某燃煤機(jī)組FCB試驗(yàn)及分析

劉慶奎，蘇偉凱

（濟(jì)南中能電力工程有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

FCB是指機(jī)組的負(fù)荷高于40%時(shí)，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障而機(jī)組本身運(yùn)行正常的情況下，發(fā)電機(jī)甩掉全部對(duì)外供電負(fù)荷，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速保持3 000 r／min，鍋爐快速減少燃料量，高低壓旁路快速開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)機(jī)組僅帶廠用電的“孤島運(yùn)行”［1］。FCB功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠及電網(wǎng)意義重大。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)突發(fā)性故障時(shí)，具備FCB功能的機(jī)組可以快速減負(fù)荷并立刻轉(zhuǎn)為帶廠用電運(yùn)行，隨時(shí)可以帶負(fù)荷，縮短對(duì)外供電的恢復(fù)時(shí)間。具備FCB功能的機(jī)組同時(shí)具有停電不停機(jī)、停機(jī)不停爐的功能，可最大程度地減小鍋爐的停運(yùn)概率，從而降低鍋爐跳閘造成的壽命損耗，節(jié)約鍋爐重新啟動(dòng)的成本。

印度尼西亞由于受地理位置限制，各電網(wǎng)總裝機(jī)容量少，抗干擾能力差［2］，因而實(shí)現(xiàn)電源項(xiàng)目的FCB功能尤為重要。本文對(duì)印度尼西亞某燃煤機(jī)組進(jìn)行了FCB試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化處理，確保機(jī)組FCB功能的實(shí)現(xiàn)。

1 機(jī)組概況

印度尼西亞某2×200 MW燃煤發(fā)電項(xiàng)目，配套鍋爐為一次中間再熱超高壓自然循環(huán)汽包爐，再熱蒸汽系統(tǒng)上均設(shè)置100%容量的安全泄放閥。鍋爐過(guò)熱器上配置供25%BMCR容量的排大氣壓力釋放閥（PCV）。汽輪機(jī)采用高、低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，高壓旁路容量為70%BMCR，低壓旁路容量為80%BMCR，該機(jī)組在電網(wǎng)中既可以承擔(dān)基本負(fù)荷，也可承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)。

2 FCB試驗(yàn)前準(zhǔn)備及試驗(yàn)過(guò)程

在FCB試驗(yàn)條件滿足的情況下，進(jìn)行FCB試驗(yàn)，F(xiàn)CB動(dòng)作原理如圖1所示。

2.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

1）柴油發(fā)電機(jī)和UPS系統(tǒng)切換正常，廠用電系統(tǒng)切換正常、可靠。發(fā)變組保護(hù)校驗(yàn)完畢，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)、滅磁開(kāi)關(guān)分閘動(dòng)作良好，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)整完畢，性能良好。柴油發(fā)電機(jī)啟停測(cè)試、汽輪機(jī)事故潤(rùn)滑油泵啟停測(cè)試、發(fā)電機(jī)直流密封油泵啟停測(cè)試、頂軸油泵啟停測(cè)試等正常。

圖1 FCB動(dòng)作原理框圖

2）汽輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)過(guò)滿負(fù)荷試運(yùn)，重要監(jiān)視參數(shù)在要求范圍內(nèi)，設(shè)備無(wú)缺陷，性能良好。DEH調(diào)節(jié)性能良好，并設(shè)有完善的甩負(fù)荷邏輯，電液伺服閥性能符合要求。主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥嚴(yán)密性試驗(yàn)合格，關(guān)閉時(shí)間測(cè)定完成且符合設(shè)計(jì)要求，活動(dòng)試驗(yàn)正常，無(wú)卡澀。危急保安系統(tǒng)動(dòng)作可靠，超速試驗(yàn)合格，ETS動(dòng)作正常，OPC試驗(yàn)和超速試驗(yàn)合格［3］。汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)處于備用狀態(tài)，快開(kāi)、快關(guān)、保護(hù)動(dòng)作正常。

3）總?cè)剂咸l試驗(yàn)完畢，動(dòng)作可靠。鍋爐過(guò)熱器和再熱器安全閥、PCV閥、緊急事故放水閥校驗(yàn)合格。燃油系統(tǒng)和點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)正常。

4）DCS系統(tǒng)運(yùn)行正常。機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入，變負(fù)荷試驗(yàn)測(cè)試完成，RB試驗(yàn)以及汽機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)完成。

