應(yīng)用型本科院校熱動(dòng)專業(yè)燃機(jī)仿真實(shí)習(xí)的教學(xué)研究

王順 智同生

摘要：仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)是應(yīng)用型本科院校熱動(dòng)專業(yè)非常重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。近幾年，到燃機(jī)電廠就業(yè)的學(xué)生越來越多，而燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)在高校幾乎是空白。針對(duì)上述問題，本文對(duì)熱動(dòng)專業(yè)學(xué)生開展燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)的重要性、必要性和可行性進(jìn)行了分析和闡述，以9E級(jí)燃機(jī)仿真機(jī)為基準(zhǔn)制定了教學(xué)計(jì)劃并予以實(shí)施，結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行了探索和研究。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科院校；熱動(dòng)；燃機(jī)；仿真實(shí)習(xí)；教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：G642.44 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）31-0169-03

一、開展熱動(dòng)專業(yè)燃機(jī)仿真實(shí)習(xí)是當(dāng)今電力發(fā)展的迫切需要

當(dāng)今，我國(guó)的電力工業(yè)在快速發(fā)展，裝機(jī)容量在不斷擴(kuò)大，新建的電廠也在不斷增多，與之相適應(yīng)，對(duì)電力人才的需求也在不斷增加。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和電廠相關(guān)設(shè)備的不斷完善，電廠的自動(dòng)化程度越來越高，這樣就對(duì)相應(yīng)的運(yùn)行人員提出了更高的要求，要求不僅要有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，還要有靈活的知識(shí)應(yīng)用能力和嫻熟的實(shí)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(jìn)的人員，如何能在最短的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)工作崗位的要求是他們最關(guān)心的問題，因此從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)引進(jìn)有工作經(jīng)驗(yàn)的人才是最佳選擇，在這方面，在校大學(xué)畢業(yè)生明顯處于劣勢(shì)地位。作為應(yīng)用型本科院校熱動(dòng)專業(yè)的大學(xué)生如何獲得相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？那就是各種類型的實(shí)踐課程，其中電廠仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過實(shí)習(xí)，能夠使學(xué)生對(duì)發(fā)電廠的生產(chǎn)過程有一個(gè)比較完整的認(rèn)識(shí)，將他們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)貫通起來，形成一個(gè)有機(jī)的整體。通過在仿真機(jī)上親自動(dòng)手操作，既發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，又提高了他們的實(shí)際操作能力，同時(shí)也積累了一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為他們更快適應(yīng)工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為他們的職業(yè)發(fā)展邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

最近幾年，我校熱動(dòng)專業(yè)學(xué)生的就業(yè)方向越來越呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)，就業(yè)面也越來越廣，不僅僅局限于常規(guī)的燃煤電廠，以燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱燃機(jī)電廠）為代表的清潔能源電廠對(duì)大學(xué)生的需求量也越來越大。

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今世界上較先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)之一，它憑借熱效率高、比投資低、排污指標(biāo)低、建設(shè)周期短、占地和用水量少、啟動(dòng)靈活、調(diào)峰性能好、自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)已在我國(guó)得到了快速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2014年底，全國(guó)燃?xì)獍l(fā)電總裝機(jī)容量5567萬千瓦，約占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的4.1%。隨著我國(guó)電力發(fā)展趨勢(shì)和環(huán)境保護(hù)的壓力，這個(gè)比例將會(huì)不斷上升。特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的江蘇省，截至2013年6月底，江蘇燃機(jī)電廠總裝機(jī)638萬千瓦，占統(tǒng)調(diào)機(jī)組容量的比例達(dá)到了8.96%；目前在建的機(jī)組還有多臺(tái)，預(yù)計(jì)“十三五”末將達(dá)到1500萬千瓦。

燃?xì)怆姀S與常規(guī)的燃煤電廠在工作原理、生產(chǎn)過程、動(dòng)態(tài)特性及參數(shù)調(diào)節(jié)方式等方面存在很大的差別，所以，對(duì)熱動(dòng)專業(yè)學(xué)生開展燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)，有助于加深學(xué)生對(duì)燃機(jī)電廠生產(chǎn)過程的認(rèn)識(shí)和理解，對(duì)擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面和擴(kuò)寬就業(yè)方向非常重要，同時(shí)也是現(xiàn)階段燃機(jī)電廠快速發(fā)展對(duì)應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)的必然要求。

