關于大型發(fā)電機組FCB方案的探討

摘 要：國內電網(wǎng)容量比較大，既有火電也有水電，因此對老火電機組裝設FCB功能并沒有特別要求，但對新建機組都要求具備FCB功能。FCB是大型機組適應電網(wǎng)突發(fā)事故的一種孤島運行方式；在這種方式下，汽輪機若能在較短時間內快速并網(wǎng)發(fā)電，對機組的安全經(jīng)濟運行及電網(wǎng)的安全穩(wěn)性定具有重要意義。

關鍵詞：FCB；孤島運行；安全經(jīng)濟；安全穩(wěn)定

FCB是指火電機組在電網(wǎng)發(fā)生故障情況下，機組主變出線開關跳閘，不聯(lián)跳鍋爐和汽機，高低旁路快開，發(fā)電機帶機組的廠用電運行；若汽機故障跳閘，則廠用電切至備用電源，高低旁路快開，鍋爐快速減少燃料，停機不停爐。

1 實現(xiàn)FCB的前提條件

1.1 硬件條件

（1）鍋爐具有較好動態(tài)調節(jié)特性；（2）汽輪機具備低負荷運轉能力；（3）足夠容量的汽機旁路系統(tǒng)；（4）廠用電快切可靠。

1.2 軟件條件

（1）熱工水平必要的基本條件：（2）機組控制DCS須硬件一體化；（3）模擬量（MCS）自動調節(jié)須全程控制，必須投入機爐協(xié)調控制（CCS）；（4）設計合理的機組順序控制（SCS）；（5）可靠的設備聯(lián)鎖控制；（6）安全的熱工保護。

1.3 主要驗證試驗項目

（1）低旁容量試驗；（2）凝結水系統(tǒng)供水能力試驗；（3）冷再供輔汽能力試驗；（4）小機汽源切換試驗；（5）除氧器供汽切換試驗；（6）甩負荷試驗。

2 大型機組設備概況（以紅海灣發(fā)電廠機組為例）

3號機組裝機容量為660MW；鍋爐為單爐膛、一次再熱、平衡通風、低NOx旋流式煤粉燃燒器、超超臨界壓力直流爐；給水系統(tǒng)配置2×50%BMCR汽動給水泵和1臺30%BMCR電動給水泵。汽機為一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式；汽輪機旁路為高、低壓二級串聯(lián)、容量分別為40%BMCR，52%BMCR。發(fā)電機冷卻方式為水-氫-氫，勵磁方式為靜態(tài)可控硅自并勵。

3 FCB邏輯功能

FCB邏輯條件如下（見圖1）：（1）機組負荷小于245MW（38%BMCR），汽輪機跳閘，鍋爐運行，停機不停爐。（2）機組負荷大于245MW，發(fā)電機解列，但汽輪機和鍋爐不聯(lián)跳，發(fā)電機帶廠用電。

圖1 紅海灣發(fā)電廠FCB邏輯原理圖

主要實現(xiàn)功能：（1）發(fā)電機解列，鍋爐和汽輪機運行帶廠用電負荷；（2）汽輪機跳閘，旁路快開，保持鍋爐運行。

4 實現(xiàn)FCB技術要點

（1）機組自動控制系統(tǒng)問題。當觸發(fā)FCB，汽輪機轉速快速上升，機組PLU動作，CV、IV閥快速關閉，以防止汽機超速。不平衡信號消失，調門漸開維持汽輪機3000r/min運行。當汽輪機轉速大于3060r/min，IV閥快關，抑制汽輪機的轉速飛升。3號機在168試運前后已分別成功完成輔機RB試驗及50%、100%甩負荷試驗，控制系統(tǒng)經(jīng)受住考驗。（2）高、低壓旁路容量問題。3號機組配有1個40%容量的高旁閥，2個52%容量的低旁閥，鍋爐過熱器配備2個電磁泄壓閥，總排放量15%BMCR，F(xiàn)CB觸發(fā)時，鍋爐按帶38%BMCR流量算，還差10%的安全容量，需通過增加PCV閥或改造旁路來實現(xiàn)。汽機現(xiàn)有高低壓旁路系統(tǒng)采用兩級串聯(lián)旁路，并且是采用的是液壓動力執(zhí)行機構，高低旁閥本身都具備在3s內快開功能，即使在機組處于660MW的滿負荷狀態(tài)下，也可以通過高低旁和電磁泄壓閥排放多余工質。（3）鍋爐蒸汽壓力控制問題。FCB動作時， 鍋爐通過打開過熱器PCV閥快速泄壓，汽輪機通過快開高低旁路減溫降壓， 有效控制鍋爐超壓問題。FCB動作后， 主汽壓力由旁路控制， 控制設定值對應鍋爐燃料量。（4）小機汽源切換。機組正常運行時，小機汽源取自汽輪機四段抽汽，汽輪機甩負荷后，抽汽壓力迅速下降，緊急啟動電動給水泵來不及維持鍋爐給水量，容易致使直流爐煤水比失調而導致鍋爐MFT。故要使小機維持正常運行，必須迅速切至備用汽源。因為高壓旁路快開，冷再蒸汽依然存在，所以小機備用汽源采取本機冷再供給。

結合技術要點，機組負荷>520MW時觸發(fā)FCB，其動作順序控制圖如下（見圖2）。

圖2 FCB動作順序圖

主要實現(xiàn)效果：（1）MCS系統(tǒng)控制全開過熱器所有PCV閥，維持30s后，開始關閉第一只PCV閥，然后每隔5s再關閉一只；3s內全開高、低壓旁路閥，并投入噴水減溫；機組控制方式切至BF；超馳給定負荷指令為38%BMCR。（2）B-SCS系統(tǒng)控制關閉再熱器減溫水電動門，防止FCB動作后再熱汽溫擾動過大。（3）BMS系統(tǒng)控制快速降低燃燒率的過程中穩(wěn)定鍋爐燃燒。（4）DEH系統(tǒng)控制平衡汽機轉速。（5）電氣保護，自動切換廠用電。

5 目前國內大型電廠FCB實施情況

由上列表可知，國內已經(jīng)實現(xiàn)FCB功能機組既有進口機組，也有國產(chǎn)機組；既有超臨界、超超臨界機組，也有亞臨界機組；既有直流鍋爐機組，也有汽包鍋爐機組。從設計上來說，針對實現(xiàn)FCB功能目前還沒有技術標準可以參考，但從其技術控制本身而言是可行的。

6 結束語

實現(xiàn)FCB不但提高電網(wǎng)運行的安全性，還大大提高了電廠自身的安全性。否則一旦電廠出線出現(xiàn)故障或電網(wǎng)發(fā)生崩潰，全廠停電，還需電網(wǎng)恢復后給電廠倒送電，機組才能逐步啟動恢復，浪費大量時間和金錢。如果具備了FCB能力，出現(xiàn)上述故障時，機組可以自動維持運行，一旦待電網(wǎng)故障點切除，可立即恢復對外供電，大大減輕了運行人員的負擔，這對電廠和電網(wǎng)來說是雙贏結果。

參考文獻

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