应用型本科院校热动专业燃机仿真实习的教学研究

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摘要：仿真运行实习是应用型本科院校热动专业非常重要的实践教学环节。近几年，到燃机电厂就业的学生越来越多，而燃机仿真运行实习在高校几乎是空白。针对上述问题，本文对热动专业学生开展燃机仿真运行实习的重要性、必要性和可行性进行了分析和阐述，以9E级燃机仿真机为基准制定了教学计划并予以实施，结合实际教学情况，对教学内容和方法进行了探索和研究。

关键词：应用型本科院校；热动；燃机；仿真实习；教学研究

中图分类号：G642.44 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）31-0169-03

一、开展热动专业燃机仿真实习是当今电力发展的迫切需要

当今，我国的电力工业在快速发展，装机容量在不断扩大，新建的电厂也在不断增多，与之相适应，对电力人才的需求也在不断增加。但是随着科学技术的不断进步和电厂相关设备的不断完善，电厂的自动化程度越来越高，这样就对相应的运行人员提出了更高的要求，要求不仅要有扎实的专业知识，还要有灵活的知识应用能力和娴熟的实际操作能力。具体而言，从电厂人力资源的角度来看，他们引进的人员，如何能在最短的时间内适应工作岗位的要求是他们最关心的问题，因此从生产现场引进有工作经验的人才是最佳选择，在这方面，在校大学毕业生明显处于劣势地位。作为应用型本科院校热动专业的大学生如何获得相关的经验呢？那就是各种类型的实践课程，其中电厂仿真运行实习是最重要的一个环节，通过实习，能够使学生对发电厂的生产过程有一个比较完整的认识，将他们所学的专业知识贯通起来，形成一个有机的整体。通过在仿真机上亲自动手操作，既发挥了学生学习的主观能动性，又提高了他们的实际操作能力，同时也积累了一定的实际经验，为他们更快适应工作岗位奠定了坚实的基础，为他们的职业发展迈出了坚实的一步。

最近几年，我校热动专业学生的就业方向越来越呈现出多元化趋势，就业面也越来越广，不仅仅局限于常规的燃煤电厂，以燃气―蒸汽联合循环机组（以下简称燃机电厂）为代表的清洁能源电厂对大学生的需求量也越来越大。

燃气―蒸汽联合循环发电技术是当今世界上较先进的发电技术之一，它凭借热效率高、比投资低、排污指标低、建设周期短、占地和用水量少、启动灵活、调峰性能好、自动化程度高等诸多优点已在我国得到了快速的发展。据不完全统计，截至2014年底，全国燃气发电总装机容量5567万千瓦，约占全国发电机组总装机容量的4.1%。随着我国电力发展趋势和环境保护的压力，这个比例将会不断上升。特别是经济发达的江苏省，截至2013年6月底，江苏燃机电厂总装机638万千瓦，占统调机组容量的比例达到了8.96%；目前在建的机组还有多台，预计“十三五”末将达到1500万千瓦。

燃气电厂与常规的燃煤电厂在工作原理、生产过程、动态特性及参数调节方式等方面存在很大的差别，所以，对热动专业学生开展燃机仿真运行实习，有助于加深学生对燃机电厂生产过程的认识和理解，对扩展学生知识面和扩宽就业方向非常重要，同时也是现阶段燃机电厂快速发展对应用型本科院校人才培养的必然要求。

