330MW機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB 功能的系統(tǒng)配置和動(dòng)作要求

漆信東，萬(wàn) 軍，蔡金勵(lì)

(1.重慶旗能電鋁有限公司，重慶401420;2.中廣核陸豐核電有限公司，廣東汕尾516600)

0 引言

2001年的美國(guó)加州大停電事故震動(dòng)了全世界，為從事故中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，我國(guó)各大電網(wǎng)就相關(guān)的事故預(yù)想和對(duì)策進(jìn)行了研究。如電網(wǎng)內(nèi)有若干機(jī)組在電網(wǎng)故障時(shí)能實(shí)現(xiàn)不停機(jī)，并迅速轉(zhuǎn)為只帶廠用電作孤島運(yùn)行(FCB)，就能使電網(wǎng)迅速恢復(fù)供電。

重慶旗能電鋁有限公司2×330MW燃煤發(fā)電機(jī)組位于重慶市綦江區(qū)。為了配合重慶鋁產(chǎn)業(yè)工業(yè)園的建設(shè)，確保鋁產(chǎn)業(yè)園的的電力供應(yīng)，園區(qū)按照電鋁產(chǎn)業(yè)鏈模式，采用電源直供，并與重慶電網(wǎng)相聯(lián)。廠內(nèi)裝設(shè)兩臺(tái)東鍋生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、W型火焰燃燒方式、自然循環(huán)DG1114/18.5-II15型汽包爐和北重生產(chǎn)的亞臨界、單軸、一次中間再熱、三缸、雙排汽抽凝汽式NC330-17.75/0.981/540/540汽輪機(jī)。

1 FCB概述

機(jī)組的快速切負(fù)荷FCB(Fast Cut Back)功能是指機(jī)組在高于某一負(fù)荷定值運(yùn)行時(shí)，因內(nèi)部或外部電網(wǎng)故障與電網(wǎng)解列，瞬間甩掉全部對(duì)外供電負(fù)荷，但未發(fā)生鍋爐MFT(Main Fuel Trip)的情況下，用以維持發(fā)電機(jī)帶廠用電或停機(jī)不停爐的自動(dòng)控制功能。機(jī)組的FCB功能具有以下意義:

(1)有利于降低電網(wǎng)事故的損失。如果機(jī)組具備帶廠用電功能，將有助于電網(wǎng)在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

(2)有利于保護(hù)機(jī)組的安全。FCB能夠在控制機(jī)組脫離瀕臨全停的過(guò)程中保證熱力參數(shù)不超過(guò)安全定值，維持預(yù)定的系統(tǒng)運(yùn)行，給電廠帶來(lái)更多的安全。

(3)有利于降低運(yùn)行成本。機(jī)組FCB是在熱態(tài)下重新升負(fù)荷，可節(jié)省大量時(shí)間和能耗，對(duì)降低運(yùn)行成本十分有益。

(4)有利于延長(zhǎng)設(shè)備壽命。停機(jī)次數(shù)增加，有損設(shè)備性能，而成功的FCB使鍋爐熱力參數(shù)運(yùn)行在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，降低了設(shè)備損耗，等同于延長(zhǎng)了機(jī)組的使用壽命。

2 FCB的幾種典型工況

機(jī)組發(fā)生快速切負(fù)荷，主要有以下幾種典型工況。

(1)小島運(yùn)行工況。由于電網(wǎng)故障，引起主變壓器出口斷路器跳閘，機(jī)組迅速降低負(fù)荷并帶廠用電運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間不少于規(guī)定時(shí)間(規(guī)定時(shí)間從20分鐘到2小時(shí)不等，沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn))。

(2)甩負(fù)荷工況。由于電廠內(nèi)部故障，引起發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘，機(jī)組迅速降低負(fù)荷至發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)空轉(zhuǎn)狀況，運(yùn)行時(shí)間不少于規(guī)定時(shí)間(多數(shù)要求不少于20分鐘)。