2.2 FCB試驗(yàn)控制

2.2.1 子系統(tǒng)的控制

1）鍋爐控制。鍋爐主控切為手動(dòng)，當(dāng)小于50%BMCR動(dòng)作時(shí)維持當(dāng)前燃燒工況并自動(dòng)投入BC層油槍；當(dāng)大于50%BMCR動(dòng)作時(shí)觸發(fā)RB回路，自上而下切除磨煤機(jī)，保留下面兩層磨煤機(jī)，投入BC層油，使鍋爐熱負(fù)荷穩(wěn)定在50% 的負(fù)荷點(diǎn)［4］，聯(lián)鎖打開(kāi)PCV閥，當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉PCV閥。屏蔽爐膛負(fù)壓偏差大、風(fēng)量偏差大、一次風(fēng)壓偏差大、燃料偏差大切手動(dòng)［5］。

2）汽輪機(jī)控制。汽輪機(jī)主控切為手動(dòng)，DEH控制方式自動(dòng)切換為轉(zhuǎn)速控制方式，OPC動(dòng)作，聯(lián)鎖打開(kāi)VV閥，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值設(shè)定為3 000 r／min。

3）旁路控制。當(dāng)小于50%BMCR動(dòng)作時(shí)，鍋爐側(cè)保持當(dāng)前負(fù)荷，高壓旁路超開(kāi)65%，旁路自動(dòng)跟蹤FCB動(dòng)作前壓力［5］。延時(shí)3 s減溫噴水閥開(kāi)至10%，自動(dòng)跟蹤FCB動(dòng)作前高壓旁路出口溫度，而后投入自動(dòng)。當(dāng)大于50%BMCR動(dòng)作時(shí)，高壓旁路快開(kāi)5 s后投入自動(dòng)。高壓旁路快開(kāi)時(shí)，延時(shí)3 s高壓旁路減溫水閥快開(kāi)至70%并投入自動(dòng)，設(shè)定值自動(dòng)跟蹤FCB動(dòng)作前高壓旁路出口溫度。FCB動(dòng)作后，低壓旁路快開(kāi)5 s后投入自動(dòng)，低壓旁路溫度調(diào)門全開(kāi)，投入自動(dòng)，使溫度保持為120℃。

2.2.2 SCS控制

1）FCB發(fā)生時(shí)，汽包水位保護(hù)定值將自動(dòng)由原來(lái)的+200 mm 和-230 mm 改為+340 mm 和-320 mm［6］。

2）FCB聯(lián)動(dòng)關(guān)過(guò)熱器、再熱器減溫水調(diào)門30 s，30 s后恢復(fù)自動(dòng)控制狀態(tài)。

3）聯(lián)動(dòng)開(kāi)輔汽至除氧器電動(dòng)門、輔汽至除氧器氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥前后隔離閥，輔汽至除氧器氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度置20%。

4）聯(lián)動(dòng)開(kāi)再熱蒸汽冷段至輔汽聯(lián)箱調(diào)節(jié)閥前隔離閥。

5）聯(lián)動(dòng)關(guān)一段和三至六段抽汽隔離閥及抽汽止回閥，聯(lián)動(dòng)關(guān)四段抽汽至除氧器隔離閥。

6）聯(lián)動(dòng)開(kāi)1號(hào)和3號(hào)高壓加熱器的緊急疏水控制閥。

7）聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟備用真空泵［7］。

8）聯(lián)動(dòng)開(kāi)凝結(jié)水至低壓缸噴水閥，聯(lián)動(dòng)開(kāi)汽輪機(jī)疏水?dāng)U容器噴水減溫閥。

2.2.3 電氣控制

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)快速減磁，維持發(fā)電機(jī)端電壓穩(wěn)定。不切換廠用電，由發(fā)電機(jī)通過(guò)高壓廠用變壓器帶廠用負(fù)荷。

2.3 試驗(yàn)過(guò)程

2019年6月19日，主變壓器出口275 kV開(kāi)關(guān)開(kāi)路，觸發(fā)FCB動(dòng)作，F(xiàn)CB信號(hào)送往DEH系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)和BPS系統(tǒng)。試驗(yàn)前機(jī)組負(fù)荷為210 MW，轉(zhuǎn)速為3 037 r／min，主汽溫度為534.6℃，主汽壓力為12.71 MPa。鍋爐過(guò)熱器出口兩個(gè)電磁泄放閥和高壓旁路快開(kāi)，進(jìn)行快速蒸汽泄壓疏導(dǎo)，高壓旁路減溫水自動(dòng)投入，低壓旁路動(dòng)作正常。啟動(dòng)RB回路連續(xù)跳閘兩臺(tái)磨煤機(jī)E和D，保留兩臺(tái)磨煤機(jī)，自動(dòng)投入A層微油和BC層油槍，燃料量控制在52 t／h，負(fù)壓最低控制到-558.5 Pa。FCB動(dòng)作后各參數(shù)變化情況如表1所示，F(xiàn)CB動(dòng)作后各參數(shù)變化趨勢(shì)如圖2所示。

