熱工專業技能競賽題型探討

孫長生，鄭渭建，胡伯勇

（1.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014；2.浙能集團技術中心，杭州310052；3.浙能嘉興發電有限公司，浙江平湖314201；）

電力企業管理

熱工專業技能競賽題型探討

孫長生1，鄭渭建2，胡伯勇3

（1.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014；2.浙能集團技術中心，杭州310052；3.浙能嘉興發電有限公司，浙江平湖314201；）

結合參加熱工專業技能競賽命題經歷，介紹了2008年以來全國各發電集團公司舉辦熱工專業技能競賽的命題指導思想，對理論試卷內容、題型、競賽方式和各集團的操作競賽題型進行了綜述，對理論試題的各種題型和軟實操試題的邏輯查錯與糾錯題、測量系統題、自動控制邏輯組態題的解題要點舉例進行了分析，通過技能競賽促進熱工專業隊伍素質的提高。

熱工；技能；競賽；題型；探討

隨著新建火力發電機組容量的不斷增大和機組數量的不斷增加，熱控系統的控制范圍不斷擴大，在機組安全穩定、經濟、節能環保運行中發揮重要作用。

全國各發電集團公司充分認識到熱控專業人才對安全生產以及電力企業未來發展的重要性，浙能源、華電、中電投、國電、神華、大唐等集團公司（以下英文字母替代集團名稱），都先后舉辦了集團內的熱工專業技能競賽。在選拔人才的同時，推動了熱工專業人員培訓工作深入和專業人員技術素質的提高。筆者作為熱工專業競賽命題參與者，通過交流競賽命題的指導思想，對題型進行分析，供熱工專業人員參考。

1 熱工專業競賽試題綜述

1.1 命題指導思想

熱工技能競賽的命題力求貼近生產實際，突出技術技能含量和對系統可靠性要求的理解，其指導思想是：考查選手掌握現代化生產關鍵崗位上的操作技術和綜合技能，現場問題判斷與故障分析查找處理、邏輯錯誤分析、熱工系統的優化等能力。在體現現代熱工技術的同時，展現熱工技術的未來發展趨向。

1.2 理論競賽試卷

（1）試卷內容。除E集團舉辦的熱工程控競賽未涉及自動控制的內容外，其他各集團公司的試卷基本都涵蓋了現場測量、自動調節、保護聯鎖、可編程邏輯控制器（PLC）、分散控制系統（DCS）、數字電液控制系統（DEH）、安裝調試、檢修運行維護、監督管理、邏輯優化、反事故措施、事故分析等整個熱工專業內容。

（2）試卷題型。A集團除有填空題外，其他題型與B，C，E集團相同，都由單選題、多選題、判斷題、簡答題和論述題組成，D和F集團題型由單選題、判斷題、繪圖題、計算題、簡答題和論述題組成。

（3）競賽方式。A集團采用熱工自動化技術培訓考試軟件在計算機上進行，客觀題自動評分，主觀題每份試卷2人以上評分。其他集團均采用紙卷進行，但評卷方式有所不同，其中：B集團由外聘裁判與集團技術中心組人員共同評卷，C，E和F集團均由外聘3位裁判組評卷；D集團由裁判人員評判，裁判長復評。

1.3 操作競賽

1.3.1 A集團操作競賽題型

題型由故障分析處理、基礎操作、PLC控制電動門組態及調試、DCS控制系統組態操作構成，其中：

（1）故障分析處理競賽題由測量系統故障分析、自動系統故障分析、保護系統故障分析3題組成，每人根據個人專業熟悉程度，任選1題在計算機上進行答卷。

（2）基礎操作題由壓力表校驗、熱電偶校驗，電動門故障排除與調整3項組成，每人考1項，現場抽簽決定選手的競賽項目。

（3）PLC控制電動門組態及調試，選手可在AB、GE、MODICOM和西門子4種PLC中任選1種（競賽報名階段，選手自由選報確定），競賽時模擬現場實際工作過程進行（開工作票、填寫安全事項等）。

