《DLT 996-2019火力发电厂汽轮机控制系统技术条件》专题研究报告

《DL/T996-2019火力发电厂汽轮机控制系统技术条件》专题研究报告目录智能化时代DEH系统功能分层与网络构架的前瞻性审视架构解码动态响应、控制精度与可靠性指标的严苛要求全解性能之锚控制策略优化与先进算法融入的深度技术前瞻智慧内核超超临界与灵活调峰等复杂工况的适应性设计热点应变之道标准迭代方向与汽轮机控制技术发展蓝图预测未来已来汽轮机控制系统技术升级的核心驱动与战略价值深度剖析探源溯本从“功能安全

”到“信息安全

”的双重堡垒构建专家视角安全至高现代化监控界面设计与运行人员支持系统的发展趋势人机共生从工厂到现场的全生命周期严苛验证体系揭秘测试圭臬与SIS、DCS及智能电站的深度集成与数据互通融合之径01020304050607081009探源溯本：汽轮机控制系统技术升级的核心驱动与战略价值深度剖析标准修订背景：能源结构转型与电力市场化改革的迫切需求1DL/T996-2019的发布并非孤立事件，其深层背景在于我国能源结构向清洁低碳转型加速，以及电力市场化改革对发电机组运行灵活性、经济性提出前所未有的高要求。老版本标准已难以适应高参数、大容量超超临界机组以及深度调峰、快速启停等新运行模式。本标准修订旨在为汽轮机控制系统这一火电“大脑”与“神经中枢”建立全新的技术标尺，直接回应了提升机组本质安全、保障电网稳定、促进节能降耗的国家级战略需求。2核心定位解析：从“配套设备”到“关键核心系统”的观念跃升本标准显著提升了汽轮机控制系统（涵盖DEH、ETS等）在电厂中的定位。它不再被视为汽轮机的简单配套附属设备，而是被明确定义为涉及机组安全、效率、灵活性的关键核心系统。标准条文全面覆盖了系统的功能、性能、设计、测试、验收与维护全周期，其技术要求具有强制性或推荐性的指导意义，体现了在智能电站体系中，控制系统基础性、决定性作用已成为行业共识。战略价值延伸：支撑新型电力系统稳定的“压舱石”作用1随着新能源占比攀升，火电机组的角色正从基荷电源向调峰调频电源转变。本标准对控制系统响应速度、负荷调节范围、一次调频性能的详细规定，正是为了锻造火电机组支撑电网频率稳定的关键能力。一套符合本标准的高性能控制系统，能使机组成为新型电力系统中可靠、灵活的调节单元，其战略价值已超越单一电厂范畴，关乎区域乃至全国电网的安全稳定运行。2架构解码：智能化时代DEH系统功能分层与网络构架的前瞻性审视功能分层模型：控制、保护与诊断的清晰边界与协同机制01标准明确了汽轮机控制系统应采用清晰的分层架构，通常包括直接控制层、监控与管理层。直接控制层（DEH核心）负责转速、负荷、压力等快速闭环控制与超速等危急遮断保护（ETS），要求极高的实时性与可靠性。监控管理层实现人机交互、历史数据记录、性能计算与高级应用。本标准强调各层间功能隔离又信息互通，确保保护独立性的同时，为状态分析与优化提供数据基础。02对于控制系统内部网络，标准对通信网络的冗余配置、实时性、抗干扰能力提出了明确要求。关键控制网络应采用双环网或冗余总线架构，确保单点故障不影响控制功能。

