具有FCB功能的600MW電站分析與應用

袁明

摘 要：隨著電網容量的擴展，世界各國對電網運行的安全性越來越重視，其中設計機組具有FCB功能，是保障電網和機組安全穩定運行的一項重要措施。要實現FCB功能，需要設計初期提前策劃，系統設計及設備選型應按照實現FCB功能目標來實施，該文探討FCB設計過程中的對設備、設計選型的分析。

關鍵詞：600 MW FCB 設計 選型 分析

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0043-02

FCB是指火電機組運行在某一負荷時， 因電網故障解列或發電機、汽輪機跳閘， 瞬間甩掉全部對外供電負荷， 但未發生鍋爐主燃料跳閘（MFT：Main Fuel Trip）的情況下，用以維持“帶廠用電孤島運行”或“停機不停爐”的自動控制功能。目前，國內機組鮮有真正實現FCB功能的機組。該文通過印度某工程項目組FCB功能的實施，探討實現FCB功能需在設計上采取措施及方法，為后續類似工程項目選型設計提供借鑒。

1 設計策略

印度某6×600 MW工程項目，三大主機均采用國產設備，鍋爐為一次中間再熱、露天布置π型汽包爐，額定蒸發量為1 878 t/h。汽輪機為亞臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽、單軸、凝汽式，其蒸汽參數為16.67/3.468 MPa（a）；溫度為538/538℃。

1.1 汽輪機

對于600 MW等級的汽輪機要實現FCB功能，需設計具有以下功能：（1）中壓進汽系統具備調節流量的功能，即具備高中壓聯合調節進汽的能力；（2）配備高排通風系統；（3）凝汽器設計容量滿足低壓旁路及汽輪機高排蒸汽流量。

1.2 旁路系統

國際上較為流行的設計理念是采用100%BMCR容量的高壓旁路+65%BMCR容量的低壓旁路。鍋爐設計最低穩燃負荷多為35%～40%，因此，選用100%高壓旁路設計冗余過大，造成設備資源浪費，且低壓旁路容量由于受凝汽器設備造價的影響，凝汽器最大選用容量為70%BMCR，若超過此經濟上不劃算。綜合上述因素且滿足FCB工質平衡的原則，該工程選用60%BMCR容量的旁路系統。同時，為滿足旁路系統在接收FCB動作信號后3s內快速開啟，優先采用液壓控制系統。

1.3 小汽輪機汽源

維持汽包水位穩定是實現FCB功能的關鍵，按照常規設計在FCB瞬時工況下，由于各抽汽系統止回閥關閉，小汽輪機無法繼續從抽汽系統獲得汽源。因此，需要考慮從再熱冷段高旁閥后，引入一路備用汽源繼續驅動給水泵汽輪機。

1.4 除氧器

常規設計多采用從四段抽汽引入加熱汽源供除氧器加熱且輔助蒸汽作為備用汽源。當FCB工況時，各抽汽止回閥關閉，無法向除氧器供汽。因此，需考慮從再熱冷段管道引入一路汽源作為除氧器加熱氣源，保證除氧器汽源的供應的連續性，且為保證汽源的無擾切換需在汽源管上選用具有快開功能的氣動閥（3 s快開）。

2 FCB功能試驗的實施

2.1 環境條件

FCB試驗必須確保試驗中容易出現的汽包水位控制、汽輪機超速、鍋爐燃料控制、電氣系統保護等重點問題可控在控。首先通過整套機組啟動調試，機組已具備安全、穩定運行的能力，可以在不同負荷下正常運行。所有主要輔機和輔助系統能滿足機組正常運行的要求，所有執行機構的操作靈活可靠。

