600MW火電機組FCB控制策略解析

屈章龍， 郭嚴昊

600MW火電機組FCB控制策略解析

屈章龍， 郭嚴昊

（華電電力科學研究院 西安分院，陜西 西安 710032）

火電廠快速切除負荷是大型機組不可缺少的重要安全保障，通過對印度KMPCL電廠6×600MW工程3號機組主要設備和系統設計分析，根據快速切除負荷試驗控制難點制定了燃料量、主蒸汽流量、汽包水位、聯鎖保護等方面的控制策略，確?？焖偾谐摵稍囼炓淮纬晒?。

燃料量； 主蒸汽流量； 汽包水位； 聯鎖保護

0 引言

火電廠快速切除負荷Fast Cut Back（簡稱“FCB”）是指在機組帶一定負荷工況運行過程中，因電網發生故障或者電氣升壓站故障引起機組發電送出斷開，用于維持機組自帶廠用電孤島運行的自動控制方式。

印度KMPCL電廠6×600MW工程3號機組鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、擺動式調溫、四角切圓、正壓直吹式制粉系統、單爐膛、π型露天布置、固態排渣、全鋼架結構、平衡通風、控制循環汽包爐。制粉系統配置七臺HP1103DYN型中速磨煤機，六臺磨煤機可帶鍋爐額定出力（簡稱“BMCR”）工況負荷，一臺備用；燃油系統配備5層油槍，其中兩層為輕油槍，三層為重油槍；鍋爐本體配置16只彈簧安全閥和3只3×7.5%BMCR動力泄放閥（簡稱“PCV”）。

汽輪機為600MW亞臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機。機組采用定-滑-定運行方式，滑壓運行的范圍為30%-90%額定負荷。給水系統配置為2×50%BMCR氣動給水泵和一臺50%BMCR電動給水泵；旁路系統采用二級高、低壓串聯旁路對機組主要有配合啟動、壓力調節和參與安全保護等功能，高壓旁路設計容量為2×30%BMCR，即60%BMCR；低壓旁路按照“高壓旁路容量+減溫噴水量”進行配置。

1 FCB試驗控制思路及難點解析

1.1 FCB試驗控制思路

FCB總體控制思路設計如圖1所示。電氣保護裝置判斷機組并網送出信號，當送出故障時送出機組脫網信號，產生FCB動作指令，分別送至鍋爐側、汽機側、DEH側、旁路等系統，同時進行協調控制，確保參數穩定。其功能子組包括：協調切除、停磨邏輯、投油邏輯、PCV控制、高壓旁路控制、低壓旁路控制、給水控制、抽氣控制、轉速控制、OPC控制等。

1.2 FCB難點解析

1.2.1 FCB動作產生與復位

FCB動作產生是指機組帶負荷運行過程中投入后，因為電氣送出產生故障，DEH側接收到電氣側三個并網信號同時斷開，產生FCB現象。此時機組切換為自帶廠用，確保機組安全停運，或者待電氣送出側故障快速消除后再次并網。FCB復位條件為鍋爐跳閘、汽機跳閘或者手動復位。

1.2.2 主蒸汽流量匹配

在發電機組突然發生脫網甩負荷發生時，鍋爐側在機組帶高負荷過程中突然中斷，引起鍋爐側大量的主蒸汽流量帶入汽輪機，而汽輪機因為外網突然斷開引起汽輪機功率與發電機功率不平衡，需要快速關小進汽閥門，這樣就產生了鍋爐主蒸汽流量與汽輪機進汽量的不匹配，極有可能導致鍋爐瞬間超壓、超溫、安全門動作、汽輪機超速保護動作。為了解決這個問題，需要根據FCB工況發生前負荷決定高壓旁路、低壓旁路、PCV閥同時配合開啟開度，以便鍋爐側產生的高溫、高壓蒸汽穩定排放，具體邏輯設計關系如下：