同时，

网络通信协议需满足控制指令的确定性传输，避免非确定性延迟导致控制品质恶化。这与未来工业互联网趋势下的

IT/OT

融合一脉相承，但更强调

OT

侧固有的高可靠与实时性底线。（二）

网络构架要求：冗余可靠性设计与实时性、确定性的平衡术硬件配置原则：模块化、冗余化与可扩展性的设计哲学01标准引导硬件设计走向高度模块化与标准化。控制器、电源、通讯模块等关键部件必须冗余配置，支持在线更换。I/O模块应具备通道级隔离与故障诊断能力。这种设计不仅提升了系统可用性，也为后续扩容、改造（如增加供热抽汽控制）预留了空间，适应电厂在生命周期内技术升级的必然需求。02安全至高：从“功能安全”到“信息安全”的双重堡垒构建专家视角功能安全基石：ETS独立性与“三取二”逻辑的刚性原则1汽轮机危急遮断系统（ETS）的安全性是标准的重中之重。标准强制要求ETS必须在硬件和软件上独立于DEH控制回路，确保即使DEH完全失效，ETS也能独立安全动作。对于跳闸信号处理，普遍要求采用“三取二”或类似的高可靠性表决逻辑，有效防止误动和拒动，这是保障机组物理安全的最后防线，其设计原则源于最高等级的安全完整性要求。2信息安全新维：等保2.0背景下控制系统的防护体系构建相较于旧版，DL/T996-2019显著强化了信息安全要求，呼应了《网络安全法》和等级保护2.0制度。标准要求控制系统需考虑分区隔离、访问控制、恶意代码防范、安全审计、设备冗余等安全措施。这意味着未来汽轮机控制系统不能是“信息孤岛”，其安全设计必须融入电厂整体的工控安全体系，抵御来自内部或外部的网络攻击威胁。纵深防御策略：从物理隔离到行为监控的立体化防护网01标准隐含了纵深防御的安全理念。这不仅仅是在控制网络边界部署防火墙，更包括控制器本身的安全加固、操作权限的精细化管理、关键指令的二次确认、以及操作与维护行为的全程审计。通过构建从网络边界、主机系统到应用进程的多层防护，形成一个立体的安全防御体系，将潜在风险层层阻断。02性能之锚：动态响应、控制精度与可靠性指标的严苛要求全解静态精度指标：转速与负荷控制的“毫厘”之争标准对控制系统的静态控制精度给出了量化指标。例如，在额定工况下，转速控制精度通常要求不超过额定转速的±0.1%，负荷控制精度要求不超过额定负荷的±0.5%。这些看似微小的百分比，对应到大容量机组上便是显著的功率偏差。高精度控制是实现机组经济运行、满足电网AGC考核的基础，直接关系到电厂的经济效益。动态响应特性：阶跃响应与一次调频的性能考核硬杠动态性能是衡量控制系统品质的关键。标准对负荷阶跃扰动下的调节时间、超调量、衰减率有明确要求。尤其重要的是对一次调频性能的规定：包括响应死区、响应滞后时间、稳定时间及贡献电量考核。这要求控制系统不仅反应要快，更要准、要稳，确保在电网频率波动时，机组能快速、准确地发出支撑功率，这是其参与电网辅助服务的关键能力。可靠性量化要求：MTBF与可用率背后的设计哲学标准引入了平均无故障时间（MTBF）和系统可用率等量化可靠性指标。高MTBF要求元器件选型、电路设计、散热与环境适应性都必须精益求精。高可用率则依赖于前述的冗余架构与无扰切换技术。这些指标将可靠性从定性概念转化为可设计、可测试、可验收的工程目标，驱动制造商从设计源头提升产品固有可靠性。12人机共生：现代化监控界面设计与运行人员支持系统的发展趋势人机界面（HMI）设计准则：从信息堆砌到情景感知的演进标准对操作员站的人机界面提出了指导性原则，超越简单的画面绘制，强调信息呈现的逻辑性与有效性。要求关键参数、报警、操作设备必须醒目、易于辨识。趋势是发展“情景感知”型HMI，能根据运行工况（如启动、故障）自动聚焦关键信息，减少运行人员认知负荷，缩短异常工况下的判断与响应时间。报警管理优化：抑制“报警洪水”与实现智能化分级预警针对控制室常见的“报警洪水”问题，标准强调报警需进行合理分级、筛选和抑制。重要报警应具备最高优先级和独特的提示方式。前瞻性地看，系统应能对相关报警进行关联分析，提供可能的根本原因提示，甚至预测性报警，变被动响应为主动预警，这将是提升运行安全性与效率的重要方向。操作员支持系统（OSS）集成：嵌入式指导与智能化辅助决策1标准鼓励或预留了高级应用接口，为操作员支持系统（OSS）的集成奠定基础。OSS可包含标准操作程序（SOP）在线指导、启停曲线优化、故障诊断专家系统、性能优化建议等。它将规程、专家知识与实时数据结合，为运行人员提供智能决策支持，特别是在机组启停、事故处理等复杂工况下，成为运行人员的“智能副驾”。2智慧内核：控制策略优化与先进算法融入的深度技术前瞻自适应与智能PID：超越固定参数的先进调节技术1标准虽未限定具体算法，但其对控制品质的高要求必然推动先进控制策略的应用。