國(guó)產(chǎn)化替代背景下的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)方案研究

摘要：探討了在全球能源轉(zhuǎn)型和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)加劇的背景下，我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)自主化的必要性。概述了燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理及其當(dāng)前控制系統(tǒng)的架構(gòu)和功能，以及國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的問(wèn)題與對(duì)策。為應(yīng)對(duì)供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，提出了硬件和軟件升級(jí)方案，強(qiáng)調(diào)通過(guò)國(guó)產(chǎn)化傳感器和執(zhí)行器替代進(jìn)口設(shè)備，并通過(guò)優(yōu)化控制算法提升系統(tǒng)的響應(yīng)能力。討論了網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)保護(hù)的重要性，建議通過(guò)加密、權(quán)限管理等措施確保系統(tǒng)的安全性。燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的升級(jí)將有效提升我國(guó)在該領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：國(guó)產(chǎn)化替代"燃?xì)廨啓C(jī)"控制系統(tǒng)"升級(jí)方案

Research"on"the"Upgrade"Plan"of"Gas"Turbine"Control"System"Under"the"Background"of"Domestic"Substitution

CAI"Xiaoqing

Jiangsu"Huadian"Yizheng"Thermal"Power"Co.，"Ltd.，"Yangzhou，"Jiangsu"Province，"211417"China

Abstract："It"explored"the"necessity"of"China's"gas"turbine"control"system"technology"self-reliance"in"the"context"of"global"energy"transition"and"intensified"technological"competition."This"article"outlines"the"working"principle"of"gas"turbines"and"the"architecture"and"functions"of"their"current"control"systems，"as"well"as"the"problems"and"countermeasures"of"domestic"gas"turbine"control"systems."To"addressnbsp;supply"chain"risks，"a"hardware"and"software"upgrade"plan"has"been"proposed，"emphasizing"the"replacement"of"imported"equipment"with"domestically"produced"sensors"and"actuators，"and"improving"the"system's"responsiveness"through"optimized"control"algorithms."The"importance"of"network"security"and"data"protection"was"discussed，"and"it"was"suggested"to"ensure"system"security"through"measures"such"as"encryption"and"permission"management."The"upgrade"of"gas"turbine"control"system"will"effectively"enhance"China's"independent"innovation"capability"and"market"competitiveness"in"this"field.

Key"Words："Domestic"substitution;"Gas"turbine;"Control"system;"Upgrade"Plan

在全球能源轉(zhuǎn)型和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)加劇的背景下，燃?xì)廨啓C(jī)作為高效、清潔能源的關(guān)鍵設(shè)備，其控制系統(tǒng)的技術(shù)自主化顯得尤為重要。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)的核心控制系統(tǒng)大多依賴進(jìn)口，面臨技術(shù)封鎖與供應(yīng)鏈不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。為提升我國(guó)能源設(shè)備的自主創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)產(chǎn)替代，亟須對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)。

1"燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)概述

1.1"燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理

燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)燃燒燃料產(chǎn)生能量，并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理主要可以分為壓縮、燃燒和膨脹3個(gè)基本過(guò)程。

首先，空氣通過(guò)壓氣機(jī)進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。壓氣機(jī)是燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵部件之一，其功能是將吸入的空氣進(jìn)行壓縮，大幅度提高空氣的壓力和溫度。經(jīng)過(guò)壓縮的高壓空氣在此時(shí)擁有更強(qiáng)的能量潛力，為后續(xù)的燃燒過(guò)程提供了必要條件。其次，壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與燃料充分混合后進(jìn)行燃燒。在燃燒過(guò)程中，燃料與高壓空氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，釋放出大量的熱能。燃燒室內(nèi)的氣體溫度急劇升高，產(chǎn)生了高溫高壓的燃?xì)狻Ｈ細(xì)獾哪芰烤薮螅@為接下來(lái)的渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)提供了源源不斷的動(dòng)力[1]。整個(gè)過(guò)程通過(guò)高度協(xié)調(diào)的機(jī)械與熱力學(xué)相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。燃?xì)廨啓C(jī)因具有高效、清潔的特點(diǎn)而廣受歡迎。它的效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的燃煤或蒸汽機(jī)，并且產(chǎn)生的污染相對(duì)較少，能夠在滿足能源需求的同時(shí)，減少對(duì)環(huán)境的影響。

