國(guó)內(nèi)首臺(tái)單軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組FCB試驗(yàn)實(shí)踐

李超文

（珠海市鈺海電力有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引言

珠海市鈺海電力有限公司為2×465MW單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組，全廠配置為：2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、2臺(tái)發(fā)電機(jī)、2臺(tái)余熱鍋爐、2臺(tái)蒸汽輪機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)組和蒸汽輪發(fā)電機(jī)組為單軸布置，2臺(tái)機(jī)組均配置100%容量的高、中、低三級(jí)旁路，全廠聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下的發(fā)電出力為920MW。機(jī)組采用單元制接線方式，發(fā)電機(jī)經(jīng)GCB開(kāi)關(guān)并網(wǎng)，機(jī)組廠用變掛在主變低壓側(cè)，機(jī)組接線方式如圖1。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電廠安穩(wěn)裝置首先斷開(kāi)發(fā)電機(jī)高壓側(cè)HVCB開(kāi)關(guān)，此時(shí)燃機(jī)通過(guò)判斷燃機(jī)轉(zhuǎn)速、HVCB開(kāi)關(guān)狀態(tài)、GCB開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)觸發(fā)燃機(jī)FCB狀態(tài)。燃機(jī)進(jìn)入FCB狀態(tài)后，燃機(jī)控制模式由負(fù)荷控制模式切換至轉(zhuǎn)速控制模式，進(jìn)入“孤島運(yùn)行”狀態(tài)，同時(shí)燃機(jī)觸發(fā)汽輪機(jī)跳閘主保護(hù)（預(yù)判超速保護(hù)）動(dòng)作，汽機(jī)跳閘。FCB狀態(tài)下余熱鍋爐維持旁路運(yùn)行，高壓蒸汽通過(guò)高壓旁路、再熱器、中壓旁路進(jìn)入凝汽器，低壓主蒸汽通過(guò)低旁直接排入凝汽器，機(jī)組熱力循環(huán)示意圖如圖2。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)后，機(jī)組通過(guò)發(fā)電機(jī)高壓側(cè)HVCB再同期并網(wǎng)，燃機(jī)控制模式由轉(zhuǎn)速控制模式切換至負(fù)荷控制模式。

圖1 機(jī)組接線方式圖Fig.1 The wiring diagram of the unit

圖2 機(jī)組熱力循環(huán)示意圖Fig.2 Schematic diagram of the thermal cycle of the unit

1 邏輯優(yōu)化

鈺海電廠DCS、TCS系統(tǒng)分別采用兩套控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)采用南京科遠(yuǎn)公司的控制系統(tǒng)NT6000，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合機(jī)組余熱鍋爐及其輔助設(shè)備、熱力系統(tǒng)、熱網(wǎng)、循環(huán)水系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)和控制，機(jī)島設(shè)備（燃機(jī)－汽機(jī)－發(fā)電機(jī)）的控制采用上海安薩爾多公司配套的TCS控制系統(tǒng)（設(shè)備采用ABB S+系統(tǒng)），DCS控制系統(tǒng)可與TCS控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)及其輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的整體協(xié)調(diào)控制。

1.1 DCS側(cè)FCB觸發(fā)邏輯

DCS側(cè)FCB觸發(fā)邏輯采用TCS來(lái)FCB信號(hào)（3取2）、燃機(jī)有火、高壓汽包壓力大于7Mpa三者相與，DCS側(cè)FCB動(dòng)作輸出信號(hào)為7min長(zhǎng)脈沖指令，TCS側(cè)FCB觸發(fā)邏輯為燃機(jī)轉(zhuǎn)速在46.667Hz～53.333Hz之間運(yùn)行，GCB、HVCB均合閘狀態(tài)下HVCB突然分開(kāi)，TCS側(cè)FCB信號(hào)通過(guò)硬接線方式連接至DCS系統(tǒng)。

