火電廠快速甩負(fù)荷FCB的調(diào)試運(yùn)用研究

摘 要：快速甩負(fù)荷（fast cutback）是指當(dāng)汽輪機(jī)或發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，使得鍋爐不會(huì)停運(yùn)的一種控制措施。根據(jù)FCB后機(jī)組的不同運(yùn)行要求，可分為機(jī)組帶廠用電小網(wǎng)運(yùn)行和停機(jī)不停爐兩種不同的運(yùn)行方式。在新建的火電廠都會(huì)增加FCB功能，當(dāng)整個(gè)電網(wǎng)發(fā)生故障，電網(wǎng)發(fā)生解列，火電廠在缺少外部電源供電的情況下，火電廠帶廠用電小網(wǎng)運(yùn)行，等待電網(wǎng)故障解除后，能快速并網(wǎng)向電網(wǎng)供電，恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行。本文結(jié)合實(shí)際，對(duì)如何安全穩(wěn)定確保FCB功能正常工作，穩(wěn)定發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：火電廠；快速甩負(fù)荷FCB技術(shù)；調(diào)試運(yùn)行

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）15-0054-02

在保證設(shè)備故障能夠被排除的前提下，如果外來電源缺失，加快電廠電網(wǎng)進(jìn)行黑啟動(dòng)，并盡快向外供電，這個(gè)工作難度較大。保證故障結(jié)束后供電的正常，在故障消除之后，快速甩負(fù)荷FCB功能的運(yùn)用，在電網(wǎng)事故中實(shí)現(xiàn)帶廠用電的孤島運(yùn)行，恢復(fù)供電的速度，保證部分的電源的運(yùn)行，使得火電機(jī)組的機(jī)組加快系統(tǒng)的恢復(fù)的速度[1]。能夠在電網(wǎng)崩潰的狀態(tài)下幸存下來，恢復(fù)火電廠的備用電源的啟動(dòng)，進(jìn)行汽輪機(jī)的數(shù)字電液的控制，采用FCB實(shí)驗(yàn)的仿真技術(shù)，檢查部分的功能和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，檢查輔助機(jī)組的減負(fù)荷的狀態(tài)和旁路調(diào)節(jié)的功能，提供穩(wěn)定電網(wǎng)的安全保障，實(shí)現(xiàn)火電廠高度的自動(dòng)化運(yùn)行。

1 快速甩負(fù)荷FCB技術(shù)概述

快速甩負(fù)荷（FCB）技術(shù)是一種能夠在電網(wǎng)黑啟動(dòng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的技術(shù)。電網(wǎng)發(fā)生故障之后，主開關(guān)跳閘的情況下，火電機(jī)組觸發(fā)快速甩負(fù)荷（FCB）功能動(dòng)作，帶廠用電負(fù)荷運(yùn)行。具有快速甩負(fù)荷（Fast CutBack）功能的火電機(jī)組（FCB機(jī)組）在應(yīng)對(duì)外部電網(wǎng)故障時(shí)，能夠快速甩負(fù)荷至僅帶廠用電負(fù)荷，并保持穩(wěn)定的孤島運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)過5～10min FCB工況過渡，F(xiàn)CB機(jī)組能在電網(wǎng)故障消失后隨時(shí)并網(wǎng)升負(fù)荷，這對(duì)電網(wǎng)的快速恢復(fù)無(wú)疑起到舉足輕重的作用，是一種理想的黑啟動(dòng)電源[2]。

2 FCB工況機(jī)組的調(diào)節(jié)狀況

單元機(jī)組負(fù)荷大于30%，F(xiàn)CB許可條件下，發(fā)生了FCB動(dòng)作，F(xiàn)CB工況機(jī)組依托控制系統(tǒng)，自動(dòng)按照既定程序和規(guī)則進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，需要BMS、MCS、DEH、旁路控制系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)等協(xié)調(diào)工作、共同來完成。

