热工专业技能竞赛题型探讨

孙长生，郑渭建，胡伯勇

（1.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；2.浙能集团技术中心，杭州310052；3.浙能嘉兴发电有限公司，浙江平湖314201；）

电力企业管理

热工专业技能竞赛题型探讨

孙长生1，郑渭建2，胡伯勇3

（1.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；2.浙能集团技术中心，杭州310052；3.浙能嘉兴发电有限公司，浙江平湖314201；）

结合参加热工专业技能竞赛命题经历，介绍了2008年以来全国各发电集团公司举办热工专业技能竞赛的命题指导思想，对理论试卷内容、题型、竞赛方式和各集团的操作竞赛题型进行了综述，对理论试题的各种题型和软实操试题的逻辑查错与纠错题、测量系统题、自动控制逻辑组态题的解题要点举例进行了分析，通过技能竞赛促进热工专业队伍素质的提高。

热工；技能；竞赛；题型；探讨

随着新建火力发电机组容量的不断增大和机组数量的不断增加，热控系统的控制范围不断扩大，在机组安全稳定、经济、节能环保运行中发挥重要作用。

全国各发电集团公司充分认识到热控专业人才对安全生产以及电力企业未来发展的重要性，浙能源、华电、中电投、国电、神华、大唐等集团公司（以下英文字母替代集团名称），都先后举办了集团内的热工专业技能竞赛。在选拔人才的同时，推动了热工专业人员培训工作深入和专业人员技术素质的提高。笔者作为热工专业竞赛命题参与者，通过交流竞赛命题的指导思想，对题型进行分析，供热工专业人员参考。

1 热工专业竞赛试题综述

1.1 命题指导思想

热工技能竞赛的命题力求贴近生产实际，突出技术技能含量和对系统可靠性要求的理解，其指导思想是：考查选手掌握现代化生产关键岗位上的操作技术和综合技能，现场问题判断与故障分析查找处理、逻辑错误分析、热工系统的优化等能力。在体现现代热工技术的同时，展现热工技术的未来发展趋向。

1.2 理论竞赛试卷

（1）试卷内容。除E集团举办的热工程控竞赛未涉及自动控制的内容外，其他各集团公司的试卷基本都涵盖了现场测量、自动调节、保护联锁、可编程逻辑控制器（PLC）、分散控制系统（DCS）、数字电液控制系统（DEH）、安装调试、检修运行维护、监督管理、逻辑优化、反事故措施、事故分析等整个热工专业内容。

（2）试卷题型。A集团除有填空题外，其他题型与B，C，E集团相同，都由单选题、多选题、判断题、简答题和论述题组成，D和F集团题型由单选题、判断题、绘图题、计算题、简答题和论述题组成。

（3）竞赛方式。A集团采用热工自动化技术培训考试软件在计算机上进行，客观题自动评分，主观题每份试卷2人以上评分。其他集团均采用纸卷进行，但评卷方式有所不同，其中：B集团由外聘裁判与集团技术中心组人员共同评卷，C，E和F集团均由外聘3位裁判组评卷；D集团由裁判人员评判，裁判长复评。

1.3 操作竞赛

1.3.1 A集团操作竞赛题型

题型由故障分析处理、基础操作、PLC控制电动门组态及调试、DCS控制系统组态操作构成，其中：

（1）故障分析处理竞赛题由测量系统故障分析、自动系统故障分析、保护系统故障分析3题组成，每人根据个人专业熟悉程度，任选1题在计算机上进行答卷。

（2）基础操作题由压力表校验、热电偶校验，电动门故障排除与调整3项组成，每人考1项，现场抽签决定选手的竞赛项目。

（3）PLC控制电动门组态及调试，选手可在AB、GE、MODICOM和西门子4种PLC中任选1种（竞赛报名阶段，选手自由选报确定），竞赛时模拟现场实际工作过程进行（开工作票、填写安全事项等）。

（4）DCS控制逻辑组态，选手可在ABB、和利时、OVATION、新华4种控制系统中任选1种，设备选择与竞赛内容与（3）相同。

1.3.2 E集团操作竞赛

只有软操部份，由逻辑错误分析查找修改、热工程控逻辑综合设计、热工保护逻辑综合设计3题组成，竞赛时间分别是2 h，2 h，3 h，分3个半天，所有选手都通过跨DCS平台操作竞赛及自动评价系统连接服务器和选手自备电脑同场进行。