（4）DCS控制邏輯組態，選手可在ABB、和利時、OVATION、新華4種控制系統中任選1種，設備選擇與競賽內容與（3）相同。

1.3.2 E集團操作競賽

只有軟操部份，由邏輯錯誤分析查找修改、熱工程控邏輯綜合設計、熱工保護邏輯綜合設計3題組成，競賽時間分別是2 h，2 h，3 h，分3個半天，所有選手都通過跨DCS平臺操作競賽及自動評價系統連接服務器和選手自備電腦同場進行。

跨DCS平臺操作競賽及自動評價系統是E集團研究院在相關單位配合下開發。該系統根據技能大賽的技術要求，利用DCS設計技術和激勵式仿真技術，采用工控領域內最新的軟件設計技術，構建不同DCS廠家的組態環境，提供靈活的可視化邏輯組態工具，為選手提供熟悉的組態畫面。系統可以在參賽選手的筆記本電腦上獨立運行，有效地解決了實操比賽中不同發電公司選手使用不同種類DCS而無法在同一平臺競技的難題。系統公開地進行自動閱卷，客觀公正地對參賽選手的組態結果進行評分，全過程消除主觀因素帶來的影響，同時減少競賽人力、物力和費用的投入，開創了國內同類型比賽的先河。

1.3.3 B，C集團操作競賽

B，C集團分別采用各自集團公司主流分散控制系統，配置20套裝置，操作競賽的題型基本相似，每個選手的競賽時間都是2 h，選手與裁判及選手間全部采取隔離措施，同一天賽完，其中：

（1）基礎操作部份，B集團由變送器校驗、溫度信號測量與接線、接入信號與數據處理（系統）組成；C集團由壓力表校驗、DCS現場故障定位等組成。

（2）軟操作部份，B集團由順序控制系統（SCS）邏輯組態查錯、鍋爐保護與吹灰、比例-積分-微分控制（PID）參數整定（閉環）、子組設備故障排查、工藝設備組態等組成。C集團由模擬量控制系統（MCS）控制回路組態與調整、跳閘條件首出記錄邏輯組態與調試和SCS設備邏輯組態（包括過程畫面組態）組成。

1.3.4 E、F集團操作競賽

E、F集團競賽分別配置硬操作裝置5套和10套，參賽選手為60人和138人，操作競賽的題型基本相似，其中：

（1）基礎操作部份，E和F集團都由壓力表校驗、氣動門配管、接線和調試等部份組成，E集團2011年競賽還增加熱電偶校驗項目。

（2）系統組態操作部份，E集團采用福克斯波羅I/A分散控制系統，2010年競賽內容有計算機輔助設計（CAD）繪圖、邏輯組態和調試，2011年競賽增加與THJ-3過程控制對象連接與調試內容。F集團則采用該集團基本都未應用的分散控制系統，命題組與廠家人員針對該系統邏輯組態環境、專門研發了自動系統仿真功能考試軟件和自動評價系統進行，競賽內容有控制邏輯糾錯、保護邏輯設計、熱工自動調節系統設計和參數整定及故障快速排查診斷。

1.4 同臺競賽

A集團競賽中，還安排前3項競賽排位前6名的參賽隊，在閉幕式前進行同臺競賽，進行必答題、風險題（10分、20分、30分中任選）和搶答題3種形式的競賽。除了競賽選手的專業知識外，還測試了競賽選手的心理素質。

2 競賽典型試題分析

2.1 理論典型試題分析

理論試題要求選手既要求有扎實的理論基礎，又要求有豐富的現場實際經驗，還要求有一定的熱力系統知識，強調了機組熱工系統故障分析查找和反措的制定能力。此外還需要細心，否則難以取得好成績。比如，單選、多選題中的選項和判斷題，粗看時似乎難以分辨錯對，只有專業知識扎實，并認真學習指定的參考資料，具有高度的安全意識和細心分析的選手，才能選出正確的答案，下面舉題分析。

