600MW火電機(jī)組FCB控制策略解析

屈章龍， 郭嚴(yán)昊

600MW火電機(jī)組FCB控制策略解析

屈章龍， 郭嚴(yán)昊

（華電電力科學(xué)研究院 西安分院，陜西 西安 710032）

火電廠快速切除負(fù)荷是大型機(jī)組不可缺少的重要安全保障，通過(guò)對(duì)印度KMPCL電廠6×600MW工程3號(hào)機(jī)組主要設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析，根據(jù)快速切除負(fù)荷試驗(yàn)控制難點(diǎn)制定了燃料量、主蒸汽流量、汽包水位、聯(lián)鎖保護(hù)等方面的控制策略，確?？焖偾谐?fù)荷試驗(yàn)一次成功。

燃料量； 主蒸汽流量； 汽包水位； 聯(lián)鎖保護(hù)

0 引言

火電廠快速切除負(fù)荷Fast Cut Back（簡(jiǎn)稱“FCB”）是指在機(jī)組帶一定負(fù)荷工況運(yùn)行過(guò)程中，因電網(wǎng)發(fā)生故障或者電氣升壓站故障引起機(jī)組發(fā)電送出斷開(kāi)，用于維持機(jī)組自帶廠用電孤島運(yùn)行的自動(dòng)控制方式。

印度KMPCL電廠6×600MW工程3號(hào)機(jī)組鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、擺動(dòng)式調(diào)溫、四角切圓、正壓直吹式制粉系統(tǒng)、單爐膛、π型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)、控制循環(huán)汽包爐。制粉系統(tǒng)配置七臺(tái)HP1103DYN型中速磨煤機(jī)，六臺(tái)磨煤機(jī)可帶鍋爐額定出力（簡(jiǎn)稱“BMCR”）工況負(fù)荷，一臺(tái)備用；燃油系統(tǒng)配備5層油槍?zhuān)渲袃蓪訛檩p油槍?zhuān)龑訛橹赜蜆專(zhuān)诲仩t本體配置16只彈簧安全閥和3只3×7.5%BMCR動(dòng)力泄放閥（簡(jiǎn)稱“PCV”）。

汽輪機(jī)為600MW亞臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組采用定-滑-定運(yùn)行方式，滑壓運(yùn)行的范圍為30%-90%額定負(fù)荷。給水系統(tǒng)配置為2×50%BMCR氣動(dòng)給水泵和一臺(tái)50%BMCR電動(dòng)給水泵；旁路系統(tǒng)采用二級(jí)高、低壓串聯(lián)旁路對(duì)機(jī)組主要有配合啟動(dòng)、壓力調(diào)節(jié)和參與安全保護(hù)等功能，高壓旁路設(shè)計(jì)容量為2×30%BMCR，即60%BMCR；低壓旁路按照“高壓旁路容量+減溫噴水量”進(jìn)行配置。

1 FCB試驗(yàn)控制思路及難點(diǎn)解析

1.1 FCB試驗(yàn)控制思路

FCB總體控制思路設(shè)計(jì)如圖1所示。電氣保護(hù)裝置判斷機(jī)組并網(wǎng)送出信號(hào)，當(dāng)送出故障時(shí)送出機(jī)組脫網(wǎng)信號(hào)，產(chǎn)生FCB動(dòng)作指令，分別送至鍋爐側(cè)、汽機(jī)側(cè)、DEH側(cè)、旁路等系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，確保參數(shù)穩(wěn)定。其功能子組包括：協(xié)調(diào)切除、停磨邏輯、投油邏輯、PCV控制、高壓旁路控制、低壓旁路控制、給水控制、抽氣控制、轉(zhuǎn)速控制、OPC控制等。

1.2 FCB難點(diǎn)解析

1.2.1 FCB動(dòng)作產(chǎn)生與復(fù)位

FCB動(dòng)作產(chǎn)生是指機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中投入后，因?yàn)殡姎馑统霎a(chǎn)生故障，DEH側(cè)接收到電氣側(cè)三個(gè)并網(wǎng)信號(hào)同時(shí)斷開(kāi)，產(chǎn)生FCB現(xiàn)象。此時(shí)機(jī)組切換為自帶廠用，確保機(jī)組安全停運(yùn)，或者待電氣送出側(cè)故障快速消除后再次并網(wǎng)。FCB復(fù)位條件為鍋爐跳閘、汽機(jī)跳閘或者手動(dòng)復(fù)位。