(3)停機(jī)不停爐工況(鍋爐島運(yùn)行工況)。由于電廠內(nèi)部故障，引起汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉，汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)停機(jī)，而鍋爐快速降負(fù)荷至某一工況，并獨(dú)立運(yùn)行一段時(shí)間(沒(méi)有規(guī)定時(shí)間)。

3 實(shí)現(xiàn)FCB功能機(jī)組的系統(tǒng)要求

3.1 熱機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)配置

3.1.1 旁路系統(tǒng)

高壓旁路選擇為70%B-MCR，低壓旁路為2×65%B-MCR，配液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有快速開(kāi)啟功能。由于鍋爐有較大的熱慣性，如果汽輪機(jī)旁路和PCV閥容量不足，即使在鍋爐減負(fù)荷過(guò)程中汽輪機(jī)旁路和PCV閥快速全開(kāi)，蒸汽壓力仍會(huì)大幅度上升，所以鍋爐電磁泄放閥(PCV閥)應(yīng)按30%容量選擇，以使其與旁路(70%容量)配合動(dòng)作時(shí)，瞬間可釋放大約100%B-MCR流量，以防止過(guò)熱器和汽包安全閥的動(dòng)作，保證鍋爐的負(fù)荷變化率在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)根據(jù)低壓旁路容量來(lái)設(shè)置108%的再熱器安全閥容量。

3.1.2 給水系統(tǒng)

本工程采用電動(dòng)給水泵，機(jī)組FCB時(shí)不存在給水泵汽輪機(jī)切換汽源的問(wèn)題。小島運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)給水泵運(yùn)行，為提高給水溫度及工質(zhì)回收，主汽輪機(jī)甩負(fù)荷后，2#高加仍需投入運(yùn)行，此時(shí)其疏水越級(jí)排至除氧器。

3.1.3 凝結(jié)水系統(tǒng)

凝結(jié)水泵總出力考慮了低旁入口蒸汽量、低旁減溫水量、2#高加疏水量、補(bǔ)水量。選用了兩臺(tái)110%容量的凝結(jié)水泵，并具備同時(shí)投入運(yùn)行的要求。

3.1.4 抽汽系統(tǒng)

小島運(yùn)行時(shí)，抽汽管道上的抽汽止回閥全部關(guān)閉，抽汽系統(tǒng)退出運(yùn)行。抽汽止回閥配氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以滿足快速關(guān)閉的要求。

3.1.5 輔助蒸汽系統(tǒng)

輔助蒸汽來(lái)自高壓旁路出口的低溫再熱蒸汽管道。低溫再熱蒸汽至輔助蒸汽系統(tǒng)閥門為氣動(dòng)閥，具備快速開(kāi)啟功能。

3.1.6 除氧器緊急汽源

在鍋爐滿負(fù)荷時(shí)甩負(fù)荷(FCB)工況下，低壓加熱器全部切除運(yùn)行，除氧器定壓運(yùn)行，其加熱和除氧用蒸汽由低溫再熱蒸汽提供。

配合汽輪機(jī)高壓缸排放裝置設(shè)計(jì)相應(yīng)系統(tǒng)，為防止高排逆止門關(guān)閉時(shí)，高壓缸“悶缸”運(yùn)行，高排逆止門和高壓缸排放裝置設(shè)計(jì)聯(lián)鎖功能。即高排逆止門關(guān)閉時(shí)，聯(lián)鎖打開(kāi)高排裝置，防止由于兩閥均為壓力設(shè)定而造成不同步。本工程采用北京北重汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司的產(chǎn)品，該機(jī)組采用ALSTOM公司首創(chuàng)的汽機(jī)中壓缸啟動(dòng)技術(shù)。高中低壓分缸設(shè)計(jì)，高壓缸抽真空隔離，因此，中、低壓缸在低壓蒸汽中和低背壓下可以長(zhǎng)時(shí)間帶廠用電運(yùn)行，機(jī)組具有較好的甩負(fù)荷性能。

