F級(jí)多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠FCB功能的實(shí)踐

李躍輝

（中山嘉明電力有限公司橫門(mén)電廠，廣東 中山 528437）

近年來(lái)，電力系統(tǒng)裝機(jī)容量越來(lái)越大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，保護(hù)配合難度越來(lái)越高，這造成電網(wǎng)解列、大面積停電事故發(fā)生的概率大增。在電網(wǎng)事故發(fā)生時(shí)，如何提高電網(wǎng)的自愈能力，迅速恢復(fù)電網(wǎng)供電，保障發(fā)電廠廠用電供電，對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行尤其重要，故FCB功能的實(shí)現(xiàn)引起了電網(wǎng)及電廠的高度重視。FCB的功能是指發(fā)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，發(fā)變組出線開(kāi)關(guān)（TCB）跳閘，不聯(lián)跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)（GCB），發(fā)電機(jī)帶機(jī)組廠用電實(shí)現(xiàn)“孤島運(yùn)行”。如果FCB成功，電網(wǎng)故障消除后，機(jī)組能自帶廠用電快速有效地通過(guò)TCB并網(wǎng)向系統(tǒng)供電，從而迅速“激活”網(wǎng)內(nèi)其他機(jī)組并恢復(fù)對(duì)用戶(hù)的供電。因此FCB功能對(duì)于電網(wǎng)特殊事故處理、電網(wǎng)黑啟動(dòng)及發(fā)電廠保廠用電都具有十分重要的意義。目前在廣東電網(wǎng)中，只有幾家電廠擁有真正成功實(shí)現(xiàn)了FCB功能的大機(jī)組，橫門(mén)電廠能成功實(shí)現(xiàn)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的FCB功能，標(biāo)志著廣東電網(wǎng)黑啟動(dòng)又多了一個(gè)電源支撐點(diǎn)，將有利于在電網(wǎng)發(fā)生事故的情況下快速提供恢復(fù)電網(wǎng)的動(dòng)力。

1 多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的基本配置

該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為東方電氣集團(tuán)公司成套提供的M701F4改進(jìn)型機(jī)組，包括1臺(tái)低NOx燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)燃機(jī)發(fā)電機(jī)、1臺(tái)燃機(jī)主變、1臺(tái)蒸汽輪機(jī)、1臺(tái)汽機(jī)發(fā)電機(jī)、1臺(tái)汽機(jī)主變、1臺(tái)無(wú)補(bǔ)燃三壓再熱余熱鍋爐及其相關(guān)的輔助設(shè)備。燃機(jī)發(fā)電機(jī)通過(guò)發(fā)電機(jī)出口斷路器GCB實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)并網(wǎng)，而汽機(jī)發(fā)電機(jī)則通過(guò)主變高壓側(cè)斷路器與電網(wǎng)并網(wǎng)，廠用電由燃機(jī)主變低壓側(cè)供電。機(jī)組熱力循環(huán)示意圖如圖1所示，電氣主接線示意圖如圖2所示。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不穩(wěn)定超限，電廠安穩(wěn)裝置或失步解列裝置首先自動(dòng)斷開(kāi)燃機(jī)主變和汽機(jī)主變高壓側(cè)斷路器。此時(shí)，燃機(jī)進(jìn)入FCB狀態(tài)，同時(shí)汽機(jī)跳閘，高壓主蒸汽通過(guò)高旁、再熱器、中旁排至凝汽器，低壓主蒸汽通過(guò)低旁直接排至凝汽器，余熱鍋爐、高中壓給水泵、凝汽器及真空泵等設(shè)備將維持旁路運(yùn)行，保證燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組及余熱鍋爐在FCB工況下的正常工作。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)后，機(jī)組需要從“孤島運(yùn)行”轉(zhuǎn)為并網(wǎng)運(yùn)行，然后通過(guò)燃機(jī)主變高壓側(cè)斷路器實(shí)現(xiàn)再并網(wǎng)。