1.2.2 主蒸汽流量匹配

在發(fā)電機(jī)組突然發(fā)生脫網(wǎng)甩負(fù)荷發(fā)生時(shí)，鍋爐側(cè)在機(jī)組帶高負(fù)荷過(guò)程中突然中斷，引起鍋爐側(cè)大量的主蒸汽流量帶入汽輪機(jī)，而汽輪機(jī)因?yàn)橥饩W(wǎng)突然斷開(kāi)引起汽輪機(jī)功率與發(fā)電機(jī)功率不平衡，需要快速關(guān)小進(jìn)汽閥門(mén)，這樣就產(chǎn)生了鍋爐主蒸汽流量與汽輪機(jī)進(jìn)汽量的不匹配，極有可能導(dǎo)致鍋爐瞬間超壓、超溫、安全門(mén)動(dòng)作、汽輪機(jī)超速保護(hù)動(dòng)作。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要根據(jù)FCB工況發(fā)生前負(fù)荷決定高壓旁路、低壓旁路、PCV閥同時(shí)配合開(kāi)啟開(kāi)度，以便鍋爐側(cè)產(chǎn)生的高溫、高壓蒸汽穩(wěn)定排放，具體邏輯設(shè)計(jì)關(guān)系如下：

（1）PCV閥邏輯：FCB動(dòng)作且負(fù)荷大于480MW時(shí)，聯(lián)開(kāi)；FCB動(dòng)作后4s，主汽壓力仍小于16.5MPa時(shí)，聯(lián)關(guān)。

（2）高壓旁路邏輯：FCB動(dòng)作時(shí)，高旁切手動(dòng)，高旁開(kāi)度由動(dòng)作之前的負(fù)荷決定（見(jiàn)表1），F(xiàn)CB動(dòng)作10s后，若主汽壓力小于15MPa，高旁閥關(guān)至40%，高旁自動(dòng)投入，壓力設(shè)定值為FCB動(dòng)作前壓力，并以0.3MPa每分鐘的速率降至13MPa。

表1 負(fù)荷與高旁開(kāi)度函數(shù)

（3）低壓旁路邏輯：當(dāng)FCB動(dòng)作時(shí)，低旁切手動(dòng)，低旁開(kāi)度由動(dòng)作之前的負(fù)荷決定（見(jiàn)表2），F(xiàn)CB動(dòng)作10s后，低旁后壓力與1.7MPa相差的絕對(duì)值小于1.0，切至自動(dòng)，壓力設(shè)定值為1.7MPa。

1.2.3 燃料量匹配

機(jī)組帶負(fù)荷產(chǎn)生FCB瞬間，鍋爐側(cè)燃料量產(chǎn)生的大量熱量與汽輪機(jī)自帶廠用所需要的蒸汽流量極不匹配。如果不能快速穩(wěn)定切斷部分燃料，將會(huì)引起鍋爐超溫、超壓現(xiàn)象，嚴(yán)重會(huì)造成鍋爐滅火，危機(jī)汽輪機(jī)安全。為了解決這個(gè)問(wèn)題，鍋爐側(cè)接收到FCB動(dòng)作指令，邏輯應(yīng)該保證鍋爐燃燒穩(wěn)定的情況下快速減掉多余的熱負(fù)荷，并根據(jù)該機(jī)組旁路容量大小，設(shè)計(jì)制粉系統(tǒng)應(yīng)該在FCB動(dòng)作瞬間切除燃料控制自動(dòng)，同時(shí)以5s間隔逐層跳閘磨煤機(jī)（若需跳閘A磨煤機(jī)，間隔時(shí)間為15s），跳閘磨煤機(jī)順序?yàn)镚、F、E、A，最終保留三臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行；燃油系統(tǒng)在磨煤機(jī)跳閘瞬間順控投入BC層油槍?zhuān)_保機(jī)組熱負(fù)荷最終控制在55%BMCR左右。如果機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行在55%額定負(fù)荷以下工況發(fā)生FCB現(xiàn)象，燃料量回路應(yīng)保持不變。

表2 負(fù)荷與低旁開(kāi)度函數(shù)