3.2 電氣設(shè)備及系統(tǒng)配置

電廠采用手動(dòng)“串切”方式進(jìn)行同期。在機(jī)組10kV工作段工作電源進(jìn)線斷路器上，設(shè)置手動(dòng)同期合閘裝置，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)起備變10kV側(cè)PT(電網(wǎng)的頻率及相角)和高廠變10kV側(cè)PT(發(fā)電機(jī)頻率及相角)的監(jiān)視以及手動(dòng)“串切”合閘功能。即當(dāng)兩側(cè)電源的頻率及相角差滿足同期合閘要求時(shí)，先跳開(kāi)10kV工作段備用電源進(jìn)線斷路器，再快速合上6kV工作段工作電源進(jìn)線斷路器;在完成廠用電源切換后，再合上機(jī)組主變高壓側(cè)斷路器(檢無(wú)壓合閘)，將電能通過(guò)220kV母線及出線送往鋁工業(yè)園園區(qū)。

3.3 熱控設(shè)備及系統(tǒng)功能

取消鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)(變壓器)相互聯(lián)鎖跳閘的橫向大聯(lián)鎖保護(hù)方式，采用單向聯(lián)鎖方式，即只有當(dāng)鍋爐跳閘后，才會(huì)使汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)(主變壓器)產(chǎn)生聯(lián)鎖跳閘。即當(dāng)汽輪機(jī)跳閘時(shí)，只向后聯(lián)跳發(fā)電機(jī)(主變壓器)，不向前聯(lián)跳鍋爐;當(dāng)發(fā)電機(jī)故障時(shí)，只跳主變壓器出線開(kāi)關(guān)及滅磁，不聯(lián)跳汽輪機(jī)及鍋爐;系統(tǒng)或主變壓器出現(xiàn)故障，只跳主變壓器出口開(kāi)關(guān)，不聯(lián)跳爐、機(jī)、電。因此，從保護(hù)聯(lián)鎖的角度而言，機(jī)組能實(shí)現(xiàn)停線(路)不停電即FCB;停電(發(fā)電機(jī))不停機(jī)(汽輪機(jī));停機(jī)不停爐。這種聯(lián)鎖方式對(duì)機(jī)組在發(fā)生故障后迅速恢復(fù)極其有利。

4 機(jī)組FCB時(shí)各系統(tǒng)的動(dòng)作過(guò)程及要求

4.1 觸發(fā)信號(hào)

以主變壓器出口斷路器斷開(kāi)信號(hào)為“島運(yùn)行”觸發(fā)信號(hào)，原則上應(yīng)以“硬接線”的方式送鍋爐BMS系統(tǒng)、汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)及旁路系統(tǒng)和PCV閥。

4.2 發(fā)電機(jī)

快速降勵(lì)磁并跟蹤廠用電運(yùn)行工況。

4.3 汽輪機(jī)

(1)在103%轉(zhuǎn)速保護(hù)/控制系統(tǒng)作用下，高、中壓汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥“瞬間”、“暫短”、“多次”關(guān)閉后，再開(kāi)啟在一個(gè)較小的開(kāi)度內(nèi)，維持額定轉(zhuǎn)速下帶廠用電負(fù)荷。103%(OPC)功能調(diào)試，是保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定和防止超速停機(jī)的重要保證。

(2)高壓缸排汽逆止門關(guān)閉，高壓缸排放裝置開(kāi)啟，將做功后的高壓排汽至冷凝器。

(3)由于各段抽汽壓力降低，抽汽逆止門關(guān)閉，1# ～3#高加和 5#、6#、7#、8#低加自動(dòng)解列(2#高加在高旁開(kāi)啟后，再次投入)。

(4)凝汽器水位、除氧器水位處于自動(dòng)控制狀態(tài)運(yùn)行，由于給水量的降低，最小流量裝置可能自動(dòng)投入運(yùn)行。給水系統(tǒng)應(yīng)處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。

