1000MW機組FCB控制功能

1、國產(chǎn)超超臨界1000MW機組FCB控制功能的實現(xiàn)劉銳廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東臺山529228引言：據(jù)報道，2011年9月8日由于電力系統(tǒng)工作人員操作失誤，美國加利福尼亞州南部、亞利桑那州以及墨西哥部分地區(qū)發(fā)生大面積停電，約600萬人受影響。2012年7月30日和31日印度北部和東部地區(qū)連續(xù)發(fā)生兩次大面積停電事故。突如其來的斷電導致交通陷入混亂，給工作、生活帶來極大的不便。直以來，國內外各電網(wǎng)公司都大力研究電網(wǎng)大面積停電后的“黑啟動”的技術，但卻極為困難，對火力發(fā)電機組更是難上加難。試想如果在電網(wǎng)事故大停電時能保留部分電源點，通過保存下來隨時能向外供電的發(fā)電機組，逐步使電網(wǎng)恢復，這就是

2、火電機組的FCB功能。摘要：FCB功能的實現(xiàn)，對電廠和電網(wǎng)都意義重大。對電網(wǎng)來說，在電網(wǎng)出現(xiàn)突發(fā)性故障時，具備FCB功能的機組可以快速減負荷并立刻轉為帶廠用電“孤島運行”，成為故障電網(wǎng)中的“星星之火”，隨時可以“黑啟動”恢復對外送電，這樣就會大大縮短電網(wǎng)的恢復時間。而對電廠來說，具備FCB功能的機組同時具備了停電不停機、停機不停爐的功能，這最大程度地降低了鍋爐的停運概率，從而能減少鍋爐跳閘造成的壽命消耗，節(jié)約鍋爐重新啟動的成本，減少機組的電量損失。而FCB成功的關鍵是能夠在短時間內，維持機組的工質和能量的快速平衡。關鍵字：FCB大容量鍋爐旁路能量與工質風險1、主要設備概況鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓

3、運行螺旋管圈直流爐，鍋爐采用一次再熱、單爐膛單切圓燃燒、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構塔式布置。汽輪機采用上海汽輪機有限公司生產(chǎn)的1000MW超超臨界汽輪發(fā)電機組。汽輪機型式是超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、采用八級回熱抽汽。汽輪機采用定滑定運行方式。上海汽輪發(fā)電機有限公司制造的1000MW發(fā)電機，配有河北天威保變有限公司生產(chǎn)的3X380MVA單相主變壓器，發(fā)電機型號THDF125/67，為水氫氫冷卻方式，旋轉無刷勵磁。發(fā)電機額定容量為1112MW，額定功率1000MW。旁路系統(tǒng)配置了100%BMCR容量高壓旁路，該旁路替代過熱器安全閥，又作為主汽

4、壓力調節(jié)閥。低壓旁路容量為65%BMCR,另配100%再熱器安全閥。DCS集中控制采用國產(chǎn)杭州和利時公司的MACSV系統(tǒng)；DEH為西門子T3000系統(tǒng)。2、FCB功能實現(xiàn)2.1FCB的定義FCB(FASTCUTBACK)，是指火電機組在電網(wǎng)或線路出現(xiàn)故障而機組本身運行正常的情況下，不觸發(fā)機組跳閘。比如，機組主變出線開關跳閘，不聯(lián)跳汽機和鍋爐，發(fā)電機帶機組的廠用電運行，汽機保持3000r/min,鍋爐快速減少燃料量，實現(xiàn)機組帶廠用電的“孤島運行”。2.2、FCB的動作模式觸發(fā)FCB有三種情況，一是電網(wǎng)高頻自動切機，二是電網(wǎng)低頻自動切機，三是電網(wǎng)調度根據(jù)情況遠方操作切機。2.2.1電網(wǎng)側故障時，帶

