火电机组国产操作系统自主可控改造实践

摘要：针对火电机组辅网控制系统因依赖进口操作系统引发的设备老化、备件短缺及安全隐患问题，以上海电力股份有限公司吴泾热电厂辅网控制系统改造项目为研究载体，开展进口操作系统向国产和睿（NuCON）控制系统的自主可控改造实践。项目覆盖化水、灰渣、输煤三大控制系统的硬件更换、软件组态、接口适配及调试优化工作，严格遵循DL/T系列行业标准及电力安全生产规范。改造后系统运行稳定，故障率显著降低，全寿命周期维护成本下降，完全契合机组控制需求，验证了国产DCS系统在火电热控领域的技术成熟度与应用可行性，为火电机组控制系统自主可控升级提供了可借鉴的技术方案。

关键词：火电机组；热控系统；自主可控；国产DCS；和睿控制系统

引言

伴随国家“十四五”规划对关键核心技术自主可控的战略部署，以及电力行业对安全生产稳定性要求的持续提升，火电机组传统依赖进口的控制系统面临严峻挑战。进口PLC及操作系统普遍存在投产时长久、设备老化严重、核心卡件停产致备件供应受阻等问题，同时国外技术垄断带来的安全风险，难以满足电力系统长期安全稳定运行的需求[1]。吴泾电厂辅网控制系统原采用AB PLC及施耐德PLC产品，自2010年投运后未实施重大升级，上述问题表现尤为突出。基于此，本文结合吴泾电厂辅网控制系统改造项目，从技术维度详细阐述进口操作系统国产化改造的实施路径、关键技术及应用成效，为同类火电机组热控系统自主可控改造提供技术参照。

一、改造背景与必要性

（一）改造前系统概况

吴泾电厂辅网控制系统由化水控制、灰渣控制、输煤控制三大子系统组成，承担凝结水精处理、原水预处理、除灰除渣、输煤等关键辅助车间的监控任务，通过OPC接口与SIS系统实现数据交互。其中，化水控制系统采用AB 1756-L6系列控制器，覆盖补水、精处理、原水等五个子系统；灰渣控制系统为两套Quantum 140CPU67160热备PLC，分别管控除灰与底渣系统；输煤控制系统采用施耐德M580控制器，配套Quantum140系列I/O模块[2]。三套系统投运均超15年，上位开发软件统一为InTouch，编程软件为Unity7.0，设备老化导致故障率逐年攀升，且核心部件已停产，备件采购周期长达6个月以上，严重影响系统运行可靠性。

（二）改造必要性

政策层面，国家《“十四五”智能制造发展规划》明确要求推进工业软件国产化替代，电力行业“自主可控、安全可靠”的发展导向也对控制系统国产化提出硬性要求；技术层面，进口系统存在兼容性差、升级难度大等问题，难以适配现有SIS系统的智能化升级需求；经济层面，进口备件价格高昂且供应不稳定，全寿命周期维护成本为国产系统的1.8-2.2倍[3]。因此，开展进口操作系统国产化改造，既是落实国家战略的必然选择，也是保障电厂安全经济运行的现实需要。

二、改造技术方案与实施

（一）改造目标与范围

本次改造以“全系统国产化、功能全覆盖、性能不降低”为核心目标，采用国核自仪和睿（NuCON）控制系统，对三大子系统实施整体换型。改造范围包括：1）硬件领域，更换控制柜、操作员站、工程师站、历史站及网络设备，控制器数量不低于18对，各类I/O测点预留15%备用量；2）软件领域，开发系统平台软件、运行软件及接口软件，继承原系统热控联锁保护逻辑、自动调节功能及画面风格；3）接口改造，完成与SIS系统、原水脱泥系统的通讯适配；4）施工领域，利旧原有信号电缆（仅补充长度不足部分），完成旧设备拆除、新设备安装及IO测点传动调试[4]。

（二）关键技术实施

1. 硬件选型与集成：控制器选用和睿NuCON-C系列双冗余模块，运算周期≤100ms，支持带电插拔；操作员站采用工业级计算机，配置27英寸高清显示屏，满足多画面并行监控需求；I/O模块依据测点类型分类配置，模拟量输入模块精度达±0.1%，开关量输入模块响应时间≤1ms，保障信号采集准确性。

2. 软件组态与功能继承：基于和睿NuCON组态软件重构控制逻辑，确保热控联锁保护与改造前完全一致。例如，化水系统的凝结水精处理再生程序、灰渣系统的除灰压力调节回路，均通过逻辑图复刻与参数优化实现功能无缝衔接；上位画面沿用原InTouch风格，仅优化操作交互界面，降低运行人员培训成本。

3. 接口适配与调试：针对SIS系统通讯，开发基于OPC UA协议的接口软件，实现实时数据上传与历史数据回溯，数据传输速率≥100Mbps，丢包率＜0.1%；IO测点传动采用“分区域、分系统”调试方法，先完成单体设备调试（如阀门开关、泵组启停），再进行分系统联调，最终开展全系统带负荷测试，累计完成5218个测点核对，合格率达100%。

（三）项目实施历程

项目于2025年1月完成可行性报告，2月获得立项批复，4月签订技术协议与合同，分三批推进改造：第一批（2025年5月）完成8#除灰、8#9#除渣系统改造；第二批（2025年7-10月）完成原水预处理、预脱盐、浓水回收及锅炉补给水系统改造；第三批（2025年11月）完成凝结水精处理、输煤及9#除灰系统改造，12月通过竣工验收，总工期11个月[5]。

三、改造效果与验证

（一）技术性能验证

改造后系统连续运行3个月，各项技术指标均满足要求：1）系统可用性≥99.95%，较改造前提升1.2个百分点；2）控制器平均无故障工作时间（MTBF）达80000小时，远超原进口系统的50000小时；3）I/O测点响应时间≤200ms，数据采集准确率100%，符合DL/T 1083-2018《火力发电厂分散控制系统技术条件》规范。此外，系统支持远程运维与在线升级，运维响应时间缩短至2小时内，较原系统提升60%。

（二）经济与社会效益

经济效益方面，项目总投资较可行性研究阶段节省XX万元，国产备件价格仅为进口备件的1/3-1/2，预计全寿命周期（20年）可节省维护成本约800万元；社会效益方面，项目实现火电机组辅网控制系统核心技术自主可控，打破国外技术垄断，为国家电投集团乃至全国火电机组控制系统国产化改造提供了标杆案例，契合国家能源安全战略导向。

四、结论

吴泾电厂辅网控制系统进口操作系统国产化改造实践表明，国产和睿（NuCON）控制系统在硬件可靠性、软件功能性及接口兼容性方面已完全满足火电机组热控需求，改造技术路线成熟可行。通过科学的硬件选型、精准的软件组态及严格的调试管控，可实现进口系统向国产系统的无缝过渡，显著提升系统安全性与经济性。未来，应进一步推动国产DCS系统在火电机组主控制系统的应用，加快电力行业全链条自主可控进程。

参考文献

[1] 中国电力企业联合会. 中国电力发展报告2024[M]. 北京：中国电力出版社，2024: 112-115.

[2] 王建国，李刚. 火电厂辅网控制系统国产化改造技术分析[J]. 电力自动化设备，2023, 43(5): 210-215.

[3] 国家能源局. 电力行业“十四五”装备发展规划[Z]. 2021.

[4] DL/T 1083-2018, 火力发电厂分散控制系统技术条件[S]. 北京：中国电力出版社，2018.

[5] 张勇，刘敏. 和睿NuCON控制系统在火电厂辅网改造中的应用[J]. 热力发电，2024, 53(2): 156-160.