國產(chǎn)超超臨界1000MW機(jī)組FCB控制功能的實(shí)現(xiàn)

摘要：對(duì)電廠來說，具備FCB功能的機(jī)組同時(shí)具備了停電不停機(jī)、停機(jī)不停爐的功能，這最大程度地降低了鍋爐的停運(yùn)概率，從而能減少鍋爐跳閘造成的壽命消耗，節(jié)約鍋爐重新啟動(dòng)的成本，減少機(jī)組的電量損失。而FCB成功的關(guān)鍵是能夠在短時(shí)間內(nèi)，維持機(jī)組的工質(zhì)和能量的快速平衡。

關(guān)鍵詞：FCB控制；大容量鍋爐；旁路能量；工質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）17-0112-02

據(jù)報(bào)道，2011年9月8日由于電力系統(tǒng)工作人員操作失誤，美國加利福尼亞州南部、亞利桑那州以及墨西哥部分地區(qū)發(fā)生大面積停電，約600萬人受影響。2012年7月30日和31日印度北部和東部地區(qū)連續(xù)發(fā)生兩次大面積停電事故。突如其來的斷電導(dǎo)致交通陷入混亂，給工作、生活帶來極大的不便。一直以來，國內(nèi)外各電網(wǎng)公司都大力研究電網(wǎng)大面積停電后的“黑啟動(dòng)”的技術(shù)，但卻極為困難，對(duì)火力發(fā)電機(jī)組更是難上加難。試想如果在電網(wǎng)事故大停電時(shí)能保留部分電源點(diǎn)，通過保存下來隨時(shí)能向外供電的發(fā)電機(jī)組，逐步使電網(wǎng)恢復(fù)，這就是火電機(jī)組的FCB功能。

1 主要設(shè)備概況

鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，鍋爐采用一次再熱、單爐膛單切圓燃燒、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)塔式布置。

汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的1000MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)型式是超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、采用八級(jí)回?zé)岢槠Ｆ啓C(jī)采用定-滑-定運(yùn)行方式。

上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司制造的1000MW發(fā)電機(jī)，配有河北天威保變有限公司生產(chǎn)的3×380MVA單相主變壓器，發(fā)電機(jī)型號(hào)THDF125/67，為水氫氫冷卻方式，旋轉(zhuǎn)無刷勵(lì)磁。發(fā)電機(jī)額定容量為1112MW，額定功率1000MW。

旁路系統(tǒng)配置了100%BMCR容量高壓旁路，該旁路替代過熱器安全閥，又作為主汽壓力調(diào)節(jié)閥。低壓旁路容量為65%BMCR，另配100%再熱器安全閥。

DCS集中控制采用國產(chǎn)杭州和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)；DEH為西門子T3000系統(tǒng)。

2 FCB功能實(shí)現(xiàn)

2.1 FCB的定義

FCB（FAST CUT BACK），是指火電機(jī)組在電網(wǎng)或線路出現(xiàn)故障而機(jī)組本身運(yùn)行正常的情況下，不觸發(fā)機(jī)組跳閘。比如，機(jī)組主變出線開關(guān)跳閘，不聯(lián)跳汽機(jī)和鍋爐，發(fā)電機(jī)帶機(jī)組的廠用電運(yùn)行，汽機(jī)保持3000r/min，鍋爐快速減少燃料量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組帶廠用電的“孤島運(yùn)行”。

2.2 FCB的動(dòng)作模式

觸發(fā)FCB有三種情況：一是電網(wǎng)高頻自動(dòng)切機(jī)，二是電網(wǎng)低頻自動(dòng)切機(jī)，三是電網(wǎng)調(diào)度根據(jù)情況遠(yuǎn)方操作切機(jī)。

電網(wǎng)側(cè)故障時(shí)，帶廠用電運(yùn)行；發(fā)電機(jī)和出線電氣故障時(shí)，汽機(jī)保持空載運(yùn)行；汽機(jī)故障跳閘時(shí)，鍋爐保持運(yùn)行。以上三種方式，鍋爐都快速減少燃燒率，高、低壓旁路快速開啟。本廠6號(hào)機(jī)實(shí)現(xiàn)“電網(wǎng)故障時(shí)，機(jī)組帶廠用電孤島運(yùn)行”功能。不實(shí)現(xiàn)“停電不停機(jī)”功能，保留現(xiàn)有“停電停機(jī)”功能，保留“停機(jī)不停爐”功能。

2.3 FCB切機(jī)策略

當(dāng)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)故障或電網(wǎng)遠(yuǎn)方切機(jī)時(shí)，安穩(wěn)觸發(fā)信號(hào)跳開斷路器5041和5042，發(fā)電機(jī)帶兩臺(tái)高廠變運(yùn)行。