1.2 自動(dòng)邏輯優(yōu)化

FCB動(dòng)作過(guò)程參數(shù)變化劇烈，對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)的品質(zhì)提出了更為嚴(yán)苛的要求，為滿足FCB工況要求，非必要不切除自動(dòng)調(diào)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)此功能，通過(guò)在自動(dòng)切除邏輯中暫時(shí)屏蔽指令反饋偏差大、被調(diào)量與設(shè)定值偏差大切自動(dòng)邏輯，等待FCB動(dòng)作結(jié)束后再重新恢復(fù)原邏輯。FCB動(dòng)作過(guò)程中需要投入并優(yōu)化的自動(dòng)包括：高、中、低旁路自動(dòng)；高、中、低旁路減溫自動(dòng)；高、中、低壓汽包上水調(diào)閥自動(dòng)；給水泵變頻器自動(dòng)。為避免FCB動(dòng)作過(guò)程中，主、再熱蒸汽溫度快速下降，需要將主、再熱蒸汽減溫水全關(guān)并且切至手動(dòng)控制模式。

1.3 旁路控制邏輯優(yōu)化

余熱鍋爐采用無(wú)錫華光鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的立式無(wú)補(bǔ)燃三壓再熱型余熱鍋爐，蒸汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的三壓、再熱、雙缸型、抽汽凝汽式供熱汽輪機(jī)，配套高、中、低壓蒸汽旁路，三級(jí)旁路均采用100%容量設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)有利于燃機(jī)、余熱鍋爐在FCB工況下穩(wěn)定運(yùn)行。為防止蒸汽超壓，F(xiàn)CB動(dòng)作時(shí)旁路快開(kāi)，快開(kāi)結(jié)束后旁路進(jìn)入定壓模式運(yùn)行，壓力設(shè)定值為FCB動(dòng)作前對(duì)應(yīng)的壓力，定壓模式運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為2min，2min后旁路參數(shù)基本趨于穩(wěn)定，此時(shí)通過(guò)重置沖轉(zhuǎn)參數(shù)的方式使旁路進(jìn)入滑參數(shù)運(yùn)行模式?；瑓?shù)運(yùn)行模式下，高、中、低旁路將按照熱態(tài)啟動(dòng)的蒸汽參數(shù)要求按照設(shè)定的速率（高壓0.18 Mpa/min、中壓0.05 Mpa/min、低壓0.02 Mpa/min）將高、中、低壓蒸汽壓力分別降至熱態(tài)參數(shù)7Mpa、1.8Mpa、0.4Mpa，提前做好汽輪機(jī)再次沖轉(zhuǎn)的準(zhǔn)備。

1.4 軸封及低壓缸噴水邏輯優(yōu)化

FCB動(dòng)作后汽輪機(jī)跳閘，汽輪機(jī)軸封壓力將無(wú)法維持自密封模式運(yùn)行。為防止汽輪機(jī)軸封壓力過(guò)低，導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)冷卻空氣，此時(shí)需快速切換至它密封模式，通過(guò)超馳邏輯實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉軸封溢流閥，打開(kāi)軸封供氣閥至60%開(kāi)度，維持軸封壓力穩(wěn)定后將軸封壓力控制模器切至正常PID控制模式。軸封邏輯優(yōu)化如圖3。為防止FCB動(dòng)作時(shí)低壓缸出現(xiàn)超溫，增加了相關(guān)聯(lián)鎖邏輯：“若汽機(jī)負(fù)荷大于120MW，觸發(fā)打開(kāi)低壓缸噴水減溫閥”。

圖3 軸封控制邏輯優(yōu)化Fig.3 Shaft seal control logic optimization

2 3S離合器脫扣難題分析及解決方法

3S離合器全名是同步自換擋離合器（Synchro-Self Shifting），目前在上海汽輪機(jī)廠聯(lián)合循環(huán)機(jī)組有廣泛應(yīng)用。借助3S離合器，無(wú)須借助人工或其他輔助動(dòng)力設(shè)備，即可完全自主地實(shí)現(xiàn)軸系之間的嚙合或脫離嚙合。

