國產(chǎn)600MW超臨界機組FCB功能實現(xiàn)難點分析及對策

1、國產(chǎn)600MW超臨界機組FCB功能實現(xiàn)難點分析及對策章通行 來源：2009全國發(fā)電廠熱工自動化年會論文 點擊數(shù)：632 更新時間：2009-9-6 12:38:19章通行 舒暢（浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司浙江蘭溪321100）【摘要】針對當前國產(chǎn)600MW超臨界機組火力發(fā)電廠未實現(xiàn)機組快速切負荷（Fast Cut BackFCB）控制功能的現(xiàn)狀，本文依據(jù)浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司對熱工和電氣控制系統(tǒng)的改進從而實現(xiàn)機組的FCB功能的成功經(jīng)驗,總結并研究了國產(chǎn)600MW超臨界機組實現(xiàn)FCB功能的難點，介紹了對難點問題的解決方案，對其它國產(chǎn)機組實現(xiàn)FCB功能有一定的借鑒作用?！娟P鍵詞】國產(chǎn)60

2、0MW超臨界機組FCB難點對策 0前言FCB（FAST CUT BACK）是指機組在高于某一負荷之上運行時，因內(nèi)部或外部電網(wǎng)故障與電網(wǎng)解列，瞬間甩掉全部對外供電負荷，但未發(fā)生鍋爐MFT的情況下，用以維持發(fā)電機解列帶廠用電或停機不停爐的自動控制功能。08年2月初，一場突如其來的雪災，使金衢地區(qū)電力供應樞紐雙龍變電所輸電線路受損嚴重，與之相連的10條500kV輸電線路有7條受損，其中與安徽、福建寧德、溫州甌海3地相連的6條輸電線路全部中斷，與雙龍變聯(lián)系的丹溪變電所輸電線路也只剩一條，供電形勢岌岌可危。作為向雙龍變電所供電的重要電源點浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司，隨之成為金衢兩地最重要的電源供應點，電廠

3、的安全穩(wěn)定運行成為春節(jié)期間金衢地區(qū)居民用電的重要保障。而機組與金華雙龍變聯(lián)接的雙蘭5427線、龍?zhí)m5428線采用的是一塔雙回形式，嚴重的雪災對這回線路及塔架的安全運行也造成了嚴重的影響，機組實現(xiàn)FCB功能的需要非常緊迫。國產(chǎn)600MW超臨界機組容量大、參數(shù)高，F(xiàn)CB實施的難度相對較大。作為最惡劣的運行工況，F(xiàn)CB成功與否取決于設備健康水平、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能、運行人員素質等綜合因素。同時由于對FCB在電廠運行中所起作用的定位存在不同意見以及顧慮快速減負荷時機爐設備的安全，長期以來設計FCB功能的電廠不多，經(jīng)歷實際試驗的很少，生產(chǎn)上成功應用的屈指可數(shù)。浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司通過對FCB的研究，分

4、析了實現(xiàn)FCB功能的難點，并對難點進行了解決。成功的進行了FCB試驗。1浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司機組簡介浙能蘭溪發(fā)電有限責任公司總裝機容量為4臺600MW超臨界機組。鍋爐采用北京巴威公司制造的超臨界、中間再熱螺旋爐膛直流鍋爐，型號為。鍋爐采用正壓直吹MPS中速磨制粉系統(tǒng)，前后對沖燃燒方式。鍋爐出口設有兩只電磁泄壓閥，總排放量，三只分離器安全門，總排放量，一只過熱器安全門，排放量，再熱器進口安全門總排放量，再熱器出口安全門。汽機采用東方汽輪機廠生產(chǎn)的中間再熱凝汽式汽輪機，機組型號為。汽機高低壓旁路系統(tǒng)采用兩級串聯(lián)旁路，高旁容量為40%BMCR流量，低旁容量是40%BMCR流量加高旁額定減溫水流量

