，通過實習，能夠使學生對發電廠的生產過程有一個比較完整的認識，將他們所學的專業知識貫通起來，形成一個有機的整體。通過在仿真機上親自動手操作，既發揮了學生學習的主觀能動性，又提高了他們的實際操作能力，同時也積累了一定的實際經驗，為他們更快適應工作崗位奠定了堅實的基礎，為他們的職業發展邁出了堅實的一步。

最近幾年，我校熱動專業學生的就業方向越來越呈現出多元化趨勢，就業面也越來越廣，不僅僅局限于常規的燃煤電廠，以燃氣—蒸汽聯合循環機組（以下簡稱燃機電廠）為代表的清潔能源電廠對大學生的需求量也越來越大。

燃氣—蒸汽聯合循環發電技術是當今世界上較先進的發電技術之一，它憑借熱效率高、比投資低、排污指標低、建設周期短、占地和用水量少、啟動靈活、調峰性能好、自動化程度高等諸多優點已在我國得到了快速的發展。據不完全統計，截至2014年底，全國燃氣發電總裝機容量5567萬千瓦，約占全國發電機組總裝機容量的4.1%。隨著我國電力發展趨勢和環境保護的壓力，這個比例將會不斷上升。特別是經濟發達的江蘇省，截至2013年6月底，江蘇燃機電廠總裝機638萬千瓦，占統調機組容量的比例達到了8.96%；目前在建的機組還有多臺，預計“十三五”末將達到1500萬千瓦。

燃氣電廠與常規的燃煤電廠在工作原理、生產過程、動態特性及參數調節方式等方面存在很大的差別，所以，對熱動專業學生開展燃機仿真運行實習，有助于加深學生對燃機電廠生產過程的認識和理解，對擴展學生知識面和擴寬就業方向非常重要，同時也是現階段燃機電廠快速發展對應用型本科院校人才培養的必然要求。

二、開展熱動專業燃機仿真實習的必要性和可行性

1.必要性。應用型本科院校不僅要培養學生的理論基礎知識的能力，更重要的要培養其實際操作能力，使其具備應用型和工程型的特點。熱動專業也不例外，按照教學大綱設置的課程主要有專業基礎課、專業課及相關的實習課程。專業基礎課主要有工程熱力學、傳熱學、流體力學、泵與風機、機械設計等；專業課程主要有：電廠鍋爐原理、電廠汽輪機原理、熱力發電廠、熱工過程自動調節、電廠集控運行、電力系統設備及運行以及燃氣輪機原理等。這些課程都是按照先專業基礎課后專業課的順序來安排教學的。學生學完這些課程后，普遍感覺各門課程之間比較孤立、松散，不能很好的將熱動專業的課程體系形成一個完整的有機整體。那么如何才能彌補這個教學缺憾呢？那就是到燃機電廠現場實習。但是由于現場往往出于安全等諸多方面的考慮，一般不愿接受學生來實習，同時學校的實習經費也相當有限。相比之下，最有效的方法就是通過電廠仿真運行實習這個教學實踐環節來解決。學生在仿真機組上實習，如同親臨電廠控制室上班，利用仿真系統可獲得運行實際機組的知識與操作技能，如機組的正常啟停、運行參數的調整以及事故的分析與處理等各種訓練；在仿真機組上實習，學生可親自動手，發揮其主觀能動性，提高了他們的動手操作能力；加深了對燃機電廠的認識程度。所以，開設燃機仿真運行實習這門實踐教學課程非常必要，是整個教學體系中必不可少的一個重要環節。

2.可行性。南京工程學院電力仿真與控制工程中心（以下簡稱中心）承擔全校熱能工程、環境工程及電氣工程等專業的電廠仿真運行實習任務，同時也開展電力行業各類型機組運行值班員的技能培訓及鑒定、科學研究和技術開發工作。中心是中電聯首批認證的全國電力行業火電機組仿真培訓基地之一。自成立以來，已先后完成了3000多名相關專業學生的電廠仿真運行實習教學任務，使學生的實踐能力得到了有效提高，得到用人單位的好評。此外，先后對全國13000多人次的火電機組運行值班員進行了仿真培訓，受到了委培單位的高度評價。我們長期以來堅持走自主建設的道路，積極、及時的將科研成果轉化為實踐教學資源，形成了具有鮮明特色的實習、實訓基地建設模式。

到目前為止，中心為多個生產單位成功研制了不同容量級別的燃氣—蒸汽聯合循環機組的仿真機多套，這些仿真機組通過極其嚴格而又苛刻的測試和項目驗收程序，仿真程度非常逼真，各項性能達到或超越了國家標準。這些當今電力發展最前沿的燃機仿真機組及時地轉化為中心的實際教學資源。中心的大部分指導老師都有豐富的現場運行經驗，同時通過承擔仿真機的設計、開發和調試任務，積累了非常豐富的專業知識，掌握了當今電力發展的最新動態。這些都為燃機仿真運行實習提供了可靠而又堅實的保證。

三、燃機電廠仿真機的功能與實習教學計劃

1.燃機電廠仿真機的功能。燃機電廠仿真系統是利用發電機組系統建模技術、計算機技術、電廠熱能工程技術、控制工程技術、電力工程技術及多媒體等最新技術而開發的，對電廠機組運行、調試、管理、熱工等人員進行機組實時運行以及技能培訓的裝置。它模擬了大型燃機電廠生產運行以及發生事故的全過程，而且仿真程度形象逼真。