安穩(wěn)作為判斷電網(wǎng)故障手段，機(jī)組的安穩(wěn)切機(jī)策略是不變的。電網(wǎng)調(diào)整電廠安穩(wěn)切機(jī)順序，最后切除FCB功能機(jī)組；將現(xiàn)有安穩(wěn)動(dòng)作跳發(fā)電機(jī)出口斷路器邏輯，改跳5041和5042斷路器，瞬間閉鎖聯(lián)跳發(fā)電機(jī)出口806開關(guān)。電氣送熱控FCB信號(hào)為安穩(wěn)輸出信號(hào)三取二，且5041、5042斷路器在分閘位置，分別送入熱工DCS和DEH系統(tǒng)。

2.4 熱力系統(tǒng)工藝

輔汽及小機(jī)汽源切換方式：輔汽汽源自動(dòng)切換至冷再供，小機(jī)汽源切換至輔汽供，小機(jī)高壓汽源作為補(bǔ)充。除氧器汽源切至輔汽供。軸封汽源自動(dòng)切輔汽供。冷再至輔汽聯(lián)箱調(diào)門在FCB觸發(fā)后開啟調(diào)門30%投自動(dòng)，壓力設(shè)定值設(shè)定為1.1MPa。

凝結(jié)水運(yùn)行方式：6號(hào)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)凝泵變頻運(yùn)行，壓力設(shè)定為2.6MPa，一臺(tái)凝泵工頻備用。FCB時(shí)，聯(lián)啟備用泵和第二臺(tái)凝泵（如果單臺(tái)凝泵運(yùn)行）并同時(shí)將變頻泵壓力設(shè)定值置3.6MPa（或?qū)㈩l率升到50Hz）；自動(dòng)啟動(dòng)凝補(bǔ)泵并提前補(bǔ)水，并將凝汽器補(bǔ)水水位設(shè)定值適當(dāng)提高，提前補(bǔ)水，開度為設(shè)定值提高100mm。

鍋爐運(yùn)行方式：FCB觸發(fā)，25s內(nèi)燃料主控輸出閉鎖增加；鍋爐要求干態(tài)運(yùn)行；若對(duì)應(yīng)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，自動(dòng)投入微油運(yùn)行；2號(hào)高加和除氧器加熱投入，提高給水溫度，減小水冷壁熱沖擊。

旁路運(yùn)行方式：高、低旁打開、進(jìn)入壓力控制模式，高旁控制主汽壓力、低旁控制冷再壓力。FCB觸發(fā)后，旁路控制進(jìn)入C（壓力控制）模式；機(jī)組負(fù)荷大于600MW，聯(lián)鎖快開汽機(jī)高、低壓旁路5s，5s后高、低壓旁路進(jìn)入壓力、溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

電氣系統(tǒng)：電氣發(fā)出FCB請(qǐng)求（3s脈沖）時(shí)，DEH側(cè)觸發(fā)FCB動(dòng)作信號(hào)；汽機(jī)跳閘或5041閉合或5042閉合中的任一個(gè)出現(xiàn)時(shí)，F(xiàn)CB狀態(tài)復(fù)位。

DEH及DCS控制系統(tǒng)：在DCS當(dāng)前邏輯畫面中增加“FCB投入按鈕”，當(dāng)電氣發(fā)出FCB請(qǐng)求（3s脈沖）或汽輪機(jī)跳閘時(shí)，DCS側(cè)觸發(fā)FCB動(dòng)作信號(hào)；FCB動(dòng)作420s（7min）后或鍋爐MFT，F(xiàn)CB自動(dòng)復(fù)位。

2.5 FCB動(dòng)作后恢復(fù)

利用5042一次參數(shù)滿足并網(wǎng)要求，加裝同期裝置，采用5042作為FCB后并網(wǎng)恢復(fù)點(diǎn)。

電網(wǎng)故障時(shí)，安穩(wěn)動(dòng)作跳開6號(hào)機(jī)主變出口的5041和5042斷路器、保持806處于合閘狀態(tài)，6號(hào)機(jī)快速減負(fù)荷帶自身廠用電孤島運(yùn)行。

若電網(wǎng)故障消除，需要6號(hào)機(jī)作為黑啟動(dòng)源點(diǎn)時(shí)，合閘5041或5042對(duì)電網(wǎng)供電。

若電網(wǎng)恢復(fù)送電，6號(hào)機(jī)要并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，通過設(shè)備改造，使得5042具備并網(wǎng)功能，利用5042進(jìn)行并網(wǎng)。

發(fā)電機(jī)故障時(shí)，跳開806出口斷路器，汽機(jī)跳閘、鍋爐運(yùn)行（即不要求實(shí)現(xiàn)停電不停機(jī)功能）。

汽輪機(jī)故障跳閘時(shí)，發(fā)電機(jī)跳閘（斷開出口短路器806）、鍋爐運(yùn)行。

3 問題和風(fēng)險(xiǎn)

FCB實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要機(jī)組工藝系統(tǒng)、設(shè)備、控制等統(tǒng)籌配置和協(xié)調(diào)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)FCB觸發(fā)后短時(shí)間內(nèi)，維持機(jī)組的工質(zhì)和能量的快速平衡，需要重點(diǎn)研究應(yīng)對(duì)以下問題和風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)一：汽機(jī)低負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