二、开展热动专业燃机仿真实习的必要性和可行性

1.必要性。应用型本科院校不仅要培养学生的理论基础知识的能力，更重要的要培养其实际操作能力，使其具备应用型和工程型的特点。热动专业也不例外，按照教学大纲设置的课程主要有专业基础课、专业课及相关的实习课程。专业基础课主要有工程热力学、传热学、流体力学、泵与风机、机械设计等；专业课程主要有：电厂锅炉原理、电厂汽轮机原理、热力发电厂、热工过程自动调节、电厂集控运行、电力系统设备及运行以及燃气轮机原理等。这些课程都是按照先专业基础课后专业课的顺序来安排教学的。学生学完这些课程后，普遍感觉各门课程之间比较孤立、松散，不能很好的将热动专业的课程体系形成一个完整的有机整体。那么如何才能弥补这个教学缺憾呢？那就是到燃机电厂现场实习。但是由于现场往往出于安全等诸多方面的考虑，一般不愿接受学生来实习，同时学校的实习经费也相当有限。相比之下，最有效的方法就是通过电厂仿真运行实习这个教学实践环节来解决。学生在仿真机组上实习，如同亲临电厂控制室上班，利用仿真系统可获得运行实际机组的知识与操作技能，如机组的正常启停、运行参数的调整以及事故的分析与处理等各种训练；在仿真机组上实习，学生可亲自动手，发挥其主观能动性，提高了他们的动手操作能力；加深了对燃机电厂的认识程度。所以，开设燃机仿真运行实习这门实践教学课程非常必要，是整个教学体系中必不可少的一个重要环节。

2.可行性。南京工程学院电力仿真与控制工程中心（以下简称中心）承担全校热能工程、环境工程及电气工程等专业的电厂仿真运行实习任务，同时也开展电力行业各类型机组运行值班员的技能培训及鉴定、科学研究和技术开发工作。中心是中电联首批认证的全国电力行业火电机组仿真培训基地之一。自成立以来，已先后完成了3000多名相关专业学生的电厂仿真运行实习教学任务，使学生的实践能力得到了有效提高，得到用人单位的好评。此外，先后对全国13000多人次的火电机组运行值班员进行了仿真培训，受到了委培单位的高度评价。我们长期以来坚持走自主建设的道路，积极、及时的将科研成果转化为实践教学资源，形成了具有鲜明特色的实习、实训基地建设模式。

到目前为止，中心为多个生产单位成功研制了不同容量级别的燃气―蒸汽联合循环机组的仿真机多套，这些仿真机组通过极其严格而又苛刻的测试和项目验收程序，仿真程度非常逼真，各项性能达到或超越了国家标准。这些当今电力发展最前沿的燃机仿真机组及时地转化为中心的实际教学资源。中心的大部分指导老师都有丰富的现场运行经验，同时通过承担仿真机的设计、开发和调试任务，积累了非常丰富的专业知识，掌握了当今电力发展的最新动态。这些都为燃机仿真运行实习提供了可靠而又坚实的保证。

三、燃机电厂仿真机的功能与实习教学计划

1.燃机电厂仿真机的功能。燃机电厂仿真系统是利用发电机组系统建模技术、计算机技术、电厂热能工程技术、控制工程技术、电力工程技术及多媒体等最新技术而开发的，对电厂机组运行、调试、管理、热工等人员进行机组实时运行以及技能培训的装置。它模拟了大型燃机电厂生产运行以及发生事故的全过程，而且仿真程度形象逼真。

燃机电厂仿真系统是在具有自主知识产权的JSSC仿真支撑系统平台上，采用模块化建模技术对燃机电厂各过程进行了全范围模拟和仿真，能实时地模拟燃气蒸汽联合循环机组的正常启停，运行参数调整、事故处理等多种不同工况下的运行情况。DCS的操作方式、机组的控制逻辑、燃机的控制过程等均与现场一致。

深刻掌握燃气―蒸汽联合循环机组的整体特性，使热动专业的学生能够深刻把握燃气轮机、余热锅炉、汽轮机及发电机的动态和静态特性，掌握关键参数的调整方法和机组的事故处理方式，为自己毕业后尽快适应燃机电厂的生产运行岗位提供可靠保证。

进行控制策略研究，燃机电厂机组的控制方式和控制策略与常规燃煤电厂的控制理念有很大的区别，特别是燃气轮机的控制系统要求非常高，控制策略非常精准。通过仿真机的逻辑设计和控制策略的研究，对生产现场的逻辑优化和改进控制策略有重要和现实的指导意义。