本次試驗(yàn)為國(guó)內(nèi)首臺(tái)單軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組FCB試驗(yàn)，缺乏相關(guān)參考數(shù)據(jù)，與多軸機(jī)組不同的是多軸機(jī)組FCB過(guò)程中汽機(jī)直接跳閘，單軸機(jī)組不僅要考慮汽機(jī)跳閘后的3S離合器脫扣問(wèn)題，還需考慮燃機(jī)超速控制難題。燃機(jī)超速邏輯參數(shù)設(shè)置稍有不慎將直接導(dǎo)致燃機(jī)跳閘，F(xiàn)CB試驗(yàn)失敗。

燃機(jī)FCB動(dòng)作過(guò)程防止燃機(jī)超速控制邏輯：“燃機(jī)正常啟動(dòng)過(guò)程中燃機(jī)維持3000rpm所需燃料量與FCB動(dòng)作后燃料量相比較，若FCB動(dòng)作后70s內(nèi)燃料量超過(guò)正常允許值將觸發(fā)燃機(jī)預(yù)判超速保護(hù)動(dòng)作，燃機(jī)跳閘”。FCB動(dòng)作過(guò)程中燃機(jī)-汽機(jī)在3S離合器的作用下共同暫超3000rpm，此時(shí)燃機(jī)-汽機(jī)處于嚙合狀態(tài)，燃料指令會(huì)降至最低。等待轉(zhuǎn)速降至3000rpm以下后，燃機(jī)在轉(zhuǎn)速控制模式下，為維持燃機(jī)轉(zhuǎn)速燃料控制器將不斷地增加燃料量。為滿足3S離合器脫扣同時(shí)保證燃機(jī)不超速，燃料量的最高限制值的設(shè)置顯得尤為重要。本次試驗(yàn)結(jié)合機(jī)組50%、100%甩負(fù)荷過(guò)程中的燃料量的實(shí)際情況，同時(shí)結(jié)合汽輪機(jī)3000rpm空載所需燃料量，將燃機(jī)預(yù)判超速中燃料量允許值由原來(lái)的5%改為20%，修改后的燃料限定值不僅能保證3S離合器脫扣所需能量，同時(shí)也保證了燃機(jī)不超速，成功解決了單軸機(jī)組FCB過(guò)程中3S離合器脫扣難題。

3 FCB試驗(yàn)過(guò)程工況

3.1 FCB試驗(yàn)前所需具備條件

FCB試驗(yàn)考驗(yàn)的是機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)特性及機(jī)組孤島運(yùn)行的能力，為防止試驗(yàn)過(guò)程發(fā)生不安全事件，同時(shí)確保試驗(yàn)過(guò)程順利，需提前對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面的檢查，并完成相關(guān)的試驗(yàn)，具體要求詳見(jiàn)表1。

表1 FCB試驗(yàn)前需具備的條件Table 1 Conditions to be met before FCB test

3.2 甩50%負(fù)荷FCB試驗(yàn)

2021年12月10日17：25：06，通過(guò)人為控制安全穩(wěn)定控制裝置進(jìn)行切機(jī)操作，#1機(jī)組主變壓器高壓斷路器2201跳閘，機(jī)組負(fù)荷從210.93MW快速減負(fù)荷至5.74MW，機(jī)組轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行模式，發(fā)電機(jī)僅帶廠用電負(fù)荷運(yùn)行，汽輪機(jī)跳閘，蒸汽走旁路，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速約500ms達(dá)最高3061.19 r/min，為額定轉(zhuǎn)速的102.04%。然后轉(zhuǎn)速迅速下降，約13s轉(zhuǎn)速降至2959.4 r/min，后轉(zhuǎn)速緩慢平穩(wěn)上升至3000 r/min，發(fā)電機(jī)出口電壓最大為20.23 kV，最小為19.98 kV，調(diào)節(jié)時(shí)間為1s，震蕩次數(shù)為1，調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)性能良好。發(fā)電機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)端電壓正常，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行正常，無(wú)其他異常報(bào)警信號(hào)，廠用電輔機(jī)運(yùn)行正常。詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表2，主要運(yùn)行參數(shù)趨勢(shì)圖如圖4。FCB試驗(yàn)動(dòng)作結(jié)束后，18：03：48利用2201斷路器再同期并網(wǎng)。

