JP6770795B2 - 火力発電プラントの運転訓練用シミュレータ、及び火力発電プラントの運転訓練方法 - Google Patents
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Description
また、オペレータ資格を有する者に対しても、プラント異常時の対応技術を習得するために、当該シミュレータを用いた運転訓練が行われている。
このような運転訓練では、オペレータとは異なる部屋にいる指導員がコンピュータを操作して、異常を発生させ、オペレータがコンピュータを操作しながら該異常に対応することで異常に対応するオペレータの能力を向上させる。
そして、指導員は、モニター画面等を通して、オペレータの対応の様子を観察することで、オペレータの運転操作の良否を判定し、オペレータを指導する。
また、従来の火力発電プラントの運転訓練方法では、例えば、調整弁本体の開度を調整する場合、オペレータがコンピュータにより開/閉操作(開度を調整)をすることで、調整弁の弁本体の開度を直接調整していた。
このため、従来の運転訓練用シミュレータを用いて、十分な運転訓練を行ったオペレータが実際の火力発電プラントの異常に対応する場合において、コンピュータと操作端との間に位置する機器に異常があった際、このような異常を解消する訓練を事前に受けていないため、上記異常に十分に対応できない恐れがあった。
しかしながら、シナリオを用いる場合、コンピュータと操作端との間に位置する機器の異常の種類や組み合わせに応じて、それぞれシナリオを作成する必要があった。このため、非常に多くの数のシナリオを作成する必要があるため、煩雑であった。
例えば、実際の火力発電プラントの操作端が160個存在し、各操作端に対して3種類のマルファンクション(以下、「故障」ということがある)に関するシナリオを作成する必要がある場合には、480のシナリオを作成する必要があった。
図1は、本発明の実施の形態に係る火力発電プラントの運転訓練用シミュレータの概略構成を模式的に示す図である。
なお、図1では、実際にはデータ化された実機の火力発電プラントモデルの一部を火力発電プラントの図として図示する。また、図1では、従来、運転訓練することができなかった構成部分をA(以下、「領域A」という)として図示する。
運転訓練用シミュレータ10は、訓練室11と、指導員室12と、運転訓練用シミュレーションソフト13と、現場を再現した部屋15と、を有する。
第1のコンピュータ18は、コンピュータ本体と、第1の表示画面19と、キーボード(図示せず)と、マウス21と、を有する。第1のコンピュータ18を構成するコンピュータ本体には、オペレーションソフト(図示せず)が格納されている。
運転訓練用シミュレーションソフト13は別置きのモデルサーバー用コンピュータ(図示せず)に格納されている。
このとき、第1の表示画面19には、実機の火力発電プラントモデルを構成する機器の配置が忠実に再現された系統図が表示される。このため、オペレータ16は、第1の表示画面19を見ながら訓練を行うことが可能となるので、実機の火力発電プラントモデルを構成する機器の配置を理解することができる。
なお、本実施の形態において、「実機の火力発電プラントモデル」とは、プラントモデル部35、PIDロジック部45を含む制御モデル部33、及びローカルモジュール41〜43を含む現場モデル部14のソフトウェアにより、実際の火力発電所の動作を模擬したモデルである。
このように、第1の表示画面19にオペレータ16の操作に対応したプラント状態量の変化状況を表示させることで、プラント応答特性に対するオペレータ16の理解度を向上させることができる。
指導員室12には、異常を指定するための第2のコンピュータ28と、モニター29と、オペレータ16と会話するためのマイク(図示せず)と、が配置されている。
第2のコンピュータ28は、コンピュータ本体と、第2の表示画面32と、キーボード(図示せず)と、マウス34と、を有する。第2のコンピュータ28を構成するコンピュータ本体には、指導員26と運転訓練用シミュレーションソフト13に含まれる運転訓練設定機能部62との間のインターフェイスソフト(図示せず)が格納されている。
モニター29には、オペレータ16が見ている第1の表示画面19と同じ画像が表示される。また、第2の表示画面32には、火力発電プラント運転状況、訓練支援機能、各種運転訓練設定用メニュー画面等が表示される。
指導員室12は、第2の表示画面32及びモニター29を見ながら異常模擬を行う。そして、必要に応じてマイク(図示せず)を用いて、オペレータ16に指示する。
制御モデル部33は、PIDロジック45を含んだ構成とされている。PIDロジック45は、PID制御を行う。
ここで、実機の火力発電プラント構成の主要部を簡単に説明する。
実機の火力発電プラントは、水・蒸気系統ライン47と、ボイラ49と、蒸気加減弁51と、蒸気タービン53と、発電機54と、復水器56、復水ポンプ59と、低圧給水加熱器60と、給水ポンプ57と、高圧給水加熱器58と、領域Aと、を有する。