（1）PCV閥邏輯：FCB動作且負荷大于480MW時，聯開；FCB動作后4s，主汽壓力仍小于16.5MPa時，聯關。

（2）高壓旁路邏輯：FCB動作時，高旁切手動，高旁開度由動作之前的負荷決定（見表1），FCB動作10s后，若主汽壓力小于15MPa，高旁閥關至40%，高旁自動投入，壓力設定值為FCB動作前壓力，并以0.3MPa每分鐘的速率降至13MPa。

表1 負荷與高旁開度函數

（3）低壓旁路邏輯：當FCB動作時，低旁切手動，低旁開度由動作之前的負荷決定（見表2），FCB動作10s后，低旁后壓力與1.7MPa相差的絕對值小于1.0，切至自動，壓力設定值為1.7MPa。

1.2.3 燃料量匹配

機組帶負荷產生FCB瞬間，鍋爐側燃料量產生的大量熱量與汽輪機自帶廠用所需要的蒸汽流量極不匹配。如果不能快速穩定切斷部分燃料，將會引起鍋爐超溫、超壓現象，嚴重會造成鍋爐滅火，危機汽輪機安全。為了解決這個問題，鍋爐側接收到FCB動作指令，邏輯應該保證鍋爐燃燒穩定的情況下快速減掉多余的熱負荷，并根據該機組旁路容量大小，設計制粉系統應該在FCB動作瞬間切除燃料控制自動，同時以5s間隔逐層跳閘磨煤機（若需跳閘A磨煤機，間隔時間為15s），跳閘磨煤機順序為G、F、E、A，最終保留三臺磨煤機運行；燃油系統在磨煤機跳閘瞬間順控投入BC層油槍，確保機組熱負荷最終控制在55%BMCR左右。如果機組帶負荷運行在55%額定負荷以下工況發生FCB現象，燃料量回路應保持不變。

表2 負荷與低旁開度函數

圖1 FCB控制框架

1.2.4 汽包水位控制

發電機組正常帶負荷階段，給水系統運行方式為兩臺給水泵運行一臺給水泵備用方式，其控制回路為三沖量（給水流量、主蒸汽流量、汽包水位）控制策略。在機組FCB工況發生后，給水系統主蒸汽流量突然減少，汽包水位為虛假水位，水位顯示值迅速增大，氣動給水泵將迅速減小出力，引起汽包水位快速回落，如此反復調節汽包水位和給水流量，極有可能造成氣動給水泵跳閘，最終會引起汽包水位保護動作，機組跳閘。給水自動控制是FCB試驗控制的一大難點，因此必須設計合理的給水控制策略，具體如下：

（1）給水自動控制：當FCB動作時機組負荷大于50%額定負荷工況，電動給水泵聯鎖啟動并以7%/s速度將勺管開度置于35%，電動給水泵啟動后跳閘一臺氣動給水泵，另外一臺氣動給水泵自動控制汽包水位。

（2）給水保護邏輯：FCB動作時，將MFT的汽包水位保護定值放大50mm，即汽包水位高高定值由250mm瞬間自動切換至300mm，將MFT的汽包水位低低定值由-300mm瞬間自動切換至-350mm。待FCB工況結束后，保護定值自動切換至正常保護定值。

1.2.5 其它聯鎖保護功能

（1）切除再熱器、過熱器減溫水自動，并強制關閉，以確保主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度變化不大；

（2）屏蔽引、送、一次風機、給水系統指令與反饋偏差大切手動，屏蔽引、送、一次風機、給水系統設定值與被調量偏差大切手動，以確保FCB發生后不會因為工況惡劣引起自動切除；