5、。高壓加熱器采用大旁路系統(tǒng)。給水系統(tǒng)采用2臺容量為50%的汽動給水泵和1臺30%的電動給水泵。除氧器可滑壓運行。電氣一次系統(tǒng)均采用發(fā)電機、變壓器單元接線，以500kV電壓等級通過兩條同架雙回線雙蘭5427線、龍?zhí)m5428線送至金華雙龍變。500kV GIS配電裝置采用11/2斷路器接線，設置3個斷路器串加一個高壓備變斷路器，其中第1、2串各接有1回主變500kV進線和1回500kV出線，第3串為主變500kV進線串。4臺機公用的1臺停機/備用電源取自500kV系統(tǒng)，使用1個500kV斷路器，接于500kV2母線。發(fā)電機出口設斷路器，正常的并網(wǎng)、解列操作在發(fā)電機出口斷路器上實現(xiàn)，發(fā)電機與主變壓器

6、用離相封閉母線相連接，發(fā)電機采用自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。2實現(xiàn)FCB功能的難點研究及改進機組FCB動作時，機組主要參數(shù)將發(fā)生劇烈變化，相關系統(tǒng)和設備應該能夠快速響應，以下是對機組實現(xiàn)FCB功能的幾個難點研究及改進：FCB動作后，爐壓力飛升超壓問題FCB動作后，汽機調(diào)門快速關小，而鍋爐具有較大的蓄熱和慣性，產(chǎn)汽能力是緩慢下將的，這時機爐負荷將造成嚴重的不平衡，而旁路容量只有40%，可以肯定的是，鍋爐壓力將飛升而引起超壓問題。解決的辦法是盡可能快地打開旁路，盡可能快地降低熱負荷，并利用電磁泄壓閥和安全門進行短時泄壓，然后利用旁路系統(tǒng)控制壓力緩慢下降至目標值。蘭溪發(fā)電廠機組電磁泄壓閥總排放量316.4t

7、/h, 分離器安全門總排放量1499.4t/h, 過熱器安全門排放量198.4t/h, 總計為104%BMCR；再熱器進口安全門總排放量775.5t/h, 再熱器出口安全門，總計為107%BMCR，完全滿足FCB工況下的泄壓要求。但是由于我公司機組三個分離器安全門和過熱器安全門動作定值相同，當壓力快速上升后，將會一起動作和回復，1499.4 t/h的蒸發(fā)量變化將對鍋爐造成巨大擾動，因此進行修改過熱器安全門和分離器安全門定值，適當錯開動作值，將三個分離器出口安全定值修改為、30.76 MPa、30.26 MPa,避免一起動作和回復。當機組FCB動作時，為了控制壓力上升速度，應立即快速打開鍋爐過熱

8、器PCV閥快速排汽泄壓。具體的做法是利用FCB信號（圖6-1）直接觸發(fā)開啟過熱器PCV閥并保持30s；考慮到當鍋爐泄壓當高旁能夠承受時，在高旁自動的情況下高旁應當適當調(diào)節(jié)關閉，因此采用高旁全開信號消失作為過熱器PCV閥泄壓結束信號，當高旁全開信號消失后延時5秒且回座壓力滿足時，自動關閉電磁泄壓閥。為了使鍋爐壓力得到較好的控制，旁路需要完成兩個功能，一是，在FCB發(fā)生后立即自動全開，二是及時切至壓力控制方式，當鍋爐熱負荷下降時逐漸關小，并使鍋爐壓力滑向預置的設定值，壓力設定值根據(jù)燃料量決定,35%額定負荷對應為15Mpa，由DCS計算后送至旁路系統(tǒng)。電氣FCB發(fā)生時，BPS高旁投入FCB方式下壓