機(jī)組發(fā)生FCB后，汽機(jī)將帶超低負(fù)荷（3%左右）運(yùn)行。汽機(jī)滿足FCB工況運(yùn)行時(shí)間大于15min，無上限時(shí)間，但谷峰損失依然存在不確定風(fēng)險(xiǎn)。要控制高排和低壓缸排汽溫度，盡量縮短FCB下運(yùn)行時(shí)間，以高排溫度530℃和低壓缸排110℃（正常90℃以下）為控制點(diǎn)。FCB后再熱器壓力設(shè)定為2MPa。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)二：FCB時(shí)汽機(jī)超速風(fēng)險(xiǎn)

機(jī)組發(fā)生FCB時(shí)，汽機(jī)轉(zhuǎn)入負(fù)荷下的轉(zhuǎn)速控制模式。汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制可能失調(diào)、保護(hù)拒動(dòng)，造成汽機(jī)超速風(fēng)險(xiǎn)。故保留“電跳機(jī)”邏輯、保證轉(zhuǎn)速自動(dòng)和保護(hù)回路正常，不實(shí)現(xiàn)FCB的“停電不停機(jī)功能”；FCB試驗(yàn)前進(jìn)行汽機(jī)主汽門、調(diào)門、抽汽逆止門、旁路和電超速傳動(dòng)試驗(yàn)；FCB試驗(yàn)時(shí)保證超速保護(hù)等正常投入。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)三：汽機(jī)大軸抱死風(fēng)險(xiǎn)

汽輪機(jī)跳閘后，異常工況可能導(dǎo)致凝汽器溫度高、軸封溫度異常。汽輪機(jī)惰走階段大軸可能抱死。要確保凝汽器溫度高時(shí)旁路能夠關(guān)閉，循環(huán)水正常和軸封正常。利用低旁聯(lián)關(guān)邏輯并已將旁執(zhí)行器改造成為本質(zhì)安全特性（加裝彈簧、失壓關(guān)閉）。確保軸封電加熱器及時(shí)投入，維持軸封供汽溫度大于280℃；做好循環(huán)水失去應(yīng)對(duì)措施，如發(fā)生循環(huán)水泵跳閘則盡快恢復(fù)。維持輔汽聯(lián)箱壓力大于除氧器壓力，防止除氧器汽水返至輔汽系統(tǒng)甚至軸封系統(tǒng)。

3.4 風(fēng)險(xiǎn)四：鍋爐T23因溫度驟變產(chǎn)生裂紋風(fēng)險(xiǎn)

機(jī)組發(fā)生FCB后，給水溫度由于高加切除且除氧器汽源不能及時(shí)投入而驟降?？赡馨l(fā)生鍋爐水冷壁T23材質(zhì)因給水溫度驟降而大幅下降，造成應(yīng)力過大而損壞。要保證2號(hào)高加和除氧器加熱投入，控制給水溫度大于195℃，防止水冷壁溫突降。機(jī)組發(fā)生FCB工況時(shí)，及時(shí)投入除氧器備用汽源；根據(jù)驗(yàn)證性試驗(yàn)優(yōu)化機(jī)組FCB工況目標(biāo)負(fù)荷，以提高機(jī)組給水溫度。

3.5 風(fēng)險(xiǎn)五：廠用電失去風(fēng)險(xiǎn)

FCB后機(jī)組帶廠用電孤島運(yùn)行，發(fā)電機(jī)頻率及相位與外部電網(wǎng)存在偏差、失去同步。如FCB后恢復(fù)并網(wǎng)時(shí)采用806方案，需要人工廠用電切換；機(jī)組FCB孤網(wǎng)運(yùn)行中跳閘時(shí)也需要廠用電切換，可能切換不成功造成廠用電失去風(fēng)險(xiǎn)。故選擇5042作為FCB并網(wǎng)恢復(fù)點(diǎn)，不采用806并網(wǎng)，避免廠用電切換風(fēng)險(xiǎn)。定期試驗(yàn)啟動(dòng)柴發(fā)良好備用，保證保安段不失電。做好廠用電失去事故預(yù)想和應(yīng)急演習(xí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 外高橋電廠1000MW機(jī)組FCB功能及系統(tǒng)配置.

[2] 臺(tái)山電廠6號(hào)機(jī)組FCB試驗(yàn)方案.

[3] 姚峻.1000MW機(jī)組FCB控制功能的實(shí)現(xiàn).

[4] 馮偉忠.1000MW超超臨界機(jī)組FCB試驗(yàn).

[5] 沈叢奇.百萬等級(jí)超（超）臨界機(jī)組運(yùn)行及控制技術(shù)研討會(huì)-超超臨界機(jī)組FCB功能和作用.

[6] 火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定（DL-T5153-2002）[S].

作者簡介：劉銳（1980—），男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，廣東國華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司助理工程師，研究方向：火力發(fā)電廠運(yùn)行。