2.1.1 考查現場的事故分析能力

例1：某機組因為進行汽輪機試驗要將轉速信號接到試驗儀器錄波器中，在現場接線盒A轉速信號端子處連接錄波器時，轉速信號無顯示，恢復原狀，查原因未發現問題。再改接旁邊的轉速B信號后，轉速信號無顯示，但此時機組跳閘。排除過程人為原因和與過程無關的其他因素，請分析引起機組跳閘的最大可能原因是（）。

A.錄波器有問題、造成信號短路；B.DEH內轉速信號自鎖并設置為手動復歸；C.二次連接造成三選二邏輯滿足；D.第二次接線時不小心造成接線松動。

分析：本題為事故分析題，答案為ABC，雖未交待但選手應該知道，轉速保護信號是三選二邏輯，其中“改接旁邊的轉速B信號，轉速信號無顯示，但此時機組跳機”表明D選項不成立。根據“排除過程人為原因和與過程無關的其他因素”和用錄波器二次測試A，B轉速信號等，可分析出ABC都是造成機組跳閘的可能原因。

2.1.2 考查選手邏輯分析和優化能力

例2：圖1為某交流潤滑油泵原聯鎖邏輯，請分析其工作過程和存在的缺陷，并從提高邏輯運行可靠性的角度出發，試著對圖1進行優化，畫出優化后邏輯圖。

圖1 交流潤滑油泵聯鎖邏輯

分析：轉速小于2 850 r/min或潤滑油壓低Ⅰ值且聯鎖開關投入時發出脈沖，啟動交流油泵。當轉速小于2 850 r/min信號或潤滑油壓低Ⅰ值信號中的任一個出現，將屏蔽掉另一個信號（除非前面出現的信號消失，后面出現的信號才能起作用），即只聯鎖啟動1次。若交流潤滑油泵聯鎖啟動，再人為停止，后續發出的信號將不能啟動交流油泵。

為此需要將脈沖功能塊移到“轉速小于2 850 r/min”和“汽輪機跳閘”開關量輸入信號處，取消對“潤滑油壓低Ⅰ值”的作用。在聯鎖投入時，“潤滑油壓低Ⅰ值”的信號只要一出現，就可以聯鎖啟動交流潤滑油泵。為了增強保護的可靠性，增加汽輪機跳閘后直接聯鎖啟動邏輯。優化后邏輯如圖2所示。

本題為邏輯分析和優化知識題，考查選手邏輯分析理解和進行邏輯優化的能力。同時提醒選手，設計院或制造廠提供給的邏輯設計可能存在不完善之處，應認真對邏輯進行分析，發現問題提交相關部門進行會診。

2.2 軟實操題分析

圖2 修正后的交流潤滑油泵聯鎖邏輯

在新機組邏輯設計或運行機組檢修時，為避免邏輯設計不當而造成機組跳閘，需要熱工專業人員對系統進行分析，理清相關量的關系，正確設計完善的邏輯，提高設備的安全、可靠性。競賽命題充分考慮了這一需要，將邏輯解讀、分析能力和提高系統邏輯完善優化水平作為重點進行競賽。并設計成自動評卷，下面舉例分析該類題型競賽要點。

某600 MW機組沒有設計快速甩負荷（FCB）功能，某次在較高負荷工況下主變壓器異常跳閘，汽輪機轉速升高較快，存在安全隱患。為提高主變壓器非正常跳閘時機組的安全性，設計增加了系統負荷在30%以上時如主變壓器開關跳閘，直接觸發主燃料跳閘（MFT）保護動作，邏輯如圖3所示，其中MW為發電機功率信號，請選手根據可靠性要求，對給出的邏輯進行分析，標出認為不合理的邏輯，并將組態修改正確。

根據本題題意，設計該保護的目的是為了快速觸發MFT，保證汽輪機的安全。但在本題給出的邏輯中有2個問題：

圖3 主變壓器異常跳閘觸發機組MFT邏輯

（1）增加2個ON遲延，看起來是為了防止信號抖動，實際上是與保護設計的目的違背的；而且主變壓器已有三取二，同時主變壓器跳閘、負荷曾經在高位、現負荷已經至低位3個信號與門表征該保護工況，通過判斷這些綜合條件，可以排除誤動的可能性，一旦這些綜合條件滿足，保護系統必須立即動作，不應再考慮任何遲延。

