622 MW機(jī)組快速甩負(fù)荷試驗(yàn)控制策略

趙偉剛，王宏杰 ，朱家英

(西安熱工研究院有限公司，西安　710032)

?

622 MW機(jī)組快速甩負(fù)荷試驗(yàn)控制策略

趙偉剛，王宏杰 ，朱家英

(西安熱工研究院有限公司，西安710032)

近年來(lái)，世界各國(guó)都提高了對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的要求，要求機(jī)組具備快速甩負(fù)荷(FCB)功能，能孤島可靠運(yùn)行且再并網(wǎng)成功。以越南某電廠622 MW機(jī)組為例，介紹了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、汽輪機(jī)旁路、汽包水位的控制策略，分析并解決了機(jī)組FCB過(guò)程中存在的問(wèn)題，保證了機(jī)組正常運(yùn)行并具備再并網(wǎng)能力。

快速甩負(fù)荷試驗(yàn)；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速；旁路；汽包水位

0　引言

2008年我國(guó)南方遭遇雪災(zāi)，導(dǎo)致電網(wǎng)大范圍損毀，許多地區(qū)出現(xiàn)了較長(zhǎng)時(shí)間的大面積停電。2008年2月26日，美國(guó)佛羅里達(dá)州一個(gè)變電站發(fā)生火情，造成電網(wǎng)內(nèi)電廠相繼跳閘，導(dǎo)致大面積停電[1]。

近年來(lái)，世界各國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的要求，除加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)外，發(fā)電廠的機(jī)組快速甩負(fù)荷(FCB)功能建設(shè)引起了越來(lái)越多的關(guān)注。事實(shí)上，電網(wǎng)內(nèi)若有部分機(jī)組在電網(wǎng)故障時(shí)能快速減負(fù)荷并自動(dòng)轉(zhuǎn)為只帶廠用電作“孤島運(yùn)行”，就能快速恢復(fù)供電，提高電網(wǎng)的安全性[2]。

越南某電廠在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮FCB功能，在對(duì)相關(guān)系統(tǒng)和配置全面進(jìn)行優(yōu)化后，2臺(tái)機(jī)組在完成全部調(diào)試項(xiàng)目轉(zhuǎn)入720 h試運(yùn)行前，先后進(jìn)行了50%和100%負(fù)荷的FCB試驗(yàn)，均獲得了圓滿(mǎn)成功。

1　機(jī)組概況

越南某電廠622 MW機(jī)組配置東方電氣股份有限公司生產(chǎn)的亞臨界自然循環(huán)、W火焰燃燒、一次再熱鍋爐；制粉系統(tǒng)配置6臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)正壓直吹式送粉系統(tǒng)；汽輪機(jī)型號(hào)為N622.5-16.67/538/538，采用高、低、三級(jí)旁路系統(tǒng)，高壓旁路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高旁)系統(tǒng)容量為60%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)；鍋爐壓力釋放閥(PCV閥)容量為10%BMCR；機(jī)組配備1臺(tái)電動(dòng)給水泵和2臺(tái)汽動(dòng)給水泵。

當(dāng)機(jī)組升壓站出口斷路器全部斷開(kāi)時(shí)FCB觸發(fā)，汽輪機(jī)未跳機(jī)且快速穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速，多余蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)旁路降級(jí)排入凝汽器，鍋爐切磨投油使燃料穩(wěn)定在目標(biāo)燃料量，汽包水位降低后又升高并趨于穩(wěn)定。

2　機(jī)組自動(dòng)控制策略

2.1汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制

機(jī)組FCB時(shí)，汽輪機(jī)觸發(fā)超速保護(hù)(OPC)，調(diào)門(mén)全部關(guān)閉，進(jìn)汽切斷；機(jī)組從協(xié)調(diào)控制切至數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)轉(zhuǎn)速控制；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速突升，因機(jī)組帶負(fù)荷，轉(zhuǎn)速快速下降；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速低于3 000 r/min時(shí)，主調(diào)門(mén)逐步打開(kāi)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速快速穩(wěn)定在3 000 r/min[3]。FCB試驗(yàn)時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速情況見(jiàn)表1，試驗(yàn)時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速突升，易導(dǎo)致電氣頻率保護(hù)動(dòng)作。從表1可知，電氣頻率保護(hù)在FCB試驗(yàn)時(shí)可不做切除。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速3 000 r/min對(duì)應(yīng)電網(wǎng)頻率50 Hz。越南電網(wǎng)較小，電網(wǎng)頻率控制不夠完善。#1機(jī)組100%負(fù)荷下FCB對(duì)#2機(jī)組運(yùn)行影響很大：#1機(jī)組FCB后，電網(wǎng)頻率波動(dòng)(#2機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)? 024 r/min 最低降至2 993 r/min)，致使#2機(jī)組輔機(jī)設(shè)備電流降低，應(yīng)加強(qiáng)輔機(jī)設(shè)備監(jiān)視；頻率波動(dòng)致使#2機(jī)組負(fù)荷從620 MW突升至675 MW，超過(guò)功率上限保護(hù)，機(jī)組從協(xié)調(diào)控制切至汽輪機(jī)閥位控制，機(jī)組穩(wěn)定后再次投入?yún)f(xié)調(diào)控制。