圖1 機(jī)組熱力循環(huán)示意圖

圖2 三套燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組電氣主接線示意圖

2 多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組FCB功能實(shí)現(xiàn)的條件

2.1 啟動(dòng)燃機(jī)FCB功能的指令選擇

啟動(dòng)燃機(jī)FCB功能的指令一般采用安全穩(wěn)控裝置的切機(jī)指令，或者燃機(jī)主變高開(kāi)關(guān)TCB跳閘輔助接點(diǎn)，或者燃機(jī)負(fù)荷突降超限延時(shí)等。綜合目前成功實(shí)施FCB功能的電廠經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，多數(shù)選擇安全穩(wěn)控裝置的切機(jī)指令。對(duì)于如何選擇啟動(dòng)FCB的指令，應(yīng)考慮如下因素：第一，安全穩(wěn)控裝置不是每個(gè)電廠都標(biāo)配的設(shè)備，作為FCB的啟動(dòng)指令比較單一；第二，F(xiàn)CB時(shí)主變高開(kāi)關(guān)要跳閘，而主變高開(kāi)關(guān)跳閘的原因很多，很難選擇FCB的啟動(dòng)指令；第三，燃機(jī)TCS控制系統(tǒng)保護(hù)要求在0.1 s內(nèi)必須收到啟動(dòng)FCB的信號(hào)，否則頻率超過(guò)51.5 Hz即發(fā)跳燃機(jī)指令，導(dǎo)致孤島失敗。故綜合考慮上述原因，選擇燃機(jī)主變高開(kāi)關(guān)TCB跳閘輔助接點(diǎn)及發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)GCB合位信號(hào)來(lái)啟動(dòng)燃機(jī)FCB模式，速度快捷（只需70 ms），而且簡(jiǎn)單易行。

2.2 多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組FCB功能實(shí)現(xiàn)的配套設(shè)計(jì)

2.2.1 雙同期點(diǎn)設(shè)計(jì)

機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)，燃機(jī)發(fā)電機(jī)通過(guò)發(fā)電機(jī)出口斷路器GCB實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)并網(wǎng)，一旦發(fā)生電網(wǎng)不穩(wěn)定超限，電網(wǎng)安穩(wěn)裝置，或者失步解列裝置，或者發(fā)變組相關(guān)保護(hù)首先自動(dòng)斷開(kāi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)的主變UCB開(kāi)關(guān)，此時(shí)，燃機(jī)進(jìn)入FCB狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)故障排除后，機(jī)組需要從孤島運(yùn)行再并網(wǎng)，則只有通過(guò)合上燃機(jī)主變TCB實(shí)現(xiàn)再并網(wǎng)過(guò)程。根據(jù)以上分析，燃機(jī)FCB功能實(shí)現(xiàn)必須采用雙同期點(diǎn)，僅在燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口設(shè)置同期點(diǎn)，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)FCB后發(fā)電機(jī)再并網(wǎng)的功能。該同期裝置若采用一套，則需設(shè)計(jì)同期點(diǎn)選擇回路。

2.2.2 發(fā)變組保護(hù)的跳閘矩陣

發(fā)變組保護(hù)的跳閘出口矩陣與常規(guī)機(jī)組相比需要重新設(shè)計(jì)、修改，一般將發(fā)電機(jī)頻率異常（超頻）保護(hù)及失步（區(qū)內(nèi)）保護(hù)出口由跳燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口GCB改為燃機(jī)主變高開(kāi)關(guān)TCB。

2.2.3 100%的旁路設(shè)計(jì)

M701F4改進(jìn)型機(jī)組的余熱鍋爐為無(wú)補(bǔ)燃三壓再熱鍋爐，在供熱工況下高壓蒸汽流量為310 t/h，再熱蒸汽流量347.8 t/h，低壓蒸汽流量49.8 t/h。根據(jù)鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量參數(shù)配置了100%旁路系統(tǒng)，高中壓旁路為兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，高壓旁路從高壓主蒸汽管道接出，經(jīng)減壓、減溫后接至低溫再熱蒸汽管道，流量310 t/h；中壓旁路從高溫再熱蒸汽管道接出，經(jīng)減壓、減溫后接至凝汽器，流量347.8 t/h；低壓旁路從低壓主蒸汽管道接出，經(jīng)減壓后接至凝汽器流量50 t/h。100%旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)有利于燃機(jī)、余熱鍋爐在FCB工況下能穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.4 機(jī)、電、爐大聯(lián)鎖的優(yōu)化