1.2"當(dāng)前控制系統(tǒng)的架構(gòu)與功能

當(dāng)前的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)高度復(fù)雜的集成系統(tǒng)，由多個(gè)子系統(tǒng)共同構(gòu)成。子系統(tǒng)包括液壓油系統(tǒng)、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)等，它們相互配合，為燃?xì)廨啓C(jī)的各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)提供支持。

液壓油系統(tǒng)為燃?xì)廨啓C(jī)中的關(guān)鍵執(zhí)行部件提供壓力動(dòng)力。具體而言，它確保調(diào)節(jié)閥等部件的精確動(dòng)作，進(jìn)而控制燃機(jī)的工作狀態(tài)。燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)是對(duì)進(jìn)入燃燒室的燃料進(jìn)行精確控制，以確保燃燒過(guò)程的平穩(wěn)性和效率。燃料供應(yīng)的準(zhǔn)確性對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的整體性能至關(guān)重要，過(guò)多或過(guò)少的燃料供應(yīng)都會(huì)導(dǎo)致燃燒效率降低，進(jìn)而影響輸出功率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的功能是實(shí)時(shí)采集燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等。

整個(gè)控制系統(tǒng)的精度和響應(yīng)速度對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行至關(guān)重要。高精度的控制系統(tǒng)可以確保設(shè)備能夠快速響應(yīng)負(fù)荷變化，保持燃燒過(guò)程的穩(wěn)定性和燃料利用的效率。因此，現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)精密的算法和高度自動(dòng)化的管理，能夠確保設(shè)備在各種工況下的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，提升整體運(yùn)行效率[2]。

1.3"西門子E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與維護(hù)

西門子E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)目前在國(guó)內(nèi)電力行業(yè)的應(yīng)用中占據(jù)重要地位，該系統(tǒng)以其高效、穩(wěn)定的性能為特點(diǎn)。西門子E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)配備了先進(jìn)的控制系統(tǒng)，能夠?qū)θ紮C(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行精確調(diào)控。其主要維護(hù)內(nèi)容包括對(duì)燃料供應(yīng)閥、燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥、控制柜等關(guān)鍵設(shè)備的定期檢測(cè)和維護(hù)。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)燃?xì)鈮毫Α囟群腿紵隣顟B(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，確保燃?xì)廨啓C(jī)在高負(fù)荷下的安全性。維護(hù)策略主要圍繞預(yù)防性維護(hù)展開，通過(guò)定期檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵部件和軟件算法更新，預(yù)防因磨損或數(shù)據(jù)失準(zhǔn)而導(dǎo)致的故障。

2燃?xì)廨啓C(jī)存在的問(wèn)題與解決措施

2.1"控制系統(tǒng)核心技術(shù)依賴進(jìn)口

目前，我國(guó)大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)仍依賴國(guó)外廠商，特別是在高端燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域。國(guó)外廠商不僅掌握了核心控制算法和關(guān)鍵部件的生產(chǎn)技術(shù)，還形成了專有知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘，使得國(guó)產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)企業(yè)難以突破關(guān)鍵技術(shù)。這種技術(shù)依賴直接影響設(shè)備的可靠性、靈活性和維護(hù)性。一旦進(jìn)口渠道受限，企業(yè)將面臨零配件供應(yīng)鏈中斷、維修成本上漲的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)控制系統(tǒng)核心技術(shù)依賴進(jìn)口的問(wèn)題，應(yīng)加大科研投入，加強(qiáng)關(guān)鍵部件和算法的自主研發(fā)，打造具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心控制技術(shù)。政府可以通過(guò)設(shè)立專項(xiàng)科研基金，鼓勵(lì)高校、科研院所和企業(yè)協(xié)同攻關(guān)，提升國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)的研發(fā)能力。其次，企業(yè)可以與國(guó)內(nèi)技術(shù)公司合作，推進(jìn)控制系統(tǒng)的聯(lián)合開發(fā)[3]。通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作，逐步打破國(guó)外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)核心控制系統(tǒng)的自主研發(fā)和生產(chǎn)，從而降低進(jìn)口依賴。