表1　越南某電廠FCB時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速及其頻率保護(hù)

注：電氣頻率保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)故障，機(jī)爐大聯(lián)鎖停機(jī)停爐。高頻保護(hù)大于52.0 Hz，延時(shí)10 s動(dòng)作；低頻保護(hù)1小于48.5 Hz，延時(shí)60 s動(dòng)作；低頻保護(hù)2小于48.0 Hz，延時(shí)60 s動(dòng)作；低頻保護(hù)3小于47.0 Hz，延時(shí)6 s動(dòng)作。

2.2汽輪機(jī)旁路控制

機(jī)組FCB時(shí)，鍋爐穩(wěn)定目標(biāo)燃燒量，汽輪機(jī)控制目標(biāo)轉(zhuǎn)速，多余主蒸汽通過(guò)高、低壓旁路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高低旁)降級(jí)后排入凝汽器。高低旁的穩(wěn)定控壓和減溫水的穩(wěn)定控溫，直接影響高低旁的穩(wěn)定運(yùn)行：當(dāng)高低旁快關(guān)時(shí)，直接影響主蒸汽壓力和再熱蒸汽壓力，易導(dǎo)致其安全門(mén)動(dòng)作，乃至試驗(yàn)失?。坏蛪号月?以下簡(jiǎn)稱(chēng)低旁)后溫度超溫，會(huì)引起低壓缸排氣溫度高，進(jìn)而導(dǎo)致停機(jī)和凝汽器真空被破壞。

2.2.1汽輪機(jī)高低旁壓力控制

機(jī)組FCB時(shí)，OPC動(dòng)作3 s，全部蒸汽通過(guò)高低旁降級(jí)后排入凝汽器，提前預(yù)開(kāi)高低旁有助于主蒸汽壓力和再熱蒸汽壓力的穩(wěn)定；隨后汽輪機(jī)調(diào)閥逐步打開(kāi)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在目標(biāo)值，高低旁自動(dòng)調(diào)節(jié)主蒸汽壓力和再熱蒸汽壓力。

2.2.2汽輪機(jī)高低旁溫度控制

機(jī)組FCB時(shí)，高旁快速打開(kāi)，大量主蒸汽進(jìn)入，易導(dǎo)致高旁后溫度高，從而觸發(fā)高旁快關(guān)，因此，提前預(yù)開(kāi)高旁減溫水并投入自動(dòng)調(diào)節(jié)高旁后溫度。

為防止低壓缸排氣溫度過(guò)高，低旁減溫水預(yù)開(kāi)后并鎖定其最小開(kāi)度，投入自動(dòng)調(diào)節(jié)低旁后溫度；聯(lián)鎖打開(kāi)三級(jí)減溫水主路電動(dòng)門(mén)；低壓缸噴水調(diào)閥預(yù)開(kāi)并投入自動(dòng)調(diào)節(jié)低壓缸排氣溫度。

低旁減溫水取自凝結(jié)水雜用水，低旁減溫水大量噴水致使凝結(jié)水出力不足，此時(shí)單臺(tái)凝結(jié)水泵不足以維持除氧器和低旁減溫水的用水量。因除氧器水位也是FCB試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)對(duì)象，故不考慮犧牲除氧器水位來(lái)保證低旁減溫水用水，而是調(diào)高FCB時(shí)凝結(jié)水泵的壓力定值，及時(shí)聯(lián)啟備用凝結(jié)水泵，以保證除氧器和低旁減溫水的用水。凝結(jié)水泵電機(jī)為6 kV電機(jī)，不宜頻繁啟停。當(dāng)凝結(jié)水出口壓力回升時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)凝結(jié)水再循環(huán)閥來(lái)增大再循環(huán)量，以防凝結(jié)水出口壓力過(guò)高。

機(jī)組FCB時(shí)，汽輪機(jī)高低旁溫度控制良好，未超溫，見(jiàn)表2。

表2　越南某電廠FCB時(shí)旁路后溫度最大值　℃

注：高旁后溫度高于360 ℃，高旁快關(guān)；低旁后溫度高于180 ℃或低壓缸排氣溫度高于 80 ℃，低旁快關(guān)；低壓缸排氣溫度高于107 ℃，汽輪機(jī)跳閘。