2.燃机仿真运行实习教学内容。根据学校的教学安排并结合热动专业学生的实际情况，本文以9E级燃机机组为仿真实习对象，制定了表1的教学计划。

以上内容根据学生的学习进度和掌握程度适当调整，第5、6、7、8项可根据进度重复操作一至两次，总体学时控制在120课时以内，也就是三周时间。

四、燃机仿真运行实习教学的探索与研究

笔者从事电厂仿真系统的开发和仿真实习教学工作已经十多年了，曾经从事过大型机组的集控运行工作，结合连续三届热动专业部分学生燃机仿真运行实习和相关生产单位燃机仿真培训工作，通过对教学内容不断完善和补充，对教学方法的不断探索和试验，经过认真研究和总结，笔者认为以下几点需要在整个燃机仿真运行实习过程中必须加以贯彻和执行。

1.在进行燃机仿真实习前，需要对学生的专业知识进行摸底，根据知识掌握程度的不同进行合理分组和制定切实可行的实习计划，做到因人施教。专业基础课、专业课都是按照教学大纲安排在不同学期，仿真运行实习往往都是安排在所有学年的最后进行，即第7或8学期进行。为了有较好的实习效果，提前两周让学生将前面学到的专业基础课和专业课复习一遍，并在实习前以答辩的形式来确定每一位学生的掌握情况，特别是燃气轮机原理的基本知识，合理制定实习计划，保证实习效果。

2.现场实习和仿真实习相结合，提高实训效果。校外的认识实习非常重要，通过校外认识实习，学生对燃气―蒸汽联合循环机组的概念、生产过程和生产工艺有了一个初步的整体认识，对机组的热力系统和配电系统也有一定了解。学生在仿真机上进行操作时，会做到有的放矢，能够虚实结合，理论联系实际，而不是凭空操作，想象操作。这样仿真实习的效果就更好。

3.每一个实习过程都需要经验丰富的指导教师进行讲解和操作演示。在操作过程中，指导教师不仅要演示每一步的操作，还要从理论上解释其中的原因，并说明在实际操作过程中的注意事项。利用燃机仿真系统这个教学平台，指导教师将现场的知识始终贯穿于整个仿真实习当中，对学生的要求和现场人员的要求一致，将现场的操作方式、操作习惯及操作理念贯穿于仿真实习的全过程。这样有利于培养学生严谨的工作态度和科学的操作方法，以避免事故的发生。

4.利用先进的多媒体仿真技术和一机多模分组系统，以确保学生上机操作机会。我中心自主开发的燃机仿真系统有很强的系统分组实训功能，每一位学员均可在仿真机上独立完成电气系统、燃机系统、余热锅炉系统和汽轮机的各项操作和参数调整，并且能够单独保存各自的运行工况，这样就更能加强学生的实际操作能力和对电厂生产过程的融会贯通的理解。同时避免了以往在仿真机实训时一部分学生不善于动手操作的缺点，无形中也对学生起到了约束和监督的作用。

5.在考核方面，利用自动评分和答辩相结合的方法进行。由于仿真系统具有很完善的自动评分功能和回退重演功能，根据学生的实际情况，考核的重点就是燃气―蒸汽联合循环的整组启动过程并可以自动保存评分文件和存储文件。在机考结束后，指导教师一一调出每一位同学的回退重演文件自动回放，结合过程进行答辩，最后确定学生综合成绩。如果学生实习的课时较长，可进行事故考核和技术比武。

五、结论

自2012年以来，对连续三届热动专业部分学生开设了燃机仿真运行实习实践教学课程，学生在燃机仿真机上按照教学大纲和操作规程亲手操作，不仅将自己以前所学到的比较分散的、相对独立的知识有机地结合起来，形成一个系统的、完整的知识体系，而且能够对燃机电厂的生产过程有一个比较完整的认识，对机组的动态特性和静态特性有初步的了解，增强了学生的知识应用能力和实际操作技能水平，达到了理论联系实际和学以致用的教学目的，受到了学生就业单位的高度评价和认可，达到了预期的实习效果。

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