9、力控制，控制壓力為鍋爐負荷對應的壓力設定值(鍋爐指令對應F（X） 35：15，100：24.2.并設有5S慣性環(huán)節(jié))，為了保證冷再的流量不至于太小甚至斷流，設置了最小閥位10%。當FCB復位后切回正常的壓力控制，操作員可通過LCD畫面修改高旁壓力設定值。FCB動作后，鍋爐快速減熱負荷問題蘭溪發(fā)電廠所有機組都通過機組RB試驗并取得成功，RB過程中各主參數(shù)控制品質優(yōu)良。然而，機組FCB過程中，由于蘭溪發(fā)電廠旁路配置為40%旁路，需要鍋爐快速減熱負荷在40%以下，為了保證旁路具有一定的調(diào)節(jié)能力，將目標負荷確定為35%BMCR。根據(jù)機組RB試驗的經(jīng)驗，在一次風機RB和給水泵RB工況下，均采用鍋爐降負荷

10、率自動改變?yōu)?00 % /min，主參數(shù)在可控范圍內(nèi)。根據(jù)機組最低穩(wěn)燃試驗情況，保持2臺磨煤機運行，鍋爐燃燒穩(wěn)定性能夠得到保證，為了防止在FCB過程中，燃料量劇降，導致鍋爐熄火，因此，F(xiàn)CB動作后將保持2臺磨煤機運行，投一層油槍?？紤]到鍋爐負荷指令突降，爐膛壓力波動較大，爐內(nèi)燃燒工況極不穩(wěn)定的原因，在機組滿負荷FCB過程中，立即從上至下順序自動延時切除鍋爐燃燒器。根據(jù)2008年3月14日，我公司#2機組磨煤機D、磨煤機F同時跳閘，動作過程中，爐膛負壓最低-0.78 Kpa，最高0.87 Kpa，主汽溫度最低到的情況，確定FCB工況下同時跳兩臺磨煤機，間隔5S跳另一臺磨，保留兩臺磨煤機運行，投一

11、層油助燃，同時，為了減少爐膛壓力擾動和保護脫硫系統(tǒng)的安全，快開脫硫旁路擋板，增壓風機動葉開度到原開度70%。鍋爐在FCB工況下的以上動作信號采用下圖中鍋爐FCB動作。圖一鍋爐FCBDEH轉速控制問題1）功率負荷不平衡（PLU）當甩負荷情況發(fā)生時，這個回路用來避免汽輪機超速。當汽輪機功率（用再熱汽壓力表征）與汽輪機負荷（用發(fā)電機電流表征）不平衡時， 會導致汽輪機超速。PLU回路檢測到這一情況時，迅速關閉高、中壓調(diào)節(jié)閥（CV與ICV），抑制汽輪機的超速。當汽輪機功率（用再熱汽壓力表征）大于汽輪機負荷（用發(fā)電機電流表征）額定負荷的40%，超過該設定值并且發(fā)電機電流的減少超過40%/10ms時，功率負

12、荷不平衡繼電器動作，快速關閉高壓和中壓調(diào)節(jié)閥。2）加速度限制(ACC)當汽輪機轉速大于3060 rpm、加速度大于49rpm/s時，加速度限制回路(ACC)動作，快速關閉中壓調(diào)節(jié)閥，抑制汽輪機的轉速飛升。3）汽機轉速控制在汽輪發(fā)電機組并網(wǎng)前，DEH為轉速閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。轉速控制器計算產(chǎn)生閥門的流量指令，該指令通過閥門流量曲線分配以產(chǎn)生每一CV及ICV的開度指令。比例加積分控制器用以實現(xiàn)轉速加速度控制，通過比較設定升速率與實際升速率來完成，當實際轉速接近目標轉速時，目標轉速與實際轉速之間的偏差變小，這個小偏差信號被小選器選中，實際上相當于目標升速率逐漸變小，結果使實際轉速控制在目標轉速上。當汽機的

13、轉速在未并網(wǎng)前且汽機轉速小于2950rpm時，調(diào)門的控制回路一直由轉速加速度控制回路和速度控制回路來控制；但在轉速至2995rpm轉后，調(diào)門控制回路將不再接受轉速回路和加速度回路的控制，即使轉速低于2995rpm。此時的汽機轉速由一次調(diào)頻控制（無限制回路），不等率4.5%。汽輪發(fā)電機組并網(wǎng)后，汽機控制采用發(fā)電機出口開關閉合信號作為轉速控制回路切換信號，切換到一次調(diào)頻回路（有11rpm限制）。當實際轉速和額定轉速有差時，一次調(diào)頻動作，頻率調(diào)整給定按不等率5%隨轉速變化而變化。機組甩負荷試驗過程中，發(fā)電機出口開關被拉開，發(fā)電機出口開關閉合信號信號消失，轉速控制回路切換信號，切換到一次調(diào)頻回路（無限