3 FCB試驗(yàn)優(yōu)化處理

第一次做50%FCB試驗(yàn)時(shí)，F(xiàn)CB未能正確動(dòng)作。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)FCB的允許條件不滿足，造成FCB未動(dòng)作。FCB觸發(fā)時(shí)已經(jīng)為不正常運(yùn)行狀態(tài)，需要將正常運(yùn)行狀態(tài)作為觸發(fā)的前提，經(jīng)分析后對(duì)FCB動(dòng)作允許條件增加10 s的記憶延時(shí)，避免了動(dòng)作時(shí)允許條件瞬間消失。

表1 FCB動(dòng)作后各參數(shù)變化情況

3.1 優(yōu)化旁路控制邏輯

1）修改高壓旁路快開(kāi)的動(dòng)作值。原設(shè)計(jì)為：當(dāng)發(fā)生50%FCB時(shí)，高壓旁路快開(kāi)10%；當(dāng)發(fā)生100%FCB時(shí)，高壓旁路快開(kāi)70%。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)FCB發(fā)生后由于高壓旁路調(diào)門開(kāi)度過(guò)小，主汽壓力迅速上升，造成鍋爐超壓。邏輯修改為：當(dāng)發(fā)生50%FCB時(shí)，高壓旁路快開(kāi)65%；當(dāng)發(fā)生100%FCB時(shí)，高壓旁路快開(kāi)100%，使旁路快速泄流，保證主汽壓力波動(dòng)幅度較?。?］。

圖2 FCB動(dòng)作后各參數(shù)變化趨勢(shì)

2）推遲旁路自動(dòng)投入時(shí)間。在FCB動(dòng)作的初期使用超馳指令保證旁路維持在一定開(kāi)度。原邏輯為FCB動(dòng)作后旁路壓力調(diào)節(jié)自動(dòng)投入，試驗(yàn)證明旁路調(diào)門自動(dòng)調(diào)壓易造成閥門反復(fù)動(dòng)作，且與快開(kāi)旁路指令相比動(dòng)作緩慢。邏輯修改為在旁路超馳快開(kāi)后再投入旁路自動(dòng)，快開(kāi)時(shí)旁路PID進(jìn)行跟蹤，快開(kāi)結(jié)束后旁路再進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。

3）當(dāng)旁路調(diào)節(jié)閥正常操作時(shí)，需要閉鎖電磁閥帶電。當(dāng)閉鎖電磁閥失電時(shí)，閥門保持當(dāng)前位置不動(dòng)。增加FCB動(dòng)作使閉鎖電磁閥帶電的邏輯，防止閥門拒動(dòng)；增加旁路指令與反饋偏差大時(shí)切為自動(dòng)的延時(shí)，避免閥門在FCB動(dòng)作初期退出自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.2 優(yōu)化爐膛負(fù)壓和一次風(fēng)壓控制邏輯

增加FCB動(dòng)作信號(hào)對(duì)爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)的前饋，并適當(dāng)加強(qiáng)比例調(diào)節(jié)，避免鍋爐出現(xiàn)較大負(fù)壓。對(duì)于一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)的控制，增加跳閘磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)的函數(shù)作為前饋，降低一次風(fēng)壓過(guò)高造成一次風(fēng)機(jī)失速的可能性。

3.3 優(yōu)化汽包水位控制邏輯

FCB動(dòng)作時(shí)，汽包水位變化劇烈，保護(hù)定值會(huì)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整以應(yīng)對(duì)水位的波動(dòng)，邏輯修改后將定值保持10 min，提高FCB動(dòng)作的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

因當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)容量較小，電網(wǎng)失電現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，F(xiàn)CB功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠和電網(wǎng)尤為重要。通過(guò)試驗(yàn)研究和邏輯優(yōu)化，本機(jī)組FCB功能正常，各項(xiàng)順控聯(lián)鎖動(dòng)作正確，參數(shù)調(diào)節(jié)良好，保證了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，并為當(dāng)?shù)仄渌麢C(jī)組FCB功能的實(shí)現(xiàn)提供了一定的借鑒。