（2）機組跳閘，MW將快速下跌為0，設置信號速率限制邏輯會閉鎖保護輸出，因此邏輯中MW小于50保護條件中，MW信號設置速率判據是錯誤的設計。

評價參考邏輯示意如圖4所示。本題的錯誤標識和邏輯修改的得分率較低，說明選手對系統的分析水平和專業拓展方面需要提高。從選手的解答情況看，有一定數量的選手知道去除“主變壓器開關三取二”跳閘條件的2 s遲延，但知道去除“機組功率低”條件2 s遲延的選手很少，說明并沒有真正理解該保護的目的，該保護的重點是快速、準確動作，相對來說防止拒動是重點，本身保護條件的設置已經很可靠，防誤動并不是主因。

圖4 正確的機組MFT邏輯

2.3 測量系統問題分析

某超臨界機組的汽包水位測量示意見圖5，請選手指出其中不符合規程要求之處，并給出相應的糾正措施（每個缺陷2分）。

測量系統安裝中存在的缺陷基本都體現在圖5中，如果選手了解DL/T 5190.5規程知識，掌握測量管路坡度、超臨界鍋爐水位取樣閥的數量與手輪方向、保溫、管路入柜部位、排污閥與排污管的安裝、屏蔽電纜單點接地、變送器的正負連接等要求，則就不難判斷出圖中存在的13個問題：單個取樣閥未水平安裝；取樣管未全部保溫且無斜向汽包的坡度；取樣筒下部40 mm處不需要保溫；管路敷設無坡度且從柜頂部進入；排污閥在柜內無法觀察閥是否泄漏；排污管無坡度；右側二次閥前管路存在倒坡；變送器正負接口連接錯誤；屏蔽電纜通常現場不應接地等。

競賽結果表明，選手對熱工安裝方面的基本知識比較缺乏。

2.4 自動邏輯組態題型分析

圖5 汽包水位測量示意

熱工自動調節系統品質，直接影響機組的安全和經濟性。提高熱工專業人員自動系統的邏輯優化、控制參數細調能力一直是熱工專業關注的問題。競賽命題充分考慮了這一需要，將自動邏輯的設計、前饋、超弛和無擾切換等自動調節系統的考慮要點和參數細調能力融入競賽題型，并設計成自動評卷，減少人為因素影響。下面以F集團該類競賽題型為例分析其要點。

某600 MW機組的鍋爐為亞臨界中間一次再熱控制循環汽包爐，鍋爐采用平衡通風的方式。配備2臺軸流式引風機，通過調節可調動葉來控制鍋爐的爐膛負壓，控制策略采用負壓偏差PI調節加送風指令為前饋信號的單回路配前饋的控制模式。在某次機組大修期間，決定配套實施脫硫工程（FGD），系統配置1臺軸流式增壓風機用來克服煙氣流經FGD系統的壓力損失。通過調節增壓風機動葉的開度，將增壓風機入口處的煙氣靜壓控制在一定值（-180 Pa），增壓風機動葉自動控制策略采用控制偏差PI調節。請根據題意的要求，設計增壓風機動葉自動控制邏輯，系統自動功能能夠滿足正常和相關特殊工況下的控制要求，題中給出相關的信號，供設計用。

根據題意要求是設計并調試增壓風機動葉自動系統，目的是控制增壓風機入口處的煙氣壓力在一定值，控制策略是采用控制偏差PI調節，考生需要考慮的要點是：

（1）設計負反饋偏差PI控制，設計MA站以及參與控制信號的處理，如：煙氣信號三取中值運行，考慮煙氣信號的波動性，進入控制器之前還應進行濾波處理。

（2）自動控制設計中一個主要的特征要素是手動和自動的無擾切換，同時考慮一些特殊情況下自動切手動的保安功能，如煙氣信號壞質量、被控量超差等，這些也是考查的要點。

（3）前饋功能的設計，增壓風機和引風機在風煙系統中屬于串聯布置，由于風道容積小，增壓風機入口的煙氣壓力變化比爐膛壓力更為明顯，題中已明確引風機的控制有前饋作用，為保證控制效果，增壓風機動葉自動系統中也應該選擇合適的前饋因子。