14、制回路），而邏輯中，為了保證在甩負荷過程中，汽機轉速調(diào)節(jié)品質符合要求。機組甩負荷發(fā)生后，將流量指令初始值設置成5%（汽輪機廠家根據(jù)汽輪空負荷試驗獲得）。為了保證甩負荷后期轉速控制的穩(wěn)定性，邏輯設計了變不等率回路，PLU或ACC動作后8S后將不等率從4.5%變參數(shù)為16%。以上為我公司轉速控制狀況，當機組實現(xiàn)FCB動作后，機組帶廠用電運行，油開關需要保持在合閘狀況。按照設計的轉速控制回路，只能通過一次調(diào)頻回路（有11rpm限制）控制轉速，這顯然不能滿足FCB轉速控制要求。需要改進控制策略，增加FCB工況下，將控制汽輪機轉速在3000 r/min邏輯。由于在機組甩負荷時，油開關被拉開，油開關閉合信

15、號信號消失，油開關閉合信號作為轉速控制回路切換信號，切換到一次調(diào)頻回路（無限制回路）。而FCB動作后油開關需要保持在合閘狀況，因此需要增加電氣FCB動作信號作為轉速控制回路切換信號，切換到一次調(diào)頻回路（無限制回路）。而其他動作過程和機組甩負荷試驗工況一致，因此，其他控制回路不需要進行改進，只需對參數(shù)根據(jù)FCB工況和甩負荷工況的不同特性進行微調(diào)。 發(fā)電機汽輪機空轉時采用流量指令5%，考慮到帶25MW負荷，因此，將汽機FCB動作后快速在DEH轉速回路中的流量指令初始值從5%改為7%。考慮FCB動作后，汽輪機帶一定負荷，需要加強轉速控制回路的控制作用，因此將原低不等率選擇時間從PLU或ACC動作后8

16、S改為12S。將原不等率從4.5%切換16%改為從4.5%切換7%。圖二試驗過程曲線汽機方面: 發(fā)電機出口開關動作后67毫秒機組轉速開始飛升，轉速在秒內(nèi)從3000r/min迅速上升至3104r/min，隨后轉速即開始下降，經(jīng)過20秒后，轉速穩(wěn)定在3000r/min（見圖三）.各軸承振動最大波動為（#5軸承X方向），.高壓缸排汽溫度：左側由升至，右側由升至。軸承金屬溫度、推力瓦溫度無明顯變化，高旁閥后溫度47秒后到最高397。 圖三FCB動作汽機轉速曲線鍋爐方面: 爐膛負壓先降至最低后上升至最高然后恢復正常,主汽壓最高至；主汽溫變化過程中，直接下降最低至，再熱汽溫最低至; 主蒸汽溫度7分鐘下降了40。給水流量從1407t/h到電氣方面: 發(fā)電機電壓在有功突降到帶廠用電穩(wěn)定后，從初始的在15ms后達到最大值，受汽機轉速的影響，發(fā)電機電壓的第一波擾動的結束時間為7秒，第二波擾動結束為12秒，第三波擾動結束時間為17秒，最終電壓穩(wěn)定在。表1：FCB試驗過程前后發(fā)電機參數(shù)對比試驗狀態(tài)P(MW)Q(MVar)Ut(kV) 試驗前 試驗后  從勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部記錄發(fā)現(xiàn)，PSS輸出已到限幅值，在PSS不退出的情況下，發(fā)電機電壓可能會更高。本次FCB試驗結果來說,機組各項參數(shù)都在可控范圍內(nèi)，因此本次試驗是成功的。4結論從我公司FCB