传统的固定参数PID在机组大范围变负荷时难以始终保持最优。自适应PID、增益调度等算法能根据工况自动调整参数。更进一步，模糊控制、预测控制等智能算法可在多变量、非线性的复杂控制场景（如协调控制）中展现优势，提升整体调节品质。2寿命管理与柔性控制：在性能与设备损耗间寻找最优解1对于频繁参与调峰的机组，启停速率与负荷变化率对汽轮机转子等关键部件造成循环热应力，影响寿命。先进的汽轮机控制系统可集成寿命管理模块，实时计算转子的热应力，并以此作为约束条件，动态优化升速率和变负荷率，在响应电网需求与延长设备寿命之间实现最优平衡，即“柔性控制”。2基于模型的优化控制（MBOC）：数字孪生技术在控制中的初现控制技术的未来前沿之一是模型预测控制（MPC）等基于模型的高级算法。这需要建立机组关键热力过程的动态数学模型（可视为简易数字孪生）。控制器利用该模型预测未来一段时间内的系统行为，并优化计算出一系列最优控制动作。这能显著处理多输入多输出、有约束的控制问题，是实现机组整体经济性最优化的强大工具。12测试圭臬：从工厂到现场的全生命周期严苛验证体系揭秘工厂验收测试（FAT）：仿真环境下的全方位功能“体检”标准要求系统出厂前必须进行严格的工厂验收测试（FAT）。FAT需在模拟环境下，使用仿真器模拟汽轮机及执行机构，对控制系统的所有硬件、软件功能、性能指标、冗余切换、报警逻辑等进行全面测试。这是发现问题、确保系统符合合同与技术协议要求的关键环节，能将大量缺陷消除在出厂之前。现场安装调试完成后，需进行现场验收测试（SAT）。这是在实际的I/O连接、真实的执行机构和部分真实工艺过程（如油系统）下进行的测试。重点验证控制系统与现场设备的匹配性、整个控制回路的调节品质、以及与DCS、ETS等其他系统的联动是否正确。SAT是系统投入商业运行前的最终关卡，其完备性直接关系到后续运行的稳定性。1现场验收测试（SAT）：真实环境中的联动与性能最终考核2周期性测试与维护：确保控制系统生命期内性能不衰减标准不仅关注验收，也关注运维。它要求建立定期的测试与维护规程。例如，对冗余部件的定期切换测试，确保备用设备始终处于可用状态；对重要保护回路进行定期模拟试验，验证其动作的正确性。通过制度化的预防性维护，确保控制系统在长达数十年的生命周期内，其可靠性、准确性不会随时间推移而衰减。应变之道：超超临界与灵活调峰等复杂工况的适应性设计热点超超临界机组控制难点：高压高温下的特殊考量超超临界机组参数极高，其汽轮机控制系统面临独特挑战。例如，主汽压力控制要求更精细，蒸汽温度波动对材料应力影响更敏感。标准引导控制系统设计中需充分考虑这些特点，采用更优的控制策略来稳定主蒸汽参数，并加强对汽轮机热应力的监视与控制，以适应更高参数带来的更严苛的动态过程。深度调峰控制技术：低负荷稳燃与快速升降负荷的平衡术机组参与深度调峰（如降至20%-30%额定负荷甚至更低）时，锅炉燃烧稳定性变差，汽轮机处于非设计工况，控制难度增大。控制系统需具备更宽范围、更高精度的阀门管理功能，协调控制策略需适应低负荷特性。同时，为抓住调峰机会，系统必须能在保证安全的前提下，实现负荷的快速、平滑升降，这对控制算法的鲁棒性提出了极高要求。12快速启停（FCB）与黑启动支持：极端工况下的生存与恢复能力1标准涉及了机组在电网故障时快速切负荷（FCB）至带厂用电运行，乃至黑启动的能力要求。这要求控制系统具备完善的后备模式和超强的工况适应能力。在FCB时，能瞬间切断对外供电，稳定维持厂用电运行；在黑启动时，能从无到有，有序驱动各类辅机，带动汽轮机冲转至额定转速。这是控制系统应对极端电网事故、体现电厂“韧性”的关键功能。2融合之径：与SIS、DCS及智能电站的深度集成与数据互通与DCS的界面划分与无缝集成：一体化监控的实践路径在现代化电厂中，DEH与分布式控制系统（DCS）的界限日益融合。标准明确了二者在功能上的侧重与接口要求。通常，DEH负责汽轮机核心闭环控制，DCS负责全厂级监控与顺序控制。两者需通过高速通信网络实现无缝集成，在DCS操作员站上应能透明地监控和操作DEH的大部分功能，实现统一的人机界面，降低运行复杂性。12向SIS/MIS的数据开放：为厂级监控与优化提供源头活水1厂级监控信息系统（SIS）和管理信息系统（MIS）依赖于底层控制系统的实时与历史数据。本标准要求汽轮机控制系统必须具备标准的数据通信接口（如OPCUA），能以安全、高效的方式向SIS/MIS上传丰富的生产过程数据、报警事件和性能计算结果。这些数据是进行厂级经济性分析、设备状态评估、优化运行的基础，是构建智能电站的数据基石。2融入智能电站平台：作为智慧单元参与全厂协同优化在智能电站的愿景中，汽轮机控制系统不应再是一个封闭的“黑箱”，而应成为一个开放的、具有标准接口的“智能控制单元”