機(jī)、電、爐大聯(lián)鎖要符合FCB功能要求，為實(shí)現(xiàn)FCB功能，機(jī)、電、爐聯(lián)鎖原則應(yīng)符合下列要求：（1）燃機(jī)主變TCB跳閘時(shí)，汽輪機(jī)跳閘，燃機(jī)RB動(dòng)作帶發(fā)電機(jī)快速減負(fù)荷至帶廠用電作孤島運(yùn)行（FCB），余熱鍋爐旁路運(yùn)行；（2）汽輪機(jī)單獨(dú)跳閘時(shí)，不聯(lián)鎖跳余熱鍋爐、燃機(jī)，燃機(jī)仍能帶發(fā)電機(jī)單循環(huán)運(yùn)行，余熱鍋爐旁路運(yùn)行。

2.2.5 輔助系統(tǒng)邏輯的設(shè)計(jì)考慮

由于FCB工況不同于機(jī)組跳閘，余熱鍋爐汽包水位控制、高中低旁路自動(dòng)快開(kāi)以及凝汽器真空的邏輯設(shè)計(jì)需要單獨(dú)分析考慮，否則影響FCB的成功運(yùn)行。

2.2.6 廠用電供電質(zhì)量不合格對(duì)輔機(jī)的影響程度

廠用電供電質(zhì)量有兩個(gè)因素要考慮。一是電壓波動(dòng)范圍，電動(dòng)機(jī)可在額定電壓變化-5%～+10%的范圍內(nèi)運(yùn)行，其額定出力不變。這就要求發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在機(jī)組甩負(fù)荷后能迅速反應(yīng)，將發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定。二是頻率的波動(dòng)，機(jī)組甩負(fù)荷后頻率上升，返回時(shí)間若較長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)能否承受，特別是變頻器是否會(huì)跳閘。這些需要試驗(yàn)驗(yàn)證。

3 FCB全真實(shí)運(yùn)行工況試驗(yàn)

3.1 燃機(jī)30 MW切機(jī)自帶廠用電試驗(yàn)

為保證FCB試驗(yàn)的成功率和安全性，在汽機(jī)未并網(wǎng)的情況下，進(jìn)行了一次燃機(jī)帶低負(fù)荷FCB回路檢查試驗(yàn)。試驗(yàn)情況如下：試驗(yàn)前燃機(jī)負(fù)荷30 MW，轉(zhuǎn)速3000 r/min，發(fā)電機(jī)定子電壓15.7 kV，勵(lì)磁系統(tǒng)置“恒壓模式”，廠用電由燃機(jī)機(jī)組自帶6 MW。2014年08月8日20時(shí)07分切燃機(jī)主變高開(kāi)關(guān)，燃機(jī)直接轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行模式，1 s后燃機(jī)負(fù)荷從30 MW快速減負(fù)荷至6 MW，轉(zhuǎn)速3 013 r/min，發(fā)電機(jī)定子電壓15.7 kV，3 s后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3 000 r/min，然后重新利用燃機(jī)主變高開(kāi)關(guān)再次并網(wǎng)。雖然試驗(yàn)的工況較低，但是驗(yàn)證了FCB啟動(dòng)回路、邏輯設(shè)計(jì)滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，為下一步高負(fù)荷試驗(yàn)奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。

3.2 燃機(jī)50%負(fù)荷切機(jī)自帶廠用電甩負(fù)荷試驗(yàn)

2014年08月16日21時(shí)07分通過(guò)A套穩(wěn)控裝置進(jìn)行切機(jī)操作。A套穩(wěn)控裝置聯(lián)切7#、8#機(jī)組動(dòng)作，啟動(dòng)7#、8#機(jī)組發(fā)變組E柜非電量保護(hù)，7#、8#主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)出口跳閘，1 s燃機(jī)負(fù)荷從138.71 MW快速減負(fù)荷至5.94 MW；燃機(jī)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行模式，發(fā)電機(jī)僅帶廠用電運(yùn)行，汽輪機(jī)跳閘，燃機(jī)轉(zhuǎn)速約2 s達(dá)最高3 040.5 r/min，為額定轉(zhuǎn)速的101.35%；然后轉(zhuǎn)速迅速下降，約7 s轉(zhuǎn)速降至3 006 r/min，后轉(zhuǎn)速緩慢平穩(wěn)下降至3 000 r/min；發(fā)電機(jī)定子電壓15.7 kV穩(wěn)定不變，廠用電輔機(jī)運(yùn)行正常。詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1，主要參數(shù)曲線趨勢(shì)圖見(jiàn)圖3。7#機(jī)組在切機(jī)傳動(dòng)試驗(yàn)結(jié)束后于2014年08月16日21時(shí)13分利用燃機(jī)主變高開(kāi)關(guān)再次成功并網(wǎng)。