燃機電廠仿真系統是在具有自主知識產權的JSSC仿真支撐系統平臺上，采用模塊化建模技術對燃機電廠各過程進行了全范圍模擬和仿真，能實時地模擬燃氣蒸汽聯合循環機組的正常啟停，運行參數調整、事故處理等多種不同工況下的運行情況。DCS的操作方式、機組的控制邏輯、燃機的控制過程等均與現場一致。

深刻掌握燃氣—蒸汽聯合循環機組的整體特性，使熱動專業的學生能夠深刻把握燃氣輪機、余熱鍋爐、汽輪機及發電機的動態和靜態特性，掌握關鍵參數的調整方法和機組的事故處理方式，為自己畢業后盡快適應燃機電廠的生產運行崗位提供可靠保證。

進行控制策略研究，燃機電廠機組的控制方式和控制策略與常規燃煤電廠的控制理念有很大的區別，特別是燃氣輪機的控制系統要求非常高，控制策略非常精準。通過仿真機的邏輯設計和控制策略的研究，對生產現場的邏輯優化和改進控制策略有重要和現實的指導意義。

2.燃機仿真運行實習教學內容。根據學校的教學安排并結合熱動專業學生的實際情況，本文以9E級燃機機組為仿真實習對象，制定了表1的教學計劃。

以上內容根據學生的學習進度和掌握程度適當調整，第5、6、7、8項可根據進度重復操作一至兩次，總體學時控制在120課時以內，也就是三周時間。

四、燃機仿真運行實習教學的探索與研究

筆者從事電廠仿真系統的開發和仿真實習教學工作已經十多年了，曾經從事過大型機組的集控運行工作，結合連續三屆熱動專業部分學生燃機仿真運行實習和相關生產單位燃機仿真培訓工作，通過對教學內容不斷完善和補充，對教學方法的不斷探索和試驗，經過認真研究和總結，筆者認為以下幾點需要在整個燃機仿真運行實習過程中必須加以貫徹和執行。

1.在進行燃機仿真實習前，需要對學生的專業知識進行摸底，根據知識掌握程度的不同進行合理分組和制定切實可行的實習計劃，做到因人施教。專業基礎課、專業課都是按照教學大綱安排在不同學期，仿真運行實習往往都是安排在所有學年的最后進行，即第7或8學期進行。為了有較好的實習效果，提前兩周讓學生將前面學到的專業基礎課和專業課復習一遍，并在實習前以答辯的形式來確定每一位學生的掌握情況，特別是燃氣輪機原理的基本知識，合理制定實習計劃，保證實習效果。

2.現場實習和仿真實習相結合，提高實訓效果。校外的認識實習非常重要，通過校外認識實習，學生對燃氣—蒸汽聯合循環機組的概念、生產過程和生產工藝有了一個初步的整體認識，對機組的熱力系統和配電系統也有一定了解。學生在仿真機上進行操作時，會做到有的放矢，能夠虛實結合，理論聯系實際，而不是憑空操作，想象操作。這樣仿真實習的效果就更好。

3.每一個實習過程都需要經驗豐富的指導教師進行講解和操作演示。在操作過程中，指導教師不僅要演示每一步的操作，還要從理論上解釋其中的原因，并說明在實際操作過程中的注意事項。利用燃機仿真系統這個教學平臺，指導教師將現場的知識始終貫穿于整個仿真實習當中，對學生的要求和現場人員的要求一致，將現場的操作方式、操作習慣及操作理念貫穿于仿真實習的全過程。這樣有利于培養學生嚴謹的工作態度和科學的操作方法，以避免事故的發生。

4.利用先進的多媒體仿真技術和一機多模分組系統，以確保學生上機操作機會。我中心自主開發的燃機仿真系統有很強的系統分組實訓功能，每一位學員均可在仿真機上獨立完成電氣系統、燃機系統、余熱鍋爐系統和汽輪機的各項操作和參數調整，并且能夠單獨保存各自的運行工況，這樣就更能加強學生的實際操作能力和對電廠生產過程的融會貫通的理解。同時避免了以往在仿真機實訓時一部分學生不善于動手操作的缺點，無形中也對學生起到了約束和監督的作用。

5.在考核方面，利用自動評分和答辯相結合的方法進行。由于仿真系統具有很完善的自動評分功能和回退重演功能，根據學生的實際情況，考核的重點就是燃氣—蒸汽聯合循環的整組啟動過程并可以自動保存評分文件和存儲文件。在機考結束后，指導教師一一調出每一位同學的回退重演文件自動回放，結合過程進行答辯，最后確定學生綜合成績。如果學生實習的課時較長，可進行事故考核和技術比武。

五、結論

自2012年以來，對連續三屆熱動專業部分學生開設了燃機仿真運行實習實踐教學課程，學生在燃機仿真機上按照教學大綱和操作規程親手操作，不僅將自己以前所學到的比較分散的、相對獨立的知識有機地結合起來，形成一個系統的、完整的知識體系，而且能夠對燃機電廠的生產過程有一個比較完整的認識，對機組的動態特性和靜態特性有初步的了解，增強了學生的知識應用能力和實際操作技能水平，達到了理論聯系實際和學以致用的教學目的，受到了學生就業單位的高度評價和認可，達到了預期的實習效果。

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