FCB動(dòng)作后的汽機(jī)控制：在FCB工況發(fā)生之后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速控制的方式，控制轉(zhuǎn)速維持在3000轉(zhuǎn)每分鐘，當(dāng)出現(xiàn)大幅度的甩負(fù)荷狀態(tài)，將觸發(fā)超速保護(hù)控制單元，OPC動(dòng)作，控制轉(zhuǎn)速在3000r/min，確保自帶廠用電頻率在50Hz左右，保證供電品質(zhì)。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過對(duì)火電廠的FCB的仿真試驗(yàn)，考慮了控制系統(tǒng)以及旁路和調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，采用仿真的方法，對(duì)于FCB進(jìn)行了用電運(yùn)行工況的電器動(dòng)態(tài)模擬。采用軟件平臺(tái)模擬了FCB機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型，在額定工況的運(yùn)行過程中，斷開了機(jī)組的主變出口的開關(guān)，使得機(jī)組在而定工況下達(dá)到了3000r/min的狀態(tài)。

FCB工況發(fā)生，勵(lì)磁電流沒有變化，于是進(jìn)行了電機(jī)的機(jī)端電壓的調(diào)高和中調(diào)門的關(guān)閉，勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)速達(dá)到了最高值，針對(duì)這個(gè)過程做出了相應(yīng)的反映，發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷和系統(tǒng)的解裂都開始變化，恢復(fù)到了正常的數(shù)值，使得勵(lì)磁的電壓處在了穩(wěn)定的狀態(tài)，低壓和勵(lì)磁電壓的變化曲線較為明顯[5]，額定轉(zhuǎn)速采用OPC保護(hù)動(dòng)作，延時(shí)出現(xiàn)，發(fā)電機(jī)突然開始甩負(fù)荷，經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)節(jié)，電樞反應(yīng)消失，勵(lì)磁電流降低。

在機(jī)組甩荷過程中，能保證機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的變化在安全范圍內(nèi)，而且不引起停機(jī)停爐保護(hù)動(dòng)作，不危及設(shè)備安全，以便有可能較快的重新并網(wǎng)發(fā)電，大幅度地縮短了電網(wǎng)的正常供電的時(shí)間，電力系統(tǒng)出現(xiàn)了十分大的轉(zhuǎn)變。

4 火電廠快速甩負(fù)荷FCB的調(diào)試運(yùn)用

給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模，適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，進(jìn)行汽包水位的的規(guī)定范圍內(nèi)的位置，保持穩(wěn)定的給誰(shuí)流量，直流鍋爐中，通過給水量的控制得到燃水比，在完成熱汽溫的情況下，調(diào)節(jié)特性較好的蒸汽的熱能，達(dá)到機(jī)械能，電動(dòng)泵經(jīng)過能量的轉(zhuǎn)換，采用汽輪發(fā)電機(jī)的方法，進(jìn)行電能能夠的調(diào)速泵的機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。汽動(dòng)泵在汽源的運(yùn)行中，采用低壓汽源工作的方法，在快速大范圍的降負(fù)荷的前提下，將類似于FCB的主汽輪機(jī)進(jìn)行高壓汽源的切換，低壓的汽源經(jīng)過主汽輪的機(jī)端的抽汽，最終由凝結(jié)水泵將冷凝水經(jīng)過低壓加熱器送到除氧器中，通過給水泵，將除氧器送到鍋爐中，在鍋爐給水量發(fā)生變化之后，通過改變給水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)給水量，給水泵的轉(zhuǎn)速通過給水泵的汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，得到了汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍的給水過程[6]。

汽輪機(jī)進(jìn)汽流量。設(shè)計(jì)FCB運(yùn)行熱力系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)廠用電負(fù)荷計(jì)算出進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽量，此時(shí)由于流量很小，流動(dòng)過程不連續(xù)，需要使用非常規(guī)熱力計(jì)算方法。不同項(xiàng)目廠用電負(fù)荷情況也存在較大差異，以某600MW項(xiàng)目廠用電約37MW為例，機(jī)組所需要進(jìn)汽量約為240t/h，高壓缸排汽參數(shù)。要保證汽輪機(jī)高壓缸超溫保護(hù)不動(dòng)作，即高壓缸排汽溫度不超過保護(hù)設(shè)定值，同時(shí)為高壓缸排放裝置選型提供參數(shù)，溫度：425℃，壓力：1.5MPa，流量即為高壓缸進(jìn)汽流量。