（4）由題知，系統配置2臺引風機和1臺增壓風機，因此當有1臺引風機異常跳閘時，增壓風機動葉靠自動調節肯定無法滿足系統的要求，因此需要設計快速超弛回路，以保證風機快速減負荷（RB）特殊工況的控制性能。

在理解上述考查要點的基礎上，完成相關控制邏輯的設計就相對簡單，考生完成邏輯設計后，還需要進行靜態仿真，以檢查邏輯設計的正確性。考試在自動仿真系統上實現，工藝系統也是采用模型仿真提供，完成組態和仿真驗證后，選手就可以通過畫面上的模擬系統進行控制參數的細調，這個環節主要考查考生對PID以及控制系統的掌握、理解程度，如果基礎扎實的選手，會在較短的時間確定對象的特性，并初步整定關鍵參數，確保控制品質穩定，再花一定的時間進行細調，保證控制品質良好。

實際的競賽結果表明：大部份選手能夠設計好主體的控制邏輯架構，但能夠合理應用前饋和超弛的選手不多，這說明選手在日常工作中對自動系統的掌握、理解還有待提高。在控制參數整定方面，選手的水平也是差異明顯，專業水平相對較好的選手能夠通過細調保證較好的調節品質，但大多選手在自動系統優化和參數細調方面的基礎和能力相對欠缺。因此，競賽中加入自動方面的題型顯得更為必要，能夠促進專業人員加強熱工自動方面知識的學習和技能提高，推動熱工自動系統維護水平的提升。

3 結語

熱工專業技能競賽活動，推動了熱工專業隊伍素質建設的深入。在競賽項目設置、內容安排、方法制定方面，應充分考慮熱工專業工作的技術性和專業性，仔細研究，反復推敲，力求最大限度貼近熱工專業工作實際。

通過各參賽選手和教練積極參與，使大賽活動不只是為熱工專業人才展示技能水平提供一個空間，同時也為專業人員培訓、交流和提高提供了一個平臺。參賽單位和選手從比賽過程中認識自我，看到差距，找到不足，從而做到“以賽促學，以練促技，一次比賽，一次經歷，一次鍛練，一次提升”。在技能大賽中冒尖出來的多數獲獎選手，都是專業人才中的皎皎者，他們的成功也將進一步激勵專業人員勤奮學習、苦練技能的積極性。

[1]孫長生，朱北恒.熱工自動化技術培訓試題庫[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]國網公司.電力安全工作規程火電廠動力部份[M].北京：中國電力出版社，2008.

（本文編輯：楊勇）

Exploration on Question Types of Professional Skill Competition for Thermal Instrument and Control

SUN Chang-sheng1，ZHENG Wei-jian2，HU Bo-yong3
（1.Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Zhejiang Energy Technology Center，Hangzhou 310014，China；3.Zhejiang Energy Jiaxing Power Generation Co.，Ltd，Pinghu Zhejiang 310014，China）

Based on the examination formulation experience of the professional skill ccompetition for the thermal instrument and control profession，this paper introduces the guiding ideology for examination formulation of the competition held by all the power generation group companies since 2008，summarizes the theoretical test content，question types，competition mode and the question types of the operation competition in the companies.Through the analysis on all the question types in theoretical tests and the logic error identifying and error correction questions in software operation test,questions of measuring system，keypoints for answering the questions of automatic control logic configuration by examples,the skill compeition is carried out to improve the quality of thermal instrument and control professional team.

thermal instrument and control；skill；competition；question types；exploration

G71

：B

：1007-1881（2012）09-0067-05

2012-03-15

孫長生（1954-），男，安徽桐城人，碩士，高級工程師，從事火電廠熱工自動化系統應用研究和科技項目開發工作。