2.2"系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性不足

燃?xì)廨啓C(jī)在高溫、高壓等極端工況下運(yùn)行，對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性提出了較高要求。目前，國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還存在部分穩(wěn)定性和可靠性不足的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為溫度、壓力傳感器的精度不高、數(shù)據(jù)傳輸延遲較大、系統(tǒng)響應(yīng)不夠靈敏等。

針對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性不足的問(wèn)題，建議優(yōu)化硬件選型，提高傳感器和控制器的性能，采用高精度、抗干擾能力強(qiáng)的傳感器，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和實(shí)時(shí)傳輸。在控制算法上進(jìn)行優(yōu)化，采用更先進(jìn)的自適應(yīng)控制算法，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精準(zhǔn)度，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3"系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)難度大

由于燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)依賴進(jìn)口，并且技術(shù)封閉，國(guó)產(chǎn)企業(yè)在系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)過(guò)程中面臨技術(shù)難度大、成本高的問(wèn)題。進(jìn)口系統(tǒng)的技術(shù)資料和核心代碼通常不公開，這導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)技術(shù)人員在故障排查、系統(tǒng)升級(jí)時(shí)需要依賴供應(yīng)商支持，限制了企業(yè)的自主維護(hù)能力[4]。

為了解決系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)難度大的問(wèn)題，應(yīng)推進(jìn)控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)的定制化和分步升級(jí)，提升維護(hù)和升級(jí)的靈活性。建立國(guó)產(chǎn)技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)專業(yè)的技術(shù)人員，逐步提高企業(yè)的自主維護(hù)能力，減少對(duì)國(guó)外供應(yīng)商的依賴。

3"控制系統(tǒng)升級(jí)方案分析

3.1"系統(tǒng)硬件升級(jí)

在當(dāng)前的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)中，許多核心硬件部件依賴進(jìn)口設(shè)備，特別是在傳感器、執(zhí)行器和控制柜等方面。因此，硬件升級(jí)的首要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化，以提高系統(tǒng)的自主可控能力和降低采購(gòu)成本。

以溫度傳感器和壓力傳感器為例，國(guó)產(chǎn)企業(yè)在這兩個(gè)領(lǐng)域已取得進(jìn)展。某國(guó)產(chǎn)溫度傳感器的測(cè)量誤差可以控制在±0.5"℃，完全能夠滿足燃?xì)廨啓C(jī)的溫度監(jiān)測(cè)要求。執(zhí)行器需選擇響應(yīng)速度快、控制精度高的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。某型號(hào)的電動(dòng)執(zhí)行器在開關(guān)時(shí)間上可達(dá)到0.2"s，能夠提高燃?xì)廨啓C(jī)的響應(yīng)速度和控制精度。

控制柜作為控制系統(tǒng)的核心，承擔(dān)數(shù)據(jù)的收集、處理和傳輸功能。在升級(jí)過(guò)程中，選擇國(guó)產(chǎn)控制柜（如表1所示）可以有效降低維護(hù)成本。表1列出了國(guó)產(chǎn)控制柜與進(jìn)口控制柜在功能、價(jià)格和維護(hù)方面的對(duì)比，顯示出國(guó)產(chǎn)控制柜在性價(jià)比上的優(yōu)勢(shì)。