5、廠用電運行；2.2.2發(fā)電機和出線電氣故障時，汽機保持空載運行；2.2.3汽機故障跳閘時，鍋爐保持運行；以上三種方式，鍋爐都快速減少燃燒率，高、低壓旁路快速開啟。本廠6號機實現(xiàn)“電網(wǎng)故障時，機組帶廠用電孤島運行”功能。不實現(xiàn)“停電不停機”功能，保留現(xiàn)有“停電停機”功能，保留“停機不停爐”功能。5OOKV6號主莊114OMVA匸1OOOMW圖二：電氣一次接線簡圖2.3、FCB切機策略當監(jiān)測電網(wǎng)故障或電網(wǎng)遠方切機時，安穩(wěn)觸發(fā)信號跳開斷路器5041和5042，發(fā)電機帶兩臺高廠變運行。安穩(wěn)作為判斷電網(wǎng)故障手段，機組的安穩(wěn)切機策略是不變的。電網(wǎng)調整電廠安穩(wěn)切機順序，最后切除FCB功能機組；將現(xiàn)有安穩(wěn)動作

6、跳發(fā)電機出口斷路器邏輯，改跳5041和5042斷路器，瞬間閉鎖聯(lián)跳發(fā)電機出口806開關。電氣送熱控FCB信號為安穩(wěn)輸出信號三取二，且5041、5042斷路器在分閘位置，分別送入熱工DCS和DEH系統(tǒng)。2.4熱力系統(tǒng)工藝4.1輔汽及小機汽源切換方式：輔汽汽源自動切換至冷再供，小機汽源切換至輔汽供，小機高壓汽源作為補充。除氧器汽源切至輔汽供。軸封汽源自動切輔汽供。冷再至輔汽聯(lián)箱調門在FCB觸發(fā)后開啟調門30%投自動，壓力設定值設定為1.1MPa。2.4.2凝結水運行方式：6號機正常運行時兩臺凝泵變頻運行，壓力設定為2.6MPa,臺凝泵工頻備用。FCB時，聯(lián)啟備用泵和第二臺凝泵（如果單臺凝泵運彳?。?/p>

7、并同時將變頻泵壓力設定值置3.6MPa（或將頻率升到50HZ。）；自動啟動凝補泵并提前補水，并將凝汽器補水水位設定值適當提高，提前補水，開度為設定值提高100mm。2.4.3鍋爐運行方式：FCB觸發(fā)，25秒內燃料主控輸出閉鎖增加；鍋爐要求干態(tài)運行；若對應制粉系統(tǒng)運行，自動投入微油運行；2號高加和除氧器加熱投入，提高給水溫度，減小水冷壁熱沖擊。2.4.4旁路運行方式：高、低旁打開、進入壓力控制模式，高旁控制主汽壓力、低旁控制冷再壓力。FCB觸發(fā)后，旁路控制進入C（壓力控制）模式；機組負荷大于600MW,聯(lián)鎖快開汽機高、低壓旁路5秒，5秒后高、低壓旁路進入壓力、溫度自動調節(jié)；2.4.5電氣系統(tǒng)：電

8、氣發(fā)出FCB請求（3s脈沖）時,DEH側觸發(fā)FCB動作信號；汽機跳閘或5041閉合或5042閉合中的任一個出現(xiàn)時，F(xiàn)CB狀態(tài)復位2.4.6DEH及DCS控制系統(tǒng)：在DCS當前邏輯畫面中增加“FCB投入按鈕”當電氣發(fā)出FCB請求（3s脈沖）或汽輪機跳閘時，DCS側觸發(fā)FCB動作信號；FCB動作420秒（7分鐘）后或鍋爐MFT,FCB自動復位。2.5、FCB動作后恢復利用5042一次參數(shù)滿足并網(wǎng)要求，加裝同期裝置，采用5042作為FCB后并網(wǎng)恢復點。2.5.1電網(wǎng)故障時，安穩(wěn)動作跳開6號機主變出口的5041和5042斷路器、保持806處于合閘狀態(tài)，6號機快速減負荷帶自身廠用電孤島運行。2.5.2若