(5)除氧器汽源的切換。

原則上4段抽汽逆止門關(guān)閉，應(yīng)聯(lián)鎖啟動(dòng)輔汽聯(lián)箱向除氧器供汽的備用汽源。也可考慮低溫再熱蒸汽作為備用汽源。但在快速降負(fù)荷過(guò)程中，由于高壓旁路的開(kāi)啟速度過(guò)快，會(huì)造成輔汽聯(lián)箱的壓力波動(dòng)，為保證除氧器的安全運(yùn)行，在輔汽聯(lián)箱壓力平穩(wěn)后，手動(dòng)開(kāi)啟備用汽源向除氧器送汽。除氧器短時(shí)間沒(méi)有汽源，不應(yīng)有較大影響?！伴W蒸”現(xiàn)象，有可能造成水位波動(dòng)。

4.4 鍋爐

(1)在70%旁路選型下，鍋爐應(yīng)快速降負(fù)荷至最低穩(wěn)燃(滑參數(shù))工況。

(2)一般采取“快速”、“啟動(dòng)次序”的方式，以切除燃燒器的方式減負(fù)荷，0秒切除第一臺(tái)磨，間隔數(shù)十秒(試驗(yàn)確定)后，依次切磨，最終保留一臺(tái)磨的燃燒器并投入油槍穩(wěn)燃。

(3)PCV閥快速開(kāi)啟，在主汽壓力降低后自動(dòng)(或手動(dòng))關(guān)閉(手動(dòng)關(guān)閉應(yīng)提前設(shè)定)。

(4)爐膛負(fù)壓等處于自動(dòng)控制狀態(tài)，保護(hù)定值可修改為“最大可用數(shù)值”，并應(yīng)作為重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象。

(5)送風(fēng)、引風(fēng)、氧量等處于自動(dòng)控制狀態(tài)，氧量自動(dòng)有可能跳為手動(dòng)狀態(tài)，可在穩(wěn)定燃燒后手動(dòng)調(diào)整重新投入。

4.5 旁路

旁路應(yīng)處于熱備用狀態(tài)，閥后管道應(yīng)處于加熱和疏水狀態(tài)，以防止水擊和振動(dòng)。旁路應(yīng)處于額定壓力保護(hù)功能(調(diào)節(jié)功能)狀態(tài)。FCB開(kāi)始時(shí)，高、低壓旁路迅速全開(kāi)，此時(shí)應(yīng)以硬接線信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào);當(dāng)鍋爐負(fù)荷(流量和壓力)逐漸降低后，旁路逐漸關(guān)小;當(dāng)鍋爐降至最低穩(wěn)燃負(fù)荷并穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，旁路將處于一個(gè)穩(wěn)定的開(kāi)度狀態(tài)。

4.6 PCV閥

FCB開(kāi)始時(shí)迅速全開(kāi)，釋放25% ～30%流量。全開(kāi)后，可以設(shè)定為手動(dòng)關(guān)閉或具有自動(dòng)關(guān)閉功能。

4.7 廠用電運(yùn)行方式

“小島運(yùn)行”時(shí)(包括甩負(fù)荷、停機(jī)不停爐、RB工況)，主變壓器低壓側(cè)及公用變低壓側(cè)一直處于帶電狀態(tài)，不影響運(yùn)行中的備用設(shè)置，因此不發(fā)生備用電源的快速切換。重新并網(wǎng)，采取手動(dòng)調(diào)整方式。

5 結(jié)論

大型機(jī)組為實(shí)現(xiàn)FCB功能，需要在機(jī)組設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、控制策略、安裝調(diào)試等方面提供以下基本條件:鍋爐具有較好的燃燒特性;汽輪機(jī)具有低負(fù)荷運(yùn)行性能;電氣系統(tǒng)切換廠用電快速可靠;容量合適的鍋爐壓力飛升控制設(shè)備(汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)、鍋爐PCV閥);較高水平的自動(dòng)化熱工控制系統(tǒng)的投入。

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