二、開展熱動(dòng)專業(yè)燃機(jī)仿真實(shí)習(xí)的必要性和可行性

1.必要性。應(yīng)用型本科院校不僅要培養(yǎng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識(shí)的能力，更重要的要培養(yǎng)其實(shí)際操作能力，使其具備應(yīng)用型和工程型的特點(diǎn)。熱動(dòng)專業(yè)也不例外，按照教學(xué)大綱設(shè)置的課程主要有專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課及相關(guān)的實(shí)習(xí)課程。專業(yè)基礎(chǔ)課主要有工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、泵與風(fēng)機(jī)、機(jī)械設(shè)計(jì)等；專業(yè)課程主要有：電廠鍋爐原理、電廠汽輪機(jī)原理、熱力發(fā)電廠、熱工過程自動(dòng)調(diào)節(jié)、電廠集控運(yùn)行、電力系統(tǒng)設(shè)備及運(yùn)行以及燃?xì)廨啓C(jī)原理等。這些課程都是按照先專業(yè)基礎(chǔ)課后專業(yè)課的順序來安排教學(xué)的。學(xué)生學(xué)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(dòng)專業(yè)的課程體系形成一個(gè)完整的有機(jī)整體。那么如何才能彌補(bǔ)這個(gè)教學(xué)缺憾呢？那就是到燃機(jī)電廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)。但是由于現(xiàn)場(chǎng)往往出于安全等諸多方面的考慮，一般不愿接受學(xué)生來實(shí)習(xí)，同時(shí)學(xué)校的實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)也相當(dāng)有限。相比之下，最有效的方法就是通過電廠仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)這個(gè)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)來解決。學(xué)生在仿真機(jī)組上實(shí)習(xí)，如同親臨電廠控制室上班，利用仿真系統(tǒng)可獲得運(yùn)行實(shí)際機(jī)組的知識(shí)與操作技能，如機(jī)組的正常啟停、運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整以及事故的分析與處理等各種訓(xùn)練；在仿真機(jī)組上實(shí)習(xí)，學(xué)生可親自動(dòng)手，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，提高了他們的動(dòng)手操作能力；加深了對(duì)燃機(jī)電廠的認(rèn)識(shí)程度。所以，開設(shè)燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)這門實(shí)踐教學(xué)課程非常必要，是整個(gè)教學(xué)體系中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

2.可行性。南京工程學(xué)院電力仿真與控制工程中心（以下簡(jiǎn)稱中心）承擔(dān)全校熱能工程、環(huán)境工程及電氣工程等專業(yè)的電廠仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)任務(wù)，同時(shí)也開展電力行業(yè)各類型機(jī)組運(yùn)行值班員的技能培訓(xùn)及鑒定、科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)工作。中心是中電聯(lián)首批認(rèn)證的全國(guó)電力行業(yè)火電機(jī)組仿真培訓(xùn)基地之一。自成立以來，已先后完成了3000多名相關(guān)專業(yè)學(xué)生的電廠仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)教學(xué)任務(wù)，使學(xué)生的實(shí)踐能力得到了有效提高，得到用人單位的好評(píng)。此外，先后對(duì)全國(guó)13000多人次的火電機(jī)組運(yùn)行值班員進(jìn)行了仿真培訓(xùn)，受到了委培單位的高度評(píng)價(jià)。我們長(zhǎng)期以來堅(jiān)持走自主建設(shè)的道路，積極、及時(shí)的將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)資源，形成了具有鮮明特色的實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)模式。

到目前為止，中心為多個(gè)生產(chǎn)單位成功研制了不同容量級(jí)別的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的仿真機(jī)多套，這些仿真機(jī)組通過極其嚴(yán)格而又苛刻的測(cè)試和項(xiàng)目驗(yàn)收程序，仿真程度非常逼真，各項(xiàng)性能達(dá)到或超越了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。這些當(dāng)今電力發(fā)展最前沿的燃機(jī)仿真機(jī)組及時(shí)地轉(zhuǎn)化為中心的實(shí)際教學(xué)資源。中心的大部分指導(dǎo)老師都有豐富的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)通過承擔(dān)仿真機(jī)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和調(diào)試任務(wù)，積累了非常豐富的專業(yè)知識(shí)，掌握了當(dāng)今電力發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)。這些都為燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)提供了可靠而又堅(jiān)實(shí)的保證。