2.3汽包水位控制

機(jī)組正常工況下，給水控制系統(tǒng)通過(guò)三沖量控制方式保證汽包水位平穩(wěn)。因機(jī)組FCB時(shí)工況變化大，汽包水位變化劇烈，若此時(shí)給水控制切至單沖量控制方式，汽包水位得不到有效控制，極易造成機(jī)組跳閘，故機(jī)組FCB時(shí)汽包水位宜通過(guò)三沖量控制方式調(diào)節(jié)[4]。

機(jī)組FCB時(shí)，汽包水位受主蒸汽壓力影響，會(huì)造成虛假水位，增加了汽包水位調(diào)節(jié)的難度。主蒸汽壓力升高，致使汽包水位持續(xù)下降，易導(dǎo)致機(jī)組汽包水位低低停爐；而主蒸汽壓力回穩(wěn)后，各種原因致使汽包水位持續(xù)上升，易導(dǎo)致機(jī)組汽包水位高高停爐。控制好汽包水位是汽包鍋爐FCB試驗(yàn)成功的必備條件。

2.3.1給水三沖量信號(hào)的穩(wěn)定

機(jī)組FCB時(shí)，汽包水位調(diào)節(jié)應(yīng)維持在三沖量控制方式。給水三沖量副調(diào)流量平衡公式為：主蒸汽流量+鍋爐側(cè)連排流量+水位主調(diào)比例、積分、微分(PID)值=給水流量+過(guò)熱器減溫水總流量。

機(jī)組FCB時(shí)，部分蒸汽通過(guò)旁路進(jìn)入凝汽器，通過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)壓力計(jì)算主蒸汽流量會(huì)失準(zhǔn)，應(yīng)增加爐側(cè)主蒸汽流量信號(hào)，并無(wú)擾動(dòng)切至爐側(cè)主蒸汽流量計(jì)算值，以保證水位調(diào)節(jié)穩(wěn)定。

2.3.2FCB水位前饋

機(jī)組FCB時(shí)，主蒸汽壓力升高，高旁預(yù)開(kāi)并自動(dòng)調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。主蒸汽壓力升高，改變汽包壓力，存在虛假水位，短時(shí)間內(nèi)汽包水位持續(xù)走低，易觸發(fā)汽包水位低低保護(hù)而停爐。針對(duì)主蒸汽壓力升高致汽包水位降低的擾動(dòng)，增加FCB補(bǔ)水前饋。根據(jù)試驗(yàn)前負(fù)荷情況，增大汽動(dòng)給水泵出力，防止汽包水位過(guò)低。

因高旁容量為60%BMCR，100%負(fù)荷下FCB時(shí)宜通過(guò)PCV閥泄壓，以防止安全門(mén)動(dòng)作[1]。通過(guò)PCV閥泄壓有利于汽包水位的控制，故100%負(fù)荷下FCB時(shí)水位前饋應(yīng)略作修正，以防止PCV閥關(guān)閉后汽包水位持續(xù)走高。

2.3.3減溫水對(duì)汽包水位的影響

機(jī)組FCB時(shí)，過(guò)熱器減溫水前饋關(guān)50%，防止主蒸汽溫度突降。主蒸汽溫度超溫時(shí)，減溫水調(diào)閥在自動(dòng)調(diào)節(jié)下逐步打開(kāi)進(jìn)行減溫。過(guò)熱器減溫水調(diào)閥大幅度調(diào)節(jié)過(guò)程中，過(guò)熱器減溫水總流量大幅度變化，致使汽包水位高高而觸發(fā)停爐。經(jīng)檢查分析，過(guò)熱器減溫水流量計(jì)量值偏大，過(guò)熱器減溫水流量擾動(dòng)過(guò)大，致使汽包水位高高而觸發(fā)停爐。

·10·

分析減溫水流量擾動(dòng)，邏輯做以下修正：修正減溫水流量計(jì)量值，當(dāng)汽包水位較高時(shí)，預(yù)減部分用水流量，使汽包水位快速平穩(wěn)。

2.3.4燃燒不穩(wěn)對(duì)汽包水位的影響

機(jī)組FCB時(shí)，鍋爐連續(xù)切除磨煤機(jī)和投入油槍?zhuān)焖贉p至目標(biāo)煤量并穩(wěn)定燃燒，以保證主蒸汽溫度和壓力穩(wěn)定。磨煤機(jī)停運(yùn)時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉磨煤機(jī)一次風(fēng)通道，即關(guān)閉出口電動(dòng)門(mén)和一次風(fēng)冷、熱風(fēng)電動(dòng)門(mén)。

