攻坚克难的开发、调试路-自主可控热电控制系统改造项目

中石化上海石化金山热电0号机控制系统改造项目在2019年10月由上海汽轮机厂（以下简称“上汽厂”）技术人员配合电厂进行项目科研，2020年上半年竞标拿到合同后即刻开始方案细化和详细设计，2021年8月完成所有20个部套的设计入库。但因疫情等不可抗力因素，该项目推迟至2024年初进行调试、投产。该项目热电控制系统开发涉及面广（纯液调改纯电调、带辅助系统）、调试周期紧张且涵盖技术量大，对设计开发人员及调试人员都是极大的考验。但即使面临如此困难，上汽厂技术人员还是秉承一丝不苟、精益求精的精神迎难而上，最终机组以良好的数据姿态在2024年上半年顺利投产。

一、项目背景：

金山石化0号机是一台单缸冲击背压式汽轮机，机组型号：B-25-90/13型，最大负荷25000kW，最大排汽量216.8t/h。主蒸汽参数：8.82±O.49Mpa、535±⁵₁₅ ℃；排汽压力：1.3±0.3MPa；排汽温度设计工况：296.5℃；高背压工况：316℃；低背压工况：273℃。机组原控制系统为纯液调形式，进汽阀包括1个主汽门操纵座和1个调速器油动机（通过凸轮机构调节4个调阀开度），启动、运行以就此操作为主。

本次升级改造项目涵盖DEH、DCS、TSI控制系统以及液压控制系统的优化。电调系统硬件采用了上海新华的控制系统，配备了5个机柜（电源柜、网络柜、TSI、DEH、ETS柜、DCS柜），如图1所示，并在此基础上新增了201、202两个工程师站，203一个操作员站。控制系统由原先的纯液调控制系统升级改造成数字电液控制系统，简化了原先繁琐的启动过程，整体使金山0号机的控制系统的控制精度有了极大的提升。

图1 控制机柜

二、纯液控制升级为数字电液控制系统

纯液压调速系统作为金山0号机这种典型的早期中小容量的火电机组常用的控制方式，有着液压系统部件繁杂、设备故障率高、稳定性差，控制靶向不精准、人为干预控制的事项多等诸多不可控因素，导致电厂频繁停机检修，不符合电厂运行可靠性高的要求，造成汽轮机自动控制的效果并不理想。

升级后改用数字电液控制系统的方式，完美解决了电厂对于控制系统可靠性，安全性的要求。

数字式电液调节控制系统（DEH），是通过在现场配备的各类探头，采集汽轮机控制的信号，由计算机代替运行人员来完成复杂的控制运算逻辑，以伺服阀作为电-液接口去驱动高压抗燃油油动机，从而实现汽轮机的转速控制、负荷控制、超速保护、单/多阀切换、阀站试验等各项功能。其中控制部分是上汽厂自主开发的控制逻辑，其硬件搭载国产化的上海新华控制系统，整套系统有运算周期短、控制精度高维护简单的优势，这也极大地降低了用户的运行维护成本。

数字电液控制系统(DEH)提供了以下几种运行方式：操作员自动控制、自动同期、手动控制。通过这几种运行方式，可以实现汽轮机的转速控制、功率控制等基本功能。本次改造使用的DEH画面如图2所示。

图2 DEH操作画面

三、液压伺服系统的升级

改造前机组为纯机械式液压调节保安系统，调节系统中设置调速器，同步器，调压器，油动机等设备，保安系统则设置机械危急遮断器作为超速保护设备。机组自动化水平低、安全性不高。

改造后液压伺服系统采用三个专用的AST停机电磁阀（如图3），接入原低压油安全油管路，当AST停机电磁阀有任意两个失电时，将泄去AST低压安全油压，保证主汽门及调门快速关闭。

图3 AST电磁阀组件

升级后的液压执行机构（如图4），采用上汽厂自主研发的油动机，具有响应速度快和输出推力大等优点。

图4 现场油动机

其中液压系统原理如图5所示。AST低压安全油管路与新增的EH油系统的OPC高压油管路通过隔膜阀相连，当AST低压安全油压泄去时，隔膜阀将打开，同时泄去高压OPC油压，使高调门快速关闭。达到快速关闭所有阀门，汽机停机的目的。AST停机电磁阀采用常带电，失电动作。电源采用24VDC，通过继电器节点输出。

图5 液压系统原理

四、其他系统升级

DCS控制采用一体化的上海新华控制系统。控制的设备包括各疏水阀，抽汽阀，盘车马达，以及油系统。设备大部分利旧，设备各项性能一定程度上有所下降，为确保汽轮机安全起、停，上汽厂技术开发人员和电厂运行专工、热控专工多次沟通，完成DCS部分的控制、保护逻辑的搭建，并由上汽厂调试工程师对此进行了每个设备的单体调试。

TSI监测（如图6）项目包括轴向位移，振动，差胀，绝对膨胀。

TSI采集的各信号通过硬接线二点方式输入DEH的控制系统内，进行相关的逻辑运算，实现联锁功能、SOE记录功能、并具有历史趋势。

图6 TSI系统

轴系仪表电缆要求采用铠装电缆（非保护套管）；传感器与放大器间采用专用接头保护套；放大器采用配套绝缘底座安装，放大器接线箱内接地、屏蔽完善，防护等级不低于IP67。

五、现场调试

金山石化0号机是上汽厂总承包的项目，因此现场调试期间，调试工程师还需协调DCS侧（电气和辅控）的信号。辅机侧和电气侧的设备，均需根据联锁清单编制联锁逻辑，保证功能正常实现。

因现场并未配置调试所，且现场人员对于升级改造后的各系统无HMI使用经验，所有的联锁试验都需上汽厂调试人员与业主在仅限的时间内配合完成。上汽厂调试人员不仅克服了时间紧任务重的各种困难，而且积极参与辅机侧设备的调试，优化DEH与DCS通讯对接，敢于尝试之前未涉及的辅控与电气领域，并且和现场人员及时沟通交流，出色的完成了冲转前的调试任务。

金山石化0号机于2024年4月23日顺利定速3000r/min，各项新供设备运行良好。本次升级改造解决了机组液压系统手动操作的复杂和精度差等问题，提高机组运行的安全性、可靠性和自动化水平，降低值班人员的劳动强度，降低劳动成本。上汽厂调试人员认真负责，严格遵守各项规章制度，充分展现了上汽厂一丝不苟，精益求精的工作态度，获得了业主的一致好评。