三、燃機(jī)電廠仿真機(jī)的功能與實(shí)習(xí)教學(xué)計(jì)劃

1.燃機(jī)電廠仿真機(jī)的功能。燃機(jī)電廠仿真系統(tǒng)是利用發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)建模技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電廠熱能工程技術(shù)、控制工程技術(shù)、電力工程技術(shù)及多媒體等最新技術(shù)而開發(fā)的，對(duì)電廠機(jī)組運(yùn)行、調(diào)試、管理、熱工等人員進(jìn)行機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行以及技能培訓(xùn)的裝置。它模擬了大型燃機(jī)電廠生產(chǎn)運(yùn)行以及發(fā)生事故的全過程，而且仿真程度形象逼真。

燃機(jī)電廠仿真系統(tǒng)是在具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的JSSC仿真支撐系統(tǒng)平臺(tái)上，采用模塊化建模技術(shù)對(duì)燃機(jī)電廠各過程進(jìn)行了全范圍模擬和仿真，能實(shí)時(shí)地模擬燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的正常啟停，運(yùn)行參數(shù)調(diào)整、事故處理等多種不同工況下的運(yùn)行情況。DCS的操作方式、機(jī)組的控制邏輯、燃機(jī)的控制過程等均與現(xiàn)場(chǎng)一致。

深刻掌握燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的整體特性，使熱動(dòng)專業(yè)的學(xué)生能夠深刻把握燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，掌握關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整方法和機(jī)組的事故處理方式，為自己畢業(yè)后盡快適應(yīng)燃機(jī)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行崗位提供可靠保證。

進(jìn)行控制策略研究，燃機(jī)電廠機(jī)組的控制方式和控制策略與常規(guī)燃煤電廠的控制理念有很大的區(qū)別，特別是燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)要求非常高，控制策略非常精準(zhǔn)。通過仿真機(jī)的邏輯設(shè)計(jì)和控制策略的研究，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的邏輯優(yōu)化和改進(jìn)控制策略有重要和現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

2.燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)學(xué)校的教學(xué)安排并結(jié)合熱動(dòng)專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，本文以9E級(jí)燃機(jī)機(jī)組為仿真實(shí)習(xí)對(duì)象，制定了表1的教學(xué)計(jì)劃。

以上內(nèi)容根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和掌握程度適當(dāng)調(diào)整，第5、6、7、8項(xiàng)可根據(jù)進(jìn)度重復(fù)操作一至兩次，總體學(xué)時(shí)控制在120課時(shí)以內(nèi)，也就是三周時(shí)間。

四、燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)教學(xué)的探索與研究

筆者從事電廠仿真系統(tǒng)的開發(fā)和仿真實(shí)習(xí)教學(xué)工作已經(jīng)十多年了，曾經(jīng)從事過大型機(jī)組的集控運(yùn)行工作，結(jié)合連續(xù)三屆熱動(dòng)專業(yè)部分學(xué)生燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)和相關(guān)生產(chǎn)單位燃機(jī)仿真培訓(xùn)工作，通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容不斷完善和補(bǔ)充，對(duì)教學(xué)方法的不斷探索和試驗(yàn)，經(jīng)過認(rèn)真研究和總結(jié)，筆者認(rèn)為以下幾點(diǎn)需要在整個(gè)燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)過程中必須加以貫徹和執(zhí)行。

1.在進(jìn)行燃機(jī)仿真實(shí)習(xí)前，需要對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行摸底，根據(jù)知識(shí)掌握程度的不同進(jìn)行合理分組和制定切實(shí)可行的實(shí)習(xí)計(jì)劃，做到因人施教。專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課都是按照教學(xué)大綱安排在不同學(xué)期，仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)往往都是安排在所有學(xué)年的最后進(jìn)行，即第7或8學(xué)期進(jìn)行。為了有較好的實(shí)習(xí)效果，提前兩周讓學(xué)生將前面學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課復(fù)習(xí)一遍，并在實(shí)習(xí)前以答辯的形式來確定每一位學(xué)生的掌握情況，特別是燃?xì)廨啓C(jī)原理的基本知識(shí)，合理制定實(shí)習(xí)計(jì)劃，保證實(shí)習(xí)效果。