高圧給水加熱器58を通過した水は、ボイラ49に供給される。ボイラ49には燃料と、空気とが供給され、ボイラ49の内部で燃焼する。燃焼により発生した熱により、水を過熱蒸気にする。
蒸気タービン53は、蒸気加減弁51の後段に配置されている。蒸気タービン53は、所定の圧力に調整された蒸気が供給されることで回転する。
そして、蒸気タービン53の排気蒸気は、冷却されて水に戻ることにより、体積が減少する。その結果、復水器56の内部は海水温度に応じた真空度に保たれる。
高圧給水加熱器58は、ボイラ49と給水ポンプ57との間(ボイラ49の前段)に配置されている。復水ポンプ59は、復水器56と低圧給水加熱60との間に配置されている。
低圧給水加熱器60は、復水ポンプ59の後段と給水ポンプ57の後段に配置されている。低圧給水加熱器60は、蒸気タービン53内の蒸気の一部を取り出して、給水を加熱する機器である。このようにして給水を加熱する手法は、再生サイクルと呼ばれ、プラント効率の向上のために用いられる手法である。
領域Aは、従来の運転訓練用シミュレータでは、訓練することのできなかった構成要素が配置された領域を模式的に示している。
このような構成要素としては、例えば、主蒸気管ドレン温度調整弁、主蒸気温度調整用のスプレ調整弁、フラッシュタンク蒸気温度調整弁等の現場の自動操作端を例示することができる。
操作端異常設定部621は、調整弁及び調整ダンパに対し、信号変換器、開度バランサー、及び弁ダンパ本体の故障を設定する機能を有する。
マルファンクション設定部622は、プラント各設備の事故を発生させる機能を有する。
運転条件変更部623は、気象条件、燃料性状、燃料貯蔵量等プラント運転に係る周辺状態を設定する機能を有する。
初期値設定/登録部624は、プラント起動前や中間負荷運転等、さまざまなプラント運転状態を設定する機能及び、任意のプラント運転状態を記憶・保管登録する機能を有する。
ここでの「操作端モデルロジックの標準化」とは、運転状態を変化させる現場自動操作端が、幾つかの種類の操作端に分類されることを利用して標準化したもののことをいう。標準化した操作端モデルロジックとしては、例えば、調整弁や調整ダンパを例示することができる。
標準化されたローカルモジュールは、制御モデル部33から現場の自動操作端に送信される操作量の信号に応じて、弁開度を自動的に調整する機能を有する。また、標準化されたローカルモジュールは、指導員からの指令により、操作端モデルロジックの異常状態を模擬する機能を有する。
本実施の形態では、図1に示すように、一例として、ローカルモジュールが3つある場合(ローカルモジュール41〜43がある場合)を例示している。
指導員26は、ローカルモジュール41〜43のうちの少なくとも1つを選択して、実機の火力発電プラントのモデルに異常を発生させることができる。
また、指導員26は、ローカルモジュール41〜43のうち、同時に2つ或いは3つのローカルモジュールを選択して、実機の火力発電プラントのモデルに異常を発生させることができる。
ローカルモジュールは、運転訓練の対象となる現場操作端の数だけ任意に設けることができる。指導員26は、これらのローカルモジュールの中から、同時に1つ以上のローカルモジュールを選択して、実機の火力発電プラントのモデルに異常を発生させることができる。
これにより、オペレータ16は、開度バランサー、信号変換部、及び調整弁本体に異常が発生した際の訓練を行うことができる。
これにより、オペレータ16は、開度バランサー、信号変換部、及びダンパ本体に異常が発生した際の訓練を行うことができる。
異常状態としては、例えば、弁本体のスティック、信号変換部での変換動作が不良、開度バランサーの一部であるポジショナのフィードバックリンク折損等を例示することができる。
このような計算が繰り返されることにより、現場自動操作端の異常動作を指示するだけで、プラント全体の異常動作を模擬することができる。
現場を再現した部屋15には、実機の火力発電プラント建屋用エレベータ画面が表示されており、移動先のフロアーを選択すると、当該フロアーの配置図が表示される。
各フロアー間の移動は、エレベータ操作または配置図内の階段をマウス65にて選択することで移動可能である。これにより、オペレータ16は実機火力発電プラントの機器配置を理解することができる。
また、オペレータ16は、現場を再現した部屋15から、ローカルモジュール41〜43にアクセスすることができる。オペレータ16が、ローカルモジュール41〜43を制御部33から切り離してローカルモードにすると、オペレータ16はローカルモジュール41〜43から現場の操作端を直接操作することが可能となる。
これにより、オペレータ16は、現場操作端の異常を解決する操作の理解度を向上させることができる。
これにより、簡便な手法により、元々ある運転訓練用シミュレーションを変更することで、実機の火力発電プラントで発生する様々な異常に対応できるオペレータを育成することができる。
本実施の形態に係る火力発電プラントの運転訓練方法は、異常発生工程と、異常対応工程と、指導工程と、を含む。
なお、オペレーションとは、プラントの運転操作を意味する。また、操作機能及びプラント情報表示機能を総称したものをオペレーション機能という。