（3）聯鎖打開除氧器FCB工況蒸汽電動門和除氧器FCB工況蒸汽電動門后疏水閥，將除氧器FCB工況壓力調節閥切至自動，確保除氧器壓力穩定；

（4）聯鎖打開低壓缸噴水氣動調節閥至50%，20秒后投入自動，避免低壓缸噴水閥頻繁大幅調節；

（5）聯鎖打開冷段至小汽機蒸汽電動門，確保氣動給水泵氣源穩定；

（6）聯鎖打開再熱冷段至中壓輔助蒸汽母管電動門，將再熱冷段至中壓輔助蒸汽母管氣動調節門切至自動；

（7）聯啟真空泵，確保機組真空穩定。

2 FCB試驗

2.1 試驗條件

（1）啟動鍋爐運行；

（2）柴油發電機能夠正常啟動；

（3）廠用電快切試驗完成；

（4）投運系統的控制電源切換合格；

（5）爐膛負壓控制、一次風壓控制、總風量控制、汽包水位控制、除氧器水位控制、凝汽器水位控制、高壓旁路控制、低壓旁路控制均能正常投入自動；

（6）協調控制系統變負荷試驗完成；

（7）機組100%甩負荷試驗完成；

（8）快速減負荷試驗完成。

2.2 試驗過程

印度KMPCL電廠運行人員根據實際情況進行系統、設備的監護。試驗于2015年4月15日試驗前機組負荷598MW，主汽壓力15.4MPa，主汽溫度544℃，再熱器壓力3.4MPa，再熱器維度539℃，真空88.21Pa，汽輪機轉速3004r/min。22:42，運行人員切斷主變高壓側開關，試驗開始后汽機轉速變化為3178-2858r/min，OPC動作后96s穩定在3000r/min左右，帶孤島運行負荷范圍為38-25.8MW，主汽溫最高變化范圍為552-482℃，主汽壓力變化范圍為18.3-16.9MPa，再熱器壓力變化范圍為3.98-1.69MPa，再熱器溫度變化范圍為545-515℃，汽包水位波動范圍為-303-134.4mm，機組FCB穩定運行18分鐘，機組23:00并網，試驗結束。

2.3 試驗結果

印度KMPCL電廠3號機組帶100%額定負荷工況下FCB動作后，鍋爐側進行燃料控制，自動快速穩定切斷大量的熱負荷；主汽壓力通過汽機側旁路系統和鍋爐側的PCV閥進行快速泄壓，并很快轉入自動壓力控制；DEH側由閥位控制瞬間切換至汽輪機轉速控制，并將轉速穩定在3000rpm左右；大量的自動控制確保了機組主要參數（汽輪機轉速、主汽壓力、主汽溫度、總風量、爐膛負壓、汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位等）全程處于受控狀態，反證了印度KMPCL電廠機組設計的FCB功能合理性及可靠性，具備長期投入。

3 結語

通過對印度KMPCL電廠3號機組主輔設備的特性及實現FCB功能的難點分析，設計出一套完整的控制策略，實現了600MW火電機組FCB功能，對其它同類型火電機組實現FCB功能有一定的借鑒作用。

[1]羅志浩，尹峰，陳小強，等.國產600MW超臨界直流機組實現FCB功能的可行性研究[J].浙江電力，2009，（1）：16-44.

[2]寧繼紅.1000MW火電機組FCB功能與系統配置探討[J].廣西電力，2009，（4）：63-67.

[3]馮偉忠.900MW超臨界機組FCB試驗[J].中國電力，2005，38（2）:74-77.

[4]王學根，騰衛明，舒暢.通過控制系統改造實現國產600MW超臨界機組FCB功能[J].中國電力，2009,42（10）：73-76；

[5]王立地.對FCB若干問題的探討[A].全國火電大機組（600MW級）競賽第11屆年會論文集（下冊）[C].北京：中國電力企業聯合會科技開發服務中心，2007.76-80.

Analysis of FCB Control Strategy for 600MW Thermal Power Plant

QU Zhang-long，GUO Yan-hao

（Huadian Electric Power Research Institute Xi’an Branch，Xi’an 710032，China）

Thermal power plant fast cut back is an important safety guarantee of large units indispensable,through the analysis of main equipment and system of No.3 unit of India KMPCLpower plant 6×600MW project,according to the control strategy of FCB control difficulty made fuel，steam flow,drum level and interlock protection，to ensure a successful test of fast cut back.

fuel； main steam flow； drum water level； interlock protection

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.009

TM621

B

2095-3429（2017）04-0040-03

屈章龍（1980-），男，陜西合陽人，本科，工程師，從事火電機組自動控制技術研究；郭嚴昊（1990-），男，湖南醴陵人，本科，助理工程師，從事火電機組聯鎖保護控制技術研究。

2017-07-21

修回日期：2017-08-22