9、電網(wǎng)故障消除，需要6號機作為黑啟動源點時，合閘5041或5042對電網(wǎng)供電。2.5.3若電網(wǎng)恢復送電，6號機要并網(wǎng)運行時，通過設備改造，使得5042具備并網(wǎng)功能，利用5042進行并網(wǎng)。2.5.4發(fā)電機故障時，跳開806出口斷路器，汽機跳閘、鍋爐運行；（即不要求實現(xiàn)停電不停機功能）2.5.5汽輪機故障跳閘時，發(fā)電機跳閘（斷開出口短路器806）、鍋爐運行。3、問題和風險FCB實施是一個系統(tǒng)工程，需要機組工藝系統(tǒng)、設備、控制等統(tǒng)籌配置和協(xié)調控制，能夠實現(xiàn)FCB觸發(fā)后短時間內，維持機組的工質和能量的快速平衡，需要重點研究應對以下問題和風險。3.1風險一：汽機低負荷連續(xù)運行風險機組發(fā)生FCB后，汽機將帶

10、超低負荷（3%左右）運行。汽機滿足FCB工況運行時間大于15分鐘，無上限時間，但谷峰損失依然存在不確定風險。要控制高排和低壓缸排汽溫度，盡量縮短FCB下運行時間，以高排溫度530C和低壓缸排110C（正常90C以下）為控制點。FCB后再熱器壓力設定為2MPa。3.2風險二：FCB時汽機超速風險機組發(fā)生FCB時，汽機轉入負荷下的轉速控制模式。汽機轉速控制可能失調、保護拒動，造成汽機超速風險。故保留“電跳機”邏輯、保證轉速自動和保護回路正常，不實現(xiàn)FCB的“停電不停機功能”；FCB試驗前進行汽機主汽門、調門、抽汽逆止門、旁路和電超速傳動試驗；FCB試驗時保證超速保護等正常投入。3.3風險三：汽機大

11、軸抱死風險汽輪機跳閘后，異常工況可能導致凝汽器溫度高、軸封溫度異常。汽輪機惰走階段大軸可能抱死。要確保凝汽器溫度高時旁路能夠關閉，循環(huán)水正常和軸封正常。利用低旁聯(lián)關邏輯并已將旁執(zhí)行器改造成為本質安全特性（加裝彈簧、失壓關閉）。確保軸封電加熱器及時投入，維持軸封供汽溫度大于280C；做好循環(huán)水失去應對措施，如發(fā)生循環(huán)水泵跳閘則盡快恢復。維持輔汽聯(lián)箱壓力大于除氧器壓力，防止除氧器汽水返至輔汽系統(tǒng)甚至軸封系統(tǒng)。3.4風險四：鍋爐T23因溫度驟變產(chǎn)生裂紋風險機組發(fā)生FCB后，給水溫度由于高加切除且除氧器汽源不能及時投入而驟降。可能發(fā)生鍋爐水冷壁T23材質因給水溫度驟降而大幅下降，造成應力過大而損壞。要

12、保證2號高加和除氧器加熱投入，控制給水溫度大于195C,防止水冷壁溫突降。機組發(fā)生FCB工況時，及時投入除氧器備用汽源;根據(jù)驗證性試驗優(yōu)化機組FCB工況目標負荷,以提高機組給水溫度。3.5風險五：廠用電失去風險FCB后機組帶廠用電孤島運行，發(fā)電機頻率及相位與外部電網(wǎng)存在偏差、失去同步。如FCB后恢復并網(wǎng)時采用806方案，需要人工廠用電切換；機組FCB孤網(wǎng)運行中跳閘時也需要廠用電切換，可能切換不成功造成廠用電失去風險。故選擇5042作為FCB并網(wǎng)恢復點、不采用806并網(wǎng)，避免廠用電切換風險。定期試驗啟動柴發(fā)良好備用，保證保安段不失電。做好廠用電失去事故預想和應急演習。參考文獻外高橋電廠1000MW機組FCB功能及系統(tǒng)