在確保系統(tǒng)兼容性方面，升級(jí)過(guò)程中需要調(diào)整現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)，使新硬件能夠與現(xiàn)有控制平臺(tái)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接。這包括接口標(biāo)準(zhǔn)化和通信協(xié)議的優(yōu)化，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙承浴Ｓ布奶鎿Q不僅包括物理部件的更換，還涉及整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試與優(yōu)化。通過(guò)模擬測(cè)試和數(shù)據(jù)分析，可以確保新硬件的性能達(dá)到或超過(guò)進(jìn)口設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。例如：使用測(cè)試工具進(jìn)行系統(tǒng)壓力測(cè)試，記錄各傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化，確保在不同負(fù)載下系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2"軟件優(yōu)化

控制系統(tǒng)的軟件在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、分析和決策中扮演了至關(guān)重要的角色。在國(guó)產(chǎn)化替代的背景下，軟件優(yōu)化的重點(diǎn)是提高控制算法的本土化程度，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理的精度和效率。以燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷變化為例，優(yōu)化控制算法可以更好地適應(yīng)實(shí)際運(yùn)行中的需求。

式（1）中：U（t）為控制輸出；Y（t）為當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)；Yset為設(shè)定目標(biāo)；K為增益系數(shù)；D為積分系數(shù)。

在軟件優(yōu)化過(guò)程中，必須加強(qiáng)系統(tǒng)異常情況的處理能力，提升軟件的容錯(cuò)性和穩(wěn)定性。這可以通過(guò)引入冗余機(jī)制和自動(dòng)恢復(fù)功能實(shí)現(xiàn)，確保在突發(fā)狀況下能夠自動(dòng)調(diào)整并恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.3網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)保護(hù)

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化，這使其在運(yùn)行過(guò)程中面臨更大的網(wǎng)絡(luò)安全威脅。外部攻擊、數(shù)據(jù)泄露和系統(tǒng)被惡意入侵都會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行中斷，甚至引發(fā)重大安全事故。因此，在國(guó)產(chǎn)化替代背景下，控制系統(tǒng)的升級(jí)方案必須涵蓋網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)保護(hù)的優(yōu)化措施。建立完善的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)體系，通過(guò)防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)等技術(shù)手段對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效隔離，防止不明訪問(wèn)和惡意攻擊。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，采用加密算法和身份驗(yàn)證機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的完整性和保密性[5]。實(shí)施嚴(yán)格的權(quán)限管理和操作日志記錄，以追蹤操作行為和系統(tǒng)變動(dòng)，確保數(shù)據(jù)操作的透明性和安全性。

4結(jié)語(yǔ)

在國(guó)產(chǎn)化替代背景下，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的升級(jí)不僅是技術(shù)自主的戰(zhàn)略需求，更是保障能源安全、提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵舉措。通過(guò)自主研發(fā)和國(guó)產(chǎn)設(shè)備替代，能夠降低對(duì)進(jìn)口技術(shù)和零部件的依賴，解決供應(yīng)鏈瓶頸。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)保護(hù)的強(qiáng)化，確保了系統(tǒng)的安全性與可靠性。隨著技術(shù)升級(jí)方案的逐步實(shí)施，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化將有效提高運(yùn)行效率，降低成本，為我國(guó)能源裝備的自主創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱俊.燃?xì)廨啓C(jī)本特利3500控制系統(tǒng)軟硬件升級(jí)改造[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（12）：17-18.

[2]劉長(zhǎng)元，李曉斌.壓縮機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)改造[J].大氮肥，2022，45（3）：172-174.

[3]丁時(shí)杰，劉林.9F燃?xì)廨啓C(jī)LVE升級(jí)后天然氣滑壓控制研究[J].熱力透平，2022，51（2）：137-141.

[4]鄭隆云.燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2024，60（4）：93-95.

[5]中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司，中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司.一種燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的升級(jí)方法：CN202010257511.7[P].2021-04-02.