跨DCS平台操作竞赛及自动评价系统是E集团研究院在相关单位配合下开发。该系统根据技能大赛的技术要求，利用DCS设计技术和激励式仿真技术，采用工控领域内最新的软件设计技术，构建不同DCS厂家的组态环境，提供灵活的可视化逻辑组态工具，为选手提供熟悉的组态画面。系统可以在参赛选手的笔记本电脑上独立运行，有效地解决了实操比赛中不同发电公司选手使用不同种类DCS而无法在同一平台竞技的难题。系统公开地进行自动阅卷，客观公正地对参赛选手的组态结果进行评分，全过程消除主观因素带来的影响，同时减少竞赛人力、物力和费用的投入，开创了国内同类型比赛的先河。

1.3.3 B，C集团操作竞赛

B，C集团分别采用各自集团公司主流分散控制系统，配置20套装置，操作竞赛的题型基本相似，每个选手的竞赛时间都是2 h，选手与裁判及选手间全部采取隔离措施，同一天赛完，其中：

（1）基础操作部份，B集团由变送器校验、温度信号测量与接线、接入信号与数据处理（系统）组成；C集团由压力表校验、DCS现场故障定位等组成。

（2）软操作部份，B集团由顺序控制系统（SCS）逻辑组态查错、锅炉保护与吹灰、比例-积分-微分控制（PID）参数整定（闭环）、子组设备故障排查、工艺设备组态等组成。C集团由模拟量控制系统（MCS）控制回路组态与调整、跳闸条件首出记录逻辑组态与调试和SCS设备逻辑组态（包括过程画面组态）组成。

1.3.4 E、F集团操作竞赛

E、F集团竞赛分别配置硬操作装置5套和10套，参赛选手为60人和138人，操作竞赛的题型基本相似，其中：

（1）基础操作部份，E和F集团都由压力表校验、气动门配管、接线和调试等部份组成，E集团2011年竞赛还增加热电偶校验项目。

（2）系统组态操作部份，E集团采用福克斯波罗I/A分散控制系统，2010年竞赛内容有计算机辅助设计（CAD）绘图、逻辑组态和调试，2011年竞赛增加与THJ-3过程控制对象连接与调试内容。F集团则采用该集团基本都未应用的分散控制系统，命题组与厂家人员针对该系统逻辑组态环境、专门研发了自动系统仿真功能考试软件和自动评价系统进行，竞赛内容有控制逻辑纠错、保护逻辑设计、热工自动调节系统设计和参数整定及故障快速排查诊断。

1.4 同台竞赛

A集团竞赛中，还安排前3项竞赛排位前6名的参赛队，在闭幕式前进行同台竞赛，进行必答题、风险题（10分、20分、30分中任选）和抢答题3种形式的竞赛。除了竞赛选手的专业知识外，还测试了竞赛选手的心理素质。

2 竞赛典型试题分析

2.1 理论典型试题分析

理论试题要求选手既要求有扎实的理论基础，又要求有丰富的现场实际经验，还要求有一定的热力系统知识，强调了机组热工系统故障分析查找和反措的制定能力。此外还需要细心，否则难以取得好成绩。比如，单选、多选题中的选项和判断题，粗看时似乎难以分辨错对，只有专业知识扎实，并认真学习指定的参考资料，具有高度的安全意识和细心分析的选手，才能选出正确的答案，下面举题分析。

2.1.1 考查现场的事故分析能力

例1：某机组因为进行汽轮机试验要将转速信号接到试验仪器录波器中，在现场接线盒A转速信号端子处连接录波器时，转速信号无显示，恢复原状，查原因未发现问题。再改接旁边的转速B信号后，转速信号无显示，但此时机组跳闸。排除过程人为原因和与过程无关的其他因素，请分析引起机组跳闸的最大可能原因是（）。

A.录波器有问题、造成信号短路；B.DEH内转速信号自锁并设置为手动复归；C.二次连接造成三选二逻辑满足；D.第二次接线时不小心造成接线松动。

分析：本题为事故分析题，答案为ABC，虽未交待但选手应该知道，转速保护信号是三选二逻辑，其中“改接旁边的转速B信号，转速信号无显示，但此时机组跳机”表明D选项不成立。根据“排除过程人为原因和与过程无关的其他因素”和用录波器二次测试A，B转速信号等，可分析出ABC都是造成机组跳闸的可能原因。

2.1.2 考查选手逻辑分析和优化能力

例2：图1为某交流润滑油泵原联锁逻辑，请分析其工作过程和存在的缺陷，并从提高逻辑运行可靠性的角度出发，试着对图1进行优化，画出优化后逻辑图。

图1 交流润滑油泵联锁逻辑

分析：转速小于2 850 r/min或润滑油压低Ⅰ值且联锁开关投入时发出脉冲，启动交流油泵。当转速小于2 850 r/min信号或润滑油压低Ⅰ值信号中的任一个出现，将屏蔽掉另一个信号（除非前面出现的信号消失，后面出现的信号才能起作用），即只联锁启动1次。若交流润滑油泵联锁启动，再人为停止，后续发出的信号将不能启动交流油泵。