3.3 燃機(jī)100%負(fù)荷切機(jī)自帶廠用電甩負(fù)荷試驗(yàn)

2014年08月17日21時(shí)24分43秒通過(guò)B套穩(wěn)控裝置進(jìn)行切機(jī)操作，B套穩(wěn)控裝置聯(lián)切7#、8#機(jī)組動(dòng)作，啟動(dòng)7#、8#機(jī)組發(fā)變組E柜非電量保護(hù)。7#、8#機(jī)組主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)出口跳閘，1 s燃機(jī)負(fù)荷從275 MW快速減負(fù)荷至6.46 MW，燃機(jī)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行模式，發(fā)電機(jī)僅帶廠用電運(yùn)行，汽輪機(jī)跳閘，約3 s達(dá)最高3 133.5 r/min，為額定轉(zhuǎn)速的104.45%。然后轉(zhuǎn)速迅速下降，約14 s時(shí)轉(zhuǎn)速降至3 003.8 r/min，后轉(zhuǎn)速緩慢平穩(wěn)下降至3 000 r/min，發(fā)電機(jī)定子電壓15.7 kV穩(wěn)定不變，廠用電輔機(jī)運(yùn)行正常。詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表2，主要參數(shù)曲線趨勢(shì)圖見(jiàn)圖4。7#機(jī)組在切機(jī)傳動(dòng)試驗(yàn)結(jié)束后，2014年08月17日21時(shí)41分利用燃機(jī)主變高開(kāi)關(guān)再次并網(wǎng)。

圖3 主要參數(shù)曲線趨勢(shì)圖

圖4 主要參數(shù)曲線趨勢(shì)圖見(jiàn)

表2 7#燃?xì)鈾C(jī)100%負(fù)荷FCB前后參數(shù)

3.4 試驗(yàn)總結(jié)

從整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，F(xiàn)級(jí)多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能，相對(duì)其他類(lèi)型的機(jī)組成功率較大，不用過(guò)多考慮汽輪機(jī)對(duì)燃機(jī)的影響，只要燃機(jī)RB動(dòng)作正常，燃燒系統(tǒng)的各閥門(mén)反應(yīng)快速、相互配合恰當(dāng)，保證燃燒穩(wěn)定，且在0.1 s內(nèi)收到FCB啟動(dòng)信號(hào)，F(xiàn)CB就可能成功。剩余的問(wèn)題主要是輔助系統(tǒng)的配合，涉及余熱鍋爐汽包水位調(diào)整控制、高中低旁路快開(kāi)。因?yàn)槠皇д{(diào)、汽機(jī)旁路未開(kāi)，會(huì)導(dǎo)致余熱鍋爐跳閘，燃機(jī)跳閘，F(xiàn)CB失敗。所以，要求輔助系統(tǒng)的自動(dòng)控制邏輯設(shè)計(jì)及硬件設(shè)備要能快速反映工況的變化。電氣系統(tǒng)只要?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器投自動(dòng)恒壓模式，就可穩(wěn)定發(fā)電機(jī)定子電壓，輔機(jī)就能穩(wěn)定運(yùn)行?？傊?，只要主機(jī)島的硬件、軟件具備FCB功能，再做好相關(guān)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，F(xiàn)CB就能成功。這對(duì)相同類(lèi)型燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組實(shí)施FCB具有推廣和借鑒作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

FCB功能是目前形勢(shì)的需求，它對(duì)防止大面積停電電網(wǎng)自愈有積極作用，能提高發(fā)電廠廠用電中斷的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，F(xiàn)CB的成功實(shí)踐將給降低電網(wǎng)及發(fā)電廠廠用電運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)希望。相對(duì)于煤電機(jī)組及單軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，F(xiàn)級(jí)多軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能要簡(jiǎn)單易行。盡管目前實(shí)現(xiàn)FCB功能的F級(jí)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠很少，但是只要在電廠建設(shè)的各個(gè)階段綜合考慮FCB功能的要求，做好設(shè)備招標(biāo)、設(shè)計(jì)等工作，并協(xié)調(diào)好后期的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、FCB試驗(yàn)、機(jī)組運(yùn)行等各個(gè)階段的工作，就能夠確保F級(jí)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組FCB功能的成功實(shí)施。

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