2.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)和仿真實(shí)習(xí)相結(jié)合，提高實(shí)訓(xùn)效果。校外的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)非常重要，通過校外認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，學(xué)生對(duì)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的概念、生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝有了一個(gè)初步的整體認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)組的熱力系統(tǒng)和配電系統(tǒng)也有一定了解。學(xué)生在仿真機(jī)上進(jìn)行操作時(shí)，會(huì)做到有的放矢，能夠虛實(shí)結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際，而不是憑空操作，想象操作。這樣仿真實(shí)習(xí)的效果就更好。

3.每一個(gè)實(shí)習(xí)過程都需要經(jīng)驗(yàn)豐富的指導(dǎo)教師進(jìn)行講解和操作演示。在操作過程中，指導(dǎo)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(shí)際操作過程中的注意事項(xiàng)。利用燃機(jī)仿真系統(tǒng)這個(gè)教學(xué)平臺(tái)，指導(dǎo)教師將現(xiàn)場(chǎng)的知識(shí)始終貫穿于整個(gè)仿真實(shí)習(xí)當(dāng)中，對(duì)學(xué)生的要求和現(xiàn)場(chǎng)人員的要求一致，將現(xiàn)場(chǎng)的操作方式、操作習(xí)慣及操作理念貫穿于仿真實(shí)習(xí)的全過程。這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和科學(xué)的操作方法，以避免事故的發(fā)生。

4.利用先進(jìn)的多媒體仿真技術(shù)和一機(jī)多模分組系統(tǒng)，以確保學(xué)生上機(jī)操作機(jī)會(huì)。我中心自主開發(fā)的燃機(jī)仿真系統(tǒng)有很強(qiáng)的系統(tǒng)分組實(shí)訓(xùn)功能，每一位學(xué)員均可在仿真機(jī)上獨(dú)立完成電氣系統(tǒng)、燃機(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)和汽輪機(jī)的各項(xiàng)操作和參數(shù)調(diào)整，并且能夠單獨(dú)保存各自的運(yùn)行工況，這樣就更能加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和對(duì)電廠生產(chǎn)過程的融會(huì)貫通的理解。同時(shí)避免了以往在仿真機(jī)實(shí)訓(xùn)時(shí)一部分學(xué)生不善于動(dòng)手操作的缺點(diǎn)，無形中也對(duì)學(xué)生起到了約束和監(jiān)督的作用。

5.在考核方面，利用自動(dòng)評(píng)分和答辯相結(jié)合的方法進(jìn)行。由于仿真系統(tǒng)具有很完善的自動(dòng)評(píng)分功能和回退重演功能，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，考核的重點(diǎn)就是燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的整組啟動(dòng)過程并可以自動(dòng)保存評(píng)分文件和存儲(chǔ)文件。在機(jī)考結(jié)束后，指導(dǎo)教師一一調(diào)出每一位同學(xué)的回退重演文件自動(dòng)回放，結(jié)合過程進(jìn)行答辯，最后確定學(xué)生綜合成績(jī)。如果學(xué)生實(shí)習(xí)的課時(shí)較長(zhǎng)，可進(jìn)行事故考核和技術(shù)比武。

五、結(jié)論

自2012年以來，對(duì)連續(xù)三屆熱動(dòng)專業(yè)部分學(xué)生開設(shè)了燃機(jī)仿真運(yùn)行實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)課程，學(xué)生在燃機(jī)仿真機(jī)上按照教學(xué)大綱和操作規(guī)程親手操作，不僅將自己以前所學(xué)到的比較分散的、相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來，形成一個(gè)系統(tǒng)的、完整的知識(shí)體系，而且能夠?qū)θ紮C(jī)電廠的生產(chǎn)過程有一個(gè)比較完整的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性有初步的了解，增強(qiáng)了學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和實(shí)際操作技能水平，達(dá)到了理論聯(lián)系實(shí)際和學(xué)以致用的教學(xué)目的，受到了學(xué)生就業(yè)單位的高度評(píng)價(jià)和認(rèn)可，達(dá)到了預(yù)期的實(shí)習(xí)效果。

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