为此需要将脉冲功能块移到“转速小于2 850 r/min”和“汽轮机跳闸”开关量输入信号处，取消对“润滑油压低Ⅰ值”的作用。在联锁投入时，“润滑油压低Ⅰ值”的信号只要一出现，就可以联锁启动交流润滑油泵。为了增强保护的可靠性，增加汽轮机跳闸后直接联锁启动逻辑。优化后逻辑如图2所示。

本题为逻辑分析和优化知识题，考查选手逻辑分析理解和进行逻辑优化的能力。同时提醒选手，设计院或制造厂提供给的逻辑设计可能存在不完善之处，应认真对逻辑进行分析，发现问题提交相关部门进行会诊。

2.2 软实操题分析

图2 修正后的交流润滑油泵联锁逻辑

在新机组逻辑设计或运行机组检修时，为避免逻辑设计不当而造成机组跳闸，需要热工专业人员对系统进行分析，理清相关量的关系，正确设计完善的逻辑，提高设备的安全、可靠性。竞赛命题充分考虑了这一需要，将逻辑解读、分析能力和提高系统逻辑完善优化水平作为重点进行竞赛。并设计成自动评卷，下面举例分析该类题型竞赛要点。

某600 MW机组没有设计快速甩负荷（FCB）功能，某次在较高负荷工况下主变压器异常跳闸，汽轮机转速升高较快，存在安全隐患。为提高主变压器非正常跳闸时机组的安全性，设计增加了系统负荷在30%以上时如主变压器开关跳闸，直接触发主燃料跳闸（MFT）保护动作，逻辑如图3所示，其中MW为发电机功率信号，请选手根据可靠性要求，对给出的逻辑进行分析，标出认为不合理的逻辑，并将组态修改正确。

根据本题题意，设计该保护的目的是为了快速触发MFT，保证汽轮机的安全。但在本题给出的逻辑中有2个问题：

图3 主变压器异常跳闸触发机组MFT逻辑

（1）增加2个ON迟延，看起来是为了防止信号抖动，实际上是与保护设计的目的违背的；而且主变压器已有三取二，同时主变压器跳闸、负荷曾经在高位、现负荷已经至低位3个信号与门表征该保护工况，通过判断这些综合条件，可以排除误动的可能性，一旦这些综合条件满足，保护系统必须立即动作，不应再考虑任何迟延。

（2）机组跳闸，MW将快速下跌为0，设置信号速率限制逻辑会闭锁保护输出，因此逻辑中MW小于50保护条件中，MW信号设置速率判据是错误的设计。

评价参考逻辑示意如图4所示。本题的错误标识和逻辑修改的得分率较低，说明选手对系统的分析水平和专业拓展方面需要提高。从选手的解答情况看，有一定数量的选手知道去除“主变压器开关三取二”跳闸条件的2 s迟延，但知道去除“机组功率低”条件2 s迟延的选手很少，说明并没有真正理解该保护的目的，该保护的重点是快速、准确动作，相对来说防止拒动是重点，本身保护条件的设置已经很可靠，防误动并不是主因。

图4 正确的机组MFT逻辑

2.3 测量系统问题分析

某超临界机组的汽包水位测量示意见图5，请选手指出其中不符合规程要求之处，并给出相应的纠正措施（每个缺陷2分）。

测量系统安装中存在的缺陷基本都体现在图5中，如果选手了解DL/T 5190.5规程知识，掌握测量管路坡度、超临界锅炉水位取样阀的数量与手轮方向、保温、管路入柜部位、排污阀与排污管的安装、屏蔽电缆单点接地、变送器的正负连接等要求，则就不难判断出图中存在的13个问题：单个取样阀未水平安装；取样管未全部保温且无斜向汽包的坡度；取样筒下部40 mm处不需要保温；管路敷设无坡度且从柜顶部进入；排污阀在柜内无法观察阀是否泄漏；排污管无坡度；右侧二次阀前管路存在倒坡；变送器正负接口连接错误；屏蔽电缆通常现场不应接地等。

竞赛结果表明，选手对热工安装方面的基本知识比较缺乏。

2.4 自动逻辑组态题型分析

图5 汽包水位测量示意

热工自动调节系统品质，直接影响机组的安全和经济性。提高热工专业人员自动系统的逻辑优化、控制参数细调能力一直是热工专业关注的问题。竞赛命题充分考虑了这一需要，将自动逻辑的设计、前馈、超弛和无扰切换等自动调节系统的考虑要点和参数细调能力融入竞赛题型，并设计成自动评卷，减少人为因素影响。下面以F集团该类竞赛题型为例分析其要点。