オペレーションソフトは、操作機能及びプラント情報表示機能という2つのオペレーション機能を模擬し、オペレータ16と運転訓練用シミュレーションソフト13との間のインターフェイスを実現するためのソフトウェアである。
プラント情報表示機能としては、例えば、系統図等のグラフィック画面を表示し、画面中に圧力、温度等の状態量を表示する機能の他、状態量をプロットしたトレンドグラフ機能、異常発生時の警報関係表示機能を例示することができる。
初めに、図2を参照して、従来の訓練について説明する。
従来は、S1において、コンピュータを用いてオペレータが、調整弁の弁本体の開/閉動作の指示を行うと、S2において、直接調整弁の弁本体の開度をコンピュータからの開度指示に対応した開度に調節していた。
S3では、信号変換部により、電気信号が空気信号に変更される。次いで、S4では、空気信号が開度バランサーに送信され、処理は、S5へと進む。S5では、開度バランサーが、コンピュータからの開度指示に対応して調整弁の弁本体の開度を調節する。
Claims (7)
- オペレータが訓練に使用し、第1の表示画面を含む第1のコンピュータが配置される訓練室と、
前記第1のコンピュータと電気的に接続され、指導員が実機の火力発電プラントのモデルに異常を発生させる際に使用し、第2の表示画面を含む第2のコンピュータが配置される指導員室と、
前記第1及び第2のコンピュータにおいて、共通で使用される運転訓練用シミュレーションソフトと、を有し、
前記運転訓練用シミュレーションソフトは、PIDロジックを含む制御モデル部と、
前記実機の火力発電プラントのモデルが格納されたプラントモデル部と、
前記制御モデル部と前記プラントモデル部との間に配置され、操作端モデルロジックが標準化された複数のローカルモジュールを含む現場モデル部と、を含み、
前記ローカルモジュールは、共通したロジックを有し、前記実機の火力発電プラントの複数の操作端に対して共通で使用可能であり、
前記第1及び第2のコンピュータが、前記現場モデル部を介した前記制御モデル部と前記プラントモデル部の処理を実行する、火力発電プラントの運転訓練用シミュレータ。 - 前記実機の火力発電プラントのモデルの操作端が調整弁である場合、前記複数のローカルモジュールのうちの1つは、前記調整弁の弁本体の開度を調整する開度バランサーの異常、前記開度バランサーに送信する空気信号を生成する信号変換部の異常、及び前記調整弁の弁本体の異常に関するデータを含むことを特徴とする請求項1記載の火力発電プラントの運転訓練用シミュレータ。
- 前記実機の火力発電プラントのモデルの操作端が調整ダンパである場合、前記複数のローカルモジュールのうちの1つは、前記調整ダンパのダンパ本体の開度を調整する開度バランサーの異常、前記開度バランサーに送信する空気信号を生成する信号変換部の異常、及び前記ダンパ本体の異常に関するデータを含むことを特徴とする請求項1または2記載の火力発電プラントの運転訓練用シミュレータ。
- PIDロジックを含む制御モデル部と、複数の操作端を含む実機の火力発電プラントのモデルが格納されたプラントモデル部と、前記制御モデル部と前記プラントモデル部との間に配置され、前記制御モデル部と前記プラントモデル部の処理を実行する操作端モデルロジックが標準化された複数のローカルモジュールを含む現場モデル部と、を含む運転訓練用シミュレータを用いて、指導員が前記複数のローカルモジュールのうちの少なくとも1つを選択して、前記実機の火力発電プラントのモデルに異常を発生させる異常発生工程と、
前記運転訓練用シミュレータが格納されたコンピュータを用いて、オペレータが前記異常発生工程において発生した前記異常に対応する異常対応工程と、を含み、
前記ローカルモジュールは、共通したロジックを有し、前記実機の火力発電プラントの複数の操作端に対して共通で使用可能である、火力発電プラントの運転訓練方法。 - 前記異常対応工程において、前記オペレータが前記異常に対応できない場合に、前記指導員が対応方法を指導する指導工程と、を含むことを特徴とする請求項4記載の火力発電プラントの運転訓練方法。
- 前記実機の火力発電プラントのモデルの操作端が調整弁である場合、前記複数のローカルモジュールのうちの1つは、前記調整弁の弁本体の開度を調整する開度バランサーの異常、前記開度バランサーに送信する空気信号を生成する信号変換部の異常、及び前記調整弁の弁本体の異常に関するデータを含むことを特徴とする請求項4または5記載の火力発電プラントの運転訓練方法。
- 前記実機の火力発電プラントのモデルの操作端が調整ダンパである場合、前記複数のローカルモジュールのうちの1つは、前記調整ダンパのダンパ本体の開度を調整する開度バランサーの異常、前記開度バランサーに送信する空気信号を生成する信号変換部の異常、及び前記ダンパ本体の異常に関するデータを含むことを特徴とする請求項4ないし6のうち、いずれか1項記載の火力発電プラントの運転訓練方法。
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