汽輪機(jī)甩負(fù)荷，高中壓調(diào)門快速關(guān)閉，防止汽輪機(jī)超速，同時(shí)全部高、低壓旁路系統(tǒng)，打開高壓缸排放裝置；當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，打開高、中壓進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥，控制汽輪機(jī)進(jìn)汽流量，進(jìn)入FCB運(yùn)行工況。

給水泵的汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，一般是采用慣性環(huán)節(jié)，進(jìn)行高低壓的慣性的時(shí)間常數(shù)的控制。

仿真過程中，在給定轉(zhuǎn)速的機(jī)端，當(dāng)給定的轉(zhuǎn)速達(dá)到了主汽輪機(jī)的臺(tái)階式升高或者降低的的時(shí)候，轉(zhuǎn)速的仿真效果，能夠達(dá)到了小擾動(dòng)的狀態(tài)，數(shù)字型的閥門經(jīng)過快開型閥門的調(diào)節(jié)，得到了動(dòng)態(tài)過程的不穩(wěn)定性，不需要對(duì)汽源進(jìn)行切換，也可以有益于水泵汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制，通過對(duì)低壓調(diào)節(jié)閥門的開度的變化的觀察，發(fā)現(xiàn)閥門調(diào)節(jié)過程中開度變化是劇烈的。閥門的安全通過備用高壓的給定設(shè)定的轉(zhuǎn)速，得到了高低壓的汽源的變化幅度的變化，合理配置汽源，然后保證切換之后，給水泵的汽輪機(jī)經(jīng)過負(fù)荷的變化，幅度發(fā)生了一定的延長(zhǎng)，在低壓油動(dòng)機(jī)的輸出的閥門調(diào)節(jié)的狀態(tài)下，采用閥門開度達(dá)到最佳的方式，顯示主汽輪機(jī)負(fù)荷的變化[7]。

FCB的汽機(jī)控制在轉(zhuǎn)速控制的方式下，整個(gè)過度的過程是在允許的額范圍內(nèi)進(jìn)行大幅度的甩負(fù)荷，在汽機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)下，速度不斷上升，觸發(fā)的超速保護(hù)控制單元在遠(yuǎn)方DCS遙控下，轉(zhuǎn)速降低，DEH自動(dòng)轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)速控制階段，轉(zhuǎn)速的目標(biāo)發(fā)生了降低，機(jī)組的轉(zhuǎn)速的飛升速度達(dá)到了出力的狀態(tài)，調(diào)門快關(guān)的時(shí)間和調(diào)門關(guān)閉的嚴(yán)密性具有一定的關(guān)系。

整個(gè)熱力循環(huán)在高溫高壓蒸汽的狀態(tài)下，經(jīng)過再熱器升溫，達(dá)到了凝結(jié)水泵和給水泵，再送回鍋爐中，進(jìn)入高壓泵之后，中壓和低壓泵在經(jīng)過低旁和高旁的替代之后，避免蒸汽發(fā)生超壓。汽壓恢復(fù)之后，控制住了汽溫和汽壓。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過本文論述分析，我們可以看出火電機(jī)組在成功實(shí)現(xiàn)FCB工況之后，電廠系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速準(zhǔn)確的運(yùn)轉(zhuǎn)。通過甩負(fù)荷的FCB工況的調(diào)試，火電機(jī)組的功能的實(shí)現(xiàn)具有了現(xiàn)實(shí)意義。

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收稿日期：2018-4-27

作者簡(jiǎn)介：羅雄元（1978-），男，壯族，廣西田陽(yáng)人，工程師，本科，主要從事火力發(fā)電廠熱工儀器儀表和設(shè)備的維護(hù)及調(diào)試工作。