必須具備的合格試驗有以下方面：

（1）汽輪機汽門嚴密性試驗已完成，并符合制造廠技術要求；

（2）汽輪機潤滑油系統聯鎖保護試驗合格；

（3）汽輪機防進水DEH報警功能正常；

（4）注油試驗合格；

（5）就地/遙控汽輪機打閘試驗已經完成；

（6）OPC功能試驗合格；

（7）汽輪機超速保護試驗、ETC試驗合格；

（8）凝泵聯鎖試驗正常；

（9）鍋爐輔機聯鎖保護試驗合格，鍋爐FSSS聯鎖保護試驗合格，鍋爐MFT保護試驗合格，鍋爐安全門及PCV閥校驗完成；

（10）機爐電大聯鎖試驗合格，發變組保護試驗合格，廠用電自動切換試驗合格，柴油發電機自啟動試驗合格；

（11）輔助蒸汽切換試驗完成，汽泵汽源無擾切換試驗完成；

（12）RB試驗合格，DEH功能正常，DEH系統參數正常，MCS、FSSS、BPS功能正常，FCB信號形成回路冷態檢查，FCB信號與各控制系統的接口檢查，各控制系統FCB功能實現的控制邏輯檢查。

2.2 FCB試驗的實施

（1）鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）接收到FCB信號后，如果鍋爐負荷大于60%BMCR時，保留2～3層煤粉燃燒器，自動投入輕油槍，最終維持鍋爐負荷為40%BMCR左右；

（2）高低壓旁路系統接收到FCB信號后，高壓旁路閥自動瞬間快開20%、低壓旁路閥全開，3s后汽輪機高低壓旁路系統轉入自動調節方式；與此同時，高、低壓旁路的減溫水閥也將轉入自動調節方式；

（3）DCS產生FCB信號后，立即通過相應的邏輯回路，控制瞬間全開PCV兩個閥，防止鍋爐超壓和安全門動作；PCV另外一個閥根據情況自動動作；

（4）DEH接收到FCB信號后，立即通過控制回路瞬間關閉高、中壓調門，抑制汽輪機轉速上升防止超速；當汽輪機轉速回降到3 000 r/min時，在DEH系統控制下，汽輪機以帶旁路的運行方式運行，維持汽輪機轉速3 000 r/min，并且機組帶廠用電負荷運行，等待再次并網；

（5）高壓調門在FCB后立即關閉，當再熱冷段壓力≤0.828MPa時，高壓調門逐步開啟參與汽輪機轉速控制；高壓缸排汽通風閥在高壓調門關閉的同時立即全開，并且保持全開狀態，當機組FCB結束后，汽機重新啟動時關閉；

（6）中壓調門在FCB后立即關閉，且控制轉速≤3 090 r/min時，中壓調門逐步開啟，轉入自動調節狀態，控制汽輪機轉速；待高壓調門開啟控制轉速后，則中壓調門退出轉速控制方式，開度保持在與廠用電負荷相匹配的預置值區間；

（7）機組FCB發生后，凝汽器三級減溫水閥立即打開，一直到FCB信號消失后再關閉；機組FCB發生后，立即自動關閉再熱蒸汽噴水減溫水調節閥以及閥前隔離閥，禁止繼續噴入減溫水；

（8）機組FCB發生后，送風系統、引風系統、一次風系統、給煤及制粉系統保持原來的自動控制方式，并繼續保持兩臺鍋爐給水泵運行；

（9）FCB工況下，汽包水位控制系統將通過超馳功能及時調整給水流量，以適應工況的巨變，并且繼續保持三沖量控制方式；

（10）機組在進入FCB運行方式后，必須密切監視汽輪機調節級出口溫度的變化，并通過調整手段盡可能使鍋爐出口的蒸汽溫度不要下降過快；并重點檢查發電機的電壓、電流、有功、無功、廠用電的電壓、頻率是否正常。運行參數無異常后，機組重新并網，升負荷，機組正常運行。

2.3 試驗驗證

印度某項目600 MW機組FCB（孤島運行）試驗于2015年4月15日22：42開始，試驗前機組負荷598 MW，試驗開始后汽輪機轉速最高達到3 166 rpm，最低2 861 rpm，穩定轉速3 002 rpm；主蒸汽溫度最高552℃，最低482℃；帶孤島運行負荷38 MW。機組FCB試驗穩定運行后各項參數正常并于23：00成功并網，試驗共持續18 min且取得圓滿成功。

3 結語

要實現機組FCB功能需從設計、論證到實施各環節統一策劃協調。此境外600 MW大型機組FCB試驗的成功，為后續類似機組提供了借鑒參考，也為中國制造產品拓展國際市場提供了有力的技術保障。

參考文獻

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