圖1 FCB控制框架

1.2.4 汽包水位控制

發(fā)電機(jī)組正常帶負(fù)荷階段，給水系統(tǒng)運(yùn)行方式為兩臺(tái)給水泵運(yùn)行一臺(tái)給水泵備用方式，其控制回路為三沖量（給水流量、主蒸汽流量、汽包水位）控制策略。在機(jī)組FCB工況發(fā)生后，給水系統(tǒng)主蒸汽流量突然減少，汽包水位為虛假水位，水位顯示值迅速增大，氣動(dòng)給水泵將迅速減小出力，引起汽包水位快速回落，如此反復(fù)調(diào)節(jié)汽包水位和給水流量，極有可能造成氣動(dòng)給水泵跳閘，最終會(huì)引起汽包水位保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。給水自動(dòng)控制是FCB試驗(yàn)控制的一大難點(diǎn)，因此必須設(shè)計(jì)合理的給水控制策略，具體如下：

（1）給水自動(dòng)控制：當(dāng)FCB動(dòng)作時(shí)機(jī)組負(fù)荷大于50%額定負(fù)荷工況，電動(dòng)給水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)并以7%/s速度將勺管開(kāi)度置于35%，電動(dòng)給水泵啟動(dòng)后跳閘一臺(tái)氣動(dòng)給水泵，另外一臺(tái)氣動(dòng)給水泵自動(dòng)控制汽包水位。

（2）給水保護(hù)邏輯：FCB動(dòng)作時(shí)，將MFT的汽包水位保護(hù)定值放大50mm，即汽包水位高高定值由250mm瞬間自動(dòng)切換至300mm，將MFT的汽包水位低低定值由-300mm瞬間自動(dòng)切換至-350mm。待FCB工況結(jié)束后，保護(hù)定值自動(dòng)切換至正常保護(hù)定值。

1.2.5 其它聯(lián)鎖保護(hù)功能

（1）切除再熱器、過(guò)熱器減溫水自動(dòng)，并強(qiáng)制關(guān)閉，以確保主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度變化不大；

（2）屏蔽引、送、一次風(fēng)機(jī)、給水系統(tǒng)指令與反饋偏差大切手動(dòng)，屏蔽引、送、一次風(fēng)機(jī)、給水系統(tǒng)設(shè)定值與被調(diào)量偏差大切手動(dòng)，以確保FCB發(fā)生后不會(huì)因?yàn)楣r惡劣引起自動(dòng)切除；

（3）聯(lián)鎖打開(kāi)除氧器FCB工況蒸汽電動(dòng)門(mén)和除氧器FCB工況蒸汽電動(dòng)門(mén)后疏水閥，將除氧器FCB工況壓力調(diào)節(jié)閥切至自動(dòng)，確保除氧器壓力穩(wěn)定；

（4）聯(lián)鎖打開(kāi)低壓缸噴水氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥至50%，20秒后投入自動(dòng)，避免低壓缸噴水閥頻繁大幅調(diào)節(jié)；

（5）聯(lián)鎖打開(kāi)冷段至小汽機(jī)蒸汽電動(dòng)門(mén)，確保氣動(dòng)給水泵氣源穩(wěn)定；

（6）聯(lián)鎖打開(kāi)再熱冷段至中壓輔助蒸汽母管電動(dòng)門(mén)，將再熱冷段至中壓輔助蒸汽母管氣動(dòng)調(diào)節(jié)門(mén)切至自動(dòng)；

（7）聯(lián)啟真空泵，確保機(jī)組真空穩(wěn)定。

2 FCB試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

（1）啟動(dòng)鍋爐運(yùn)行；

（2）柴油發(fā)電機(jī)能夠正常啟動(dòng)；

（3）廠用電快切試驗(yàn)完成；

（4）投運(yùn)系統(tǒng)的控制電源切換合格；

（5）爐膛負(fù)壓控制、一次風(fēng)壓控制、總風(fēng)量控制、汽包水位控制、除氧器水位控制、凝汽器水位控制、高壓旁路控制、低壓旁路控制均能正常投入自動(dòng)；