某600 MW机组的锅炉为亚临界中间一次再热控制循环汽包炉，锅炉采用平衡通风的方式。配备2台轴流式引风机，通过调节可调动叶来控制锅炉的炉膛负压，控制策略采用负压偏差PI调节加送风指令为前馈信号的单回路配前馈的控制模式。在某次机组大修期间，决定配套实施脱硫工程（FGD），系统配置1台轴流式增压风机用来克服烟气流经FGD系统的压力损失。通过调节增压风机动叶的开度，将增压风机入口处的烟气静压控制在一定值（-180 Pa），增压风机动叶自动控制策略采用控制偏差PI调节。请根据题意的要求，设计增压风机动叶自动控制逻辑，系统自动功能能够满足正常和相关特殊工况下的控制要求，题中给出相关的信号，供设计用。

根据题意要求是设计并调试增压风机动叶自动系统，目的是控制增压风机入口处的烟气压力在一定值，控制策略是采用控制偏差PI调节，考生需要考虑的要点是：

（1）设计负反馈偏差PI控制，设计MA站以及参与控制信号的处理，如：烟气信号三取中值运行，考虑烟气信号的波动性，进入控制器之前还应进行滤波处理。

（2）自动控制设计中一个主要的特征要素是手动和自动的无扰切换，同时考虑一些特殊情况下自动切手动的保安功能，如烟气信号坏质量、被控量超差等，这些也是考查的要点。

（3）前馈功能的设计，增压风机和引风机在风烟系统中属于串联布置，由于风道容积小，增压风机入口的烟气压力变化比炉膛压力更为明显，题中已明确引风机的控制有前馈作用，为保证控制效果，增压风机动叶自动系统中也应该选择合适的前馈因子。

（4）由题知，系统配置2台引风机和1台增压风机，因此当有1台引风机异常跳闸时，增压风机动叶靠自动调节肯定无法满足系统的要求，因此需要设计快速超弛回路，以保证风机快速减负荷（RB）特殊工况的控制性能。

在理解上述考查要点的基础上，完成相关控制逻辑的设计就相对简单，考生完成逻辑设计后，还需要进行静态仿真，以检查逻辑设计的正确性。考试在自动仿真系统上实现，工艺系统也是采用模型仿真提供，完成组态和仿真验证后，选手就可以通过画面上的模拟系统进行控制参数的细调，这个环节主要考查考生对PID以及控制系统的掌握、理解程度，如果基础扎实的选手，会在较短的时间确定对象的特性，并初步整定关键参数，确保控制品质稳定，再花一定的时间进行细调，保证控制品质良好。

实际的竞赛结果表明：大部份选手能够设计好主体的控制逻辑架构，但能够合理应用前馈和超弛的选手不多，这说明选手在日常工作中对自动系统的掌握、理解还有待提高。在控制参数整定方面，选手的水平也是差异明显，专业水平相对较好的选手能够通过细调保证较好的调节品质，但大多选手在自动系统优化和参数细调方面的基础和能力相对欠缺。因此，竞赛中加入自动方面的题型显得更为必要，能够促进专业人员加强热工自动方面知识的学习和技能提高，推动热工自动系统维护水平的提升。

3 结语

热工专业技能竞赛活动，推动了热工专业队伍素质建设的深入。在竞赛项目设置、内容安排、方法制定方面，应充分考虑热工专业工作的技术性和专业性，仔细研究，反复推敲，力求最大限度贴近热工专业工作实际。

通过各参赛选手和教练积极参与，使大赛活动不只是为热工专业人才展示技能水平提供一个空间，同时也为专业人员培训、交流和提高提供了一个平台。参赛单位和选手从比赛过程中认识自我，看到差距，找到不足，从而做到“以赛促学，以练促技，一次比赛，一次经历，一次锻练，一次提升”。在技能大赛中冒尖出来的多数获奖选手，都是专业人才中的皎皎者，他们的成功也将进一步激励专业人员勤奋学习、苦练技能的积极性。

[1]孙长生，朱北恒.热工自动化技术培训试题库[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]国网公司.电力安全工作规程火电厂动力部份[M].北京：中国电力出版社，2008.

（本文编辑：杨勇）

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

孙长生（1954-），男，安徽桐城人，硕士，高级工程师，从事火电厂热工自动化系统应用研究和科技项目开发工作。