基于1000MW仿真平台的“单元机组运行”教学改革探索
随着国民经济水平的提高，近几年来，我国新投产运行的火电机组大部分属于大容量、高参数、现场集中控制的大型火电机组设备。大型火力发电机组的主、辅机设备容量大，系统复杂，控制系统采用大量的计算机监视、通讯技术及先进的自动化系统；机组需要监控操作，控制的参数在2000项左右；“单元机组运行”的教学不再是单独对锅炉、汽机和电气设备运行进行讲授，而是锅炉、汽机、发电机3大主机运行紧密相关，不可分割，即机、炉、电单元机组集控运行，快速稳定地满足负荷要求；每位热能动力工程专业的学生都必须掌握机组的大部分甚至全部技术，包括各主辅设备、各主要系统的技术特点、运行特性、控制功能。因此，学生需全面掌握机、炉、电3个专业的专业理论知识及机组和控制设备的各种运行特性及控制功能，并且通过实际操作过程，为以后成为电厂全能值班员做好准备。 因此，为适应电力工业发展需要，发展基于仿真平台的单元机组运行的教学模式十分重要。为此，上海电力学院能源与机械工程学院引进了1000MW超临界仿真机，通过仿真实习的平台进行大型单元机组的集控运行教学工作，整个教学过程把上机实践操作和理论知识相结合，可以分为“单元机组运行”课程教学、1000MW超临界机组仿真实习和考试三个部分，各个部分对应不
同的教学目标，循序渐进，最后使学生达到理解大型单元制机组的运行知识并能熟练掌握超临界机组运行操作的目的。 一、“单元机组运行”教学模式的总体要求
本课程的授课对象是电厂热能动力专业本科生，是选修课程，也是一门综合性应用的专业课程。学生通过学习该课程，应掌握大容量单元机组的启停方式、程序、机组协调控制原理及机组运行方式、顺序控制逻辑实施及工作原理、自动事故处理及联锁保护，具有大容量机组集中控制运行技术和分析运行问题的初步能力。课程的特点在于内容涵盖了本专业所有专业课程的内容，内容多、范围广，并应对火电厂的实际系统有一定程度的熟悉。
另外，单元机组的运行需要保证机组及所有辅助设备在各种工况下的稳定和安全运行，特别是在出现异常情况时要做出快速、准确的分析判断，并果断地做出处理，这就对学生的心理素质和团队协作精神提出了较高的要求。因此，基于仿真平台的单元机组运行教学对学生所提出的要求可以说是两方面的：一是较高的技术素质；二是良好的心理素质。这两种素质的培养，特别是后一种素质的培养，难以在课堂教学中完成，更多地要由基于计算机仿真技术和多媒体的“课堂教学与仿真平台的组合模式”来进行。已有的经验表明，利用仿真机进行各种模拟操作和事故处理是培训学生技术素质和心理素质的最佳途径。 二、课堂教学与仿真平台的结合模式
建构主义学习理论需要建立与建构主义学习环境相匹配的教学方式。在这种教学模式中要以学生为中心，教师只是在教学过程中起到帮助、指导、组织和促进的作用，通过协作、情境、会话等学习环境要素来发挥学生的主观能动性、积极性和创新精神，最后的目的是使学生能够对所学知识的意义进行建构。在此模式中，知识意义的主动建构者是学生；教学过程的促进者、指导者、组织者和意义建构的帮助者是教师；教材中的知识变为了学生主动建构意义的对象，而不再是教师教授的内容；媒体用来进行设立情境、协作学习和会话交流，成为学生主动学习、协作式探索的认知工具，而不再是简单地帮助教师教授知识的手段和方法。很明显，在这种场合下，学生、教师、媒体和教材等四要素与传统教学相比，体现出了各自有完全不同的作用，相互之间产生了完全不同的关系。然而这些作用与关系是非常明确的，因此演变成教学活动过程中的另外一种结构形式，成为建构主义学习环境下的新型教学模式。
仿真平台是由多媒体与仿真技术相结合而生成的一种“虚拟现实（VR）”，它可以创造一种身临其境，完全真实的建构主义学习环境，利用仿真平台进行培训和教学即形成了“课堂教学与仿真平台的组合模式”。全范围实时仿真平台是以实时动态数学模型模拟电站机组的设备和系统及其动态过程、控制规律和控制功能，再通过仿真平台的中心控制室模拟机组的操作设备和盘台，其操作工具和操作画面和真实机组完全相同。
三、具体的教学过程 1.理论教学
“单元机组运行”课程的理论教学内容主要有：一是对单元机组集控运行进行概念性介绍，二是讲解机组的冷态启动停运操作和注意事项，三是讲授机组正常运行时的操作调整，最后对机组事故处理的基本原则进行讲解等。但是在这个教学过程中，为减少学生在上机操作时产生的盲目性，在“单元机组运行”课程讲授时还需要对学生进行集散控制系统中的内容进行培训，对集控系统的操作画面进行仔细的讲解，不但要对画面上的锅炉、汽机、发电机本体及其附属设备的系统构成、连接方式等的内容进行介绍，还要讲授与单元机组运行密切相关的阀门、泵、风机、挡板、电机等，需要了解它们的启停逻辑、设备规范、跳闸条件等顺序控制和炉膛安全监控系统的内容以及与运行调整有密切关系的协调控制系统、数字电液调节系统等。这一部分的教学量较大，但又非常重要，要将抽象的理论知识应用至具体的对象上。运行理论培训的成功与否对运行操作培训的成功影响非常大，应给予充分的重视。 2.仿真实习教学
仿真实习教学的过程共分成三个部分，每个部分都有不同的教学目的。 第一部分，以1000MW机组冷态启停操作为主，学习1000MW超临界机组从全冷态升至满负荷过程中的各种操作。讲授过程中，先由教师讲解当次需要上机操作的主要内容，
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