表2 50%負(fù)荷FCB試驗(yàn)過(guò)程參數(shù)Table 2 50% Load FCB test process parameters

圖4 主要運(yùn)行參數(shù)趨勢(shì)圖Fig.4 Trend chart of main operating parameters

3.3 甩100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)

2021年12月10日21：56：37，通 過(guò) 人 為 控 制 安全穩(wěn)定控制裝置進(jìn)行切機(jī)操作，#1機(jī)組主變壓器高壓斷路器2201跳閘，機(jī)組負(fù)荷從409.90MW快速減負(fù)荷至7.69MW，機(jī)組轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行模式，發(fā)電機(jī)僅帶廠用電負(fù)荷運(yùn)行，汽輪機(jī)跳閘，蒸汽走旁路，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速約2s達(dá)最高3125.14 r/min，為額定轉(zhuǎn)速的104.17%。然后轉(zhuǎn)速迅速下降，約20s轉(zhuǎn)速降至2964.14 r/min，后轉(zhuǎn)速緩慢平穩(wěn)上升至3000 r/min，發(fā)電機(jī)出口電壓最大為20.31 kV，最小為20.03 kV，調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)性能良好。發(fā)電機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)端電壓正常，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行正常，無(wú)其他異常報(bào)警信號(hào)，廠用電輔機(jī)運(yùn)行正常。詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表3，主要運(yùn)行參數(shù)趨勢(shì)圖如圖5。FCB試驗(yàn)動(dòng)作結(jié)束后，22：50：28利用2201斷路器再同期并網(wǎng)。

表3 100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)過(guò)程參數(shù)Table 3 100% Load FCB test process parameters

圖5 主要運(yùn)行參數(shù)趨勢(shì)圖Fig.5 Trend chart of main operating parameters

3.4 試驗(yàn)總結(jié)及參數(shù)優(yōu)化建議

從甩50%負(fù)荷FCB試驗(yàn)和甩100%負(fù)荷FCB試驗(yàn)的結(jié)果可得，本次FCB試驗(yàn)效果良好。FCB的觸發(fā)信號(hào)，自動(dòng)邏輯、旁路邏輯優(yōu)化合理，能保證燃?xì)廨啓C(jī)快速切換控制模式及甩負(fù)荷，同時(shí)當(dāng)機(jī)組進(jìn)入FCB運(yùn)行狀態(tài)后，旁路系統(tǒng)可維持穩(wěn)定運(yùn)行，輔助系統(tǒng)的自動(dòng)控制邏輯設(shè)計(jì)及硬件設(shè)備都能快速反應(yīng)工況的變化。但試驗(yàn)中也暴露出不足之處，在本次試驗(yàn)中存在不足包括：①高旁減溫水過(guò)量導(dǎo)致旁路減溫后蒸汽溫度過(guò)低，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生水擊現(xiàn)象，后期可通過(guò)優(yōu)化高旁減溫水控制邏輯，保證FCB動(dòng)作時(shí)不超溫，同時(shí)避免溫度過(guò)低；②旁路滑參數(shù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，后期可通過(guò)優(yōu)化旁路控制邏輯及摸索滑參數(shù)速率，適當(dāng)放大滑參數(shù)速率，可在電網(wǎng)需要時(shí)快速完成汽機(jī)沖轉(zhuǎn)并帶負(fù)荷。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次鈺海電力公司成功完成國(guó)內(nèi)首臺(tái)單軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組FCB試驗(yàn)，成功解決因FCB動(dòng)作而引起的汽機(jī)與燃機(jī)脫扣難題，一次性完成50%、100%FCB試驗(yàn)，在為確?；浉郯拇鬄硡^(qū)電力穩(wěn)定供應(yīng)和提升主力電源抗自然災(zāi)害能力上作出積極貢獻(xiàn)，同時(shí)為單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組進(jìn)行FCB試驗(yàn)提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。