（6）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)變負(fù)荷試驗(yàn)完成；

（7）機(jī)組100%甩負(fù)荷試驗(yàn)完成；

（8）快速減負(fù)荷試驗(yàn)完成。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

印度KMPCL電廠運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)、設(shè)備的監(jiān)護(hù)。試驗(yàn)于2015年4月15日試驗(yàn)前機(jī)組負(fù)荷598MW，主汽壓力15.4MPa，主汽溫度544℃，再熱器壓力3.4MPa，再熱器維度539℃，真空88.21Pa，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速3004r/min。22:42，運(yùn)行人員切斷主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)，試驗(yàn)開(kāi)始后汽機(jī)轉(zhuǎn)速變化為3178-2858r/min，OPC動(dòng)作后96s穩(wěn)定在3000r/min左右，帶孤島運(yùn)行負(fù)荷范圍為38-25.8MW，主汽溫最高變化范圍為552-482℃，主汽壓力變化范圍為18.3-16.9MPa，再熱器壓力變化范圍為3.98-1.69MPa，再熱器溫度變化范圍為545-515℃，汽包水位波動(dòng)范圍為-303-134.4mm，機(jī)組FCB穩(wěn)定運(yùn)行18分鐘，機(jī)組23:00并網(wǎng)，試驗(yàn)結(jié)束。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

印度KMPCL電廠3號(hào)機(jī)組帶100%額定負(fù)荷工況下FCB動(dòng)作后，鍋爐側(cè)進(jìn)行燃料控制，自動(dòng)快速穩(wěn)定切斷大量的熱負(fù)荷；主汽壓力通過(guò)汽機(jī)側(cè)旁路系統(tǒng)和鍋爐側(cè)的PCV閥進(jìn)行快速泄壓，并很快轉(zhuǎn)入自動(dòng)壓力控制；DEH側(cè)由閥位控制瞬間切換至汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制，并將轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000rpm左右；大量的自動(dòng)控制確保了機(jī)組主要參數(shù)（汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、主汽壓力、主汽溫度、總風(fēng)量、爐膛負(fù)壓、汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位等）全程處于受控狀態(tài)，反證了印度KMPCL電廠機(jī)組設(shè)計(jì)的FCB功能合理性及可靠性，具備長(zhǎng)期投入。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)印度KMPCL電廠3號(hào)機(jī)組主輔設(shè)備的特性及實(shí)現(xiàn)FCB功能的難點(diǎn)分析，設(shè)計(jì)出一套完整的控制策略，實(shí)現(xiàn)了600MW火電機(jī)組FCB功能，對(duì)其它同類(lèi)型火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能有一定的借鑒作用。

[1]羅志浩，尹峰，陳小強(qiáng)，等.國(guó)產(chǎn)600MW超臨界直流機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能的可行性研究[J].浙江電力，2009，（1）：16-44.

[2]寧繼紅.1000MW火電機(jī)組FCB功能與系統(tǒng)配置探討[J].廣西電力，2009，（4）：63-67.

[3]馮偉忠.900MW超臨界機(jī)組FCB試驗(yàn)[J].中國(guó)電力，2005，38（2）:74-77.

[4]王學(xué)根，騰衛(wèi)明，舒暢.通過(guò)控制系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組FCB功能[J].中國(guó)電力，2009,42（10）：73-76；

[5]王立地.對(duì)FCB若干問(wèn)題的探討[A].全國(guó)火電大機(jī)組（600MW級(jí)）競(jìng)賽第11屆年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C].北京：中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)科技開(kāi)發(fā)服務(wù)中心，2007.76-80.

Analysis of FCB Control Strategy for 600MW Thermal Power Plant

QU Zhang-long，GUO Yan-hao

（Huadian Electric Power Research Institute Xi’an Branch，Xi’an 710032，China）

Thermal power plant fast cut back is an important safety guarantee of large units indispensable,through the analysis of main equipment and system of No.3 unit of India KMPCLpower plant 6×600MW project,according to the control strategy of FCB control difficulty made fuel，steam flow,drum level and interlock protection，to ensure a successful test of fast cut back.

fuel； main steam flow； drum water level； interlock protection

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.009

TM621

B

2095-3429（2017）04-0040-03

屈章龍（1980-），男，陜西合陽(yáng)人，本科，工程師，從事火電機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù)研究；郭嚴(yán)昊（1990-），男，湖南醴陵人，本科，助理工程師，從事火電機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)控制技術(shù)研究。

2017-07-21

修回日期：2017-08-22