機(jī)組保留3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，前期燃燒并不穩(wěn)定，磨煤機(jī)煤火檢有火信號(hào)消失，易導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘?？筛鶕?jù)磨煤機(jī)燃燒情況調(diào)整投運(yùn)磨煤機(jī)的油槍順序，以改善相應(yīng)磨煤機(jī)燃燒情況。當(dāng)?shù)?臺(tái)磨煤機(jī)跳閘時(shí)，只剩2條一次風(fēng)通道，一次風(fēng)機(jī)頻繁失速，一次熱風(fēng)風(fēng)壓大幅波動(dòng)，爐膛燃燒情況惡化，鍋爐蒸發(fā)量減少，致使汽包水位持續(xù)升高，極易觸發(fā)汽包水位高高保護(hù)而停爐。

為防止一次風(fēng)機(jī)失速，至少應(yīng)保留3臺(tái)煤粉通道，因此，多保留2臺(tái)跳閘磨煤機(jī)的一次風(fēng)通道有助于一次風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。但是，磨煤機(jī)跳閘后，若保留磨煤機(jī)的一次風(fēng)通道，一次風(fēng)會(huì)攜帶磨煤機(jī)部分原有煤粉，這部分煤粉不計(jì)入燃料控制的計(jì)算煤量，對(duì)燃料的調(diào)節(jié)有影響，故僅多保留2條跳閘磨煤機(jī)的一次風(fēng)通道。

2.3.5汽包水位其他控制方法

給水主調(diào)閥系憋壓閥，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)開(kāi)度約為8%，無(wú)法配合汽動(dòng)給水泵調(diào)節(jié)給水的前、后壓差。當(dāng)汽包水位持續(xù)上升時(shí)，可緩慢關(guān)小給水主調(diào)閥，通過(guò)節(jié)流控制汽包水位的上升。

機(jī)組FCB后，給水流量持續(xù)降低并逐步穩(wěn)定，2臺(tái)汽動(dòng)給水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)給水流量過(guò)大，可在給水流量穩(wěn)定后通過(guò)單臺(tái)汽動(dòng)給水泵調(diào)節(jié)汽包水位。

3　FCB試驗(yàn)曲線(xiàn)

越南某電廠#2機(jī)組分別進(jìn)行了50%，100%負(fù)荷工況下的FCB試驗(yàn)。試驗(yàn)前，機(jī)組處于協(xié)調(diào)控制中，鍋爐側(cè)及汽輪機(jī)側(cè)主要輔機(jī)設(shè)備均在自動(dòng)控制中。試驗(yàn)過(guò)程中，鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)主要輔機(jī)設(shè)備均正常運(yùn)行，未觸發(fā)停爐停機(jī)保護(hù)。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行約2 h，經(jīng)調(diào)度要求再次并網(wǎng)一次成功。

#2機(jī)組FCB時(shí)主要參數(shù)曲線(xiàn)如圖1、圖2所示。

圖1　機(jī)組50%負(fù)荷下FCB時(shí)鍋爐側(cè)、汽輪機(jī)側(cè)主要參數(shù)曲線(xiàn)

圖2　機(jī)組100%負(fù)荷下FCB時(shí)鍋爐側(cè)、汽輪機(jī)側(cè)主要參數(shù)曲線(xiàn)

4　結(jié)束語(yǔ)

機(jī)組FCB試驗(yàn)的難點(diǎn)在于對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制和對(duì)鍋爐燃燒的控制，不僅要將機(jī)組主要參數(shù)控制在正常范圍內(nèi)，還需要維持機(jī)組低負(fù)荷、大流量穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，外網(wǎng)恢復(fù)時(shí)，應(yīng)具備快速并網(wǎng)并帶負(fù)荷能力。機(jī)組FCB過(guò)程中，各參數(shù)變化劇烈，手動(dòng)難以控制，從而要求控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)組具有良好的自動(dòng)控制品質(zhì)。通過(guò)對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)各方面的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組FCB的自動(dòng)控制，鍋爐燃燒穩(wěn)定，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，機(jī)組能夠快速重新并網(wǎng)，從而提高了機(jī)組和電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

[1]沈從奇，周新雅，姚峻.火電機(jī)組FCB功能及其在電網(wǎng)恢復(fù)中應(yīng)用[J].上海電力，2007(3)：251-254.

[2]姚峻.1 000 MW超超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)新技術(shù)的應(yīng)用[C]//中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì).超超臨界火電機(jī)組研討會(huì)論文集，2008：60-66.

[3]抄勇，馮進(jìn)利，張小偉，等.大型汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)探討[J].河南電力，2010(1)：50-54.

[4]王崢，李偉，李小林，等.汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷過(guò)程中主要控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].熱力發(fā)電，2014，43(1)：106-109.

(本文責(zé)編：劉芳)

2016-01-25；

2016-05-30

TM 621

B

1674-1951(2016)07-0008-03

趙偉剛(1985—)，男，陜西西安人，工程師，從事火力發(fā)電廠熱控調(diào)試工作(E-mail:447940206@163.com)。