1000MW機(jī)組FCB控制功能

1、國產(chǎn)超超臨界1000MW機(jī)組FCB控制功能的實(shí)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(bào)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(dǎo)致交通陷入混亂，給工作、生活帶來極大的不便。直以來，國內(nèi)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(dòng)”的技術(shù)，但卻極為困難，對火力發(fā)電機(jī)組更是難上加難。試想如果在電網(wǎng)事故大停電時(shí)能保留部分電源點(diǎn)，通過保存下來隨時(shí)能向外供電的發(fā)電機(jī)組，逐步使電網(wǎng)恢復(fù)，這就是

2、火電機(jī)組的FCB功能。摘要：FCB功能的實(shí)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(shí)，具備FCB功能的機(jī)組可以快速減負(fù)荷并立刻轉(zhuǎn)為帶廠用電“孤島運(yùn)行”，成為故障電網(wǎng)中的“星星之火”，隨時(shí)可以“黑啟動(dòng)”恢復(fù)對外送電，這樣就會(huì)大大縮短電網(wǎng)的恢復(fù)時(shí)間。而對電廠來說，具備FCB功能的機(jī)組同時(shí)具備了停電不停機(jī)、停機(jī)不停爐的功能，這最大程度地降低了鍋爐的停運(yùn)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(dòng)的成本，減少機(jī)組的電量損失。而FCB成功的關(guān)鍵是能夠在短時(shí)間內(nèi)，維持機(jī)組的工質(zhì)和能量的快速平衡。關(guān)鍵字：FCB大容量鍋爐旁路能量與工質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)1、主要設(shè)備概況鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓

3、運(yùn)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(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)塔式布置。汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的1000MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)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?zé)岢槠Ｆ啓C(jī)采用定滑定運(yùn)行方式。上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司制造的1000MW發(fā)電機(jī)，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(jī)型號THDF125/67，為水氫氫冷卻方式，旋轉(zhuǎn)無刷勵(lì)磁。發(fā)電機(jī)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(diào)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(shí)公司的MACSV系統(tǒng)；DEH為西門子T3000系統(tǒng)。2、FCB功能實(shí)現(xiàn)2.1FCB的定義FCB(FASTCUTBACK)，是指火電機(jī)組在電網(wǎng)或線路出現(xiàn)故障而機(jī)組本身運(yùn)行正常的情況下，不觸發(fā)機(jī)組跳閘。比如，機(jī)組主變出線開關(guān)跳閘，不聯(lián)跳汽機(jī)和鍋爐，發(fā)電機(jī)帶機(jī)組的廠用電運(yùn)行，汽機(jī)保持3000r/min,鍋爐快速減少燃料量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組帶廠用電的“孤島運(yùn)行”。2.2、FCB的動(dòng)作模式觸發(fā)FCB有三種情況，一是電網(wǎng)高頻自動(dòng)切機(jī)，二是電網(wǎng)低頻自動(dòng)切機(jī)，三是電網(wǎng)調(diào)度根據(jù)情況遠(yuǎn)方操作切機(jī)。2.2.1電網(wǎng)側(cè)故障時(shí)，帶

5、廠用電運(yùn)行；2.2.2發(fā)電機(jī)和出線電氣故障時(shí)，汽機(jī)保持空載運(yùn)行；2.2.3汽機(jī)故障跳閘時(shí)，鍋爐保持運(yùn)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(jī)實(shí)現(xiàn)“電網(wǎng)故障時(shí)，機(jī)組帶廠用電孤島運(yùn)行”功能。不實(shí)現(xiàn)“停電不停機(jī)”功能，保留現(xiàn)有“停電停機(jī)”功能，保留“停機(jī)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(jī)策略當(dāng)監(jiān)測電網(wǎng)故障或電網(wǎng)遠(yuǎn)方切機(jī)時(shí)，安穩(wěn)觸發(fā)信號跳開斷路器5041和5042，發(fā)電機(jī)帶兩臺高廠變運(yùn)行。安穩(wěn)作為判斷電網(wǎng)故障手段，機(jī)組的安穩(wěn)切機(jī)策略是不變的。電網(wǎng)調(diào)整電廠安穩(wěn)切機(jī)順序，最后切除FCB功能機(jī)組；將現(xiàn)有安穩(wěn)動(dòng)作

6、跳發(fā)電機(jī)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(jī)出口806開關(guān)。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(jī)汽源切換方式：輔汽汽源自動(dòng)切換至冷再供，小機(jī)汽源切換至輔汽供，小機(jī)高壓汽源作為補(bǔ)充。除氧器汽源切至輔汽供。軸封汽源自動(dòng)切輔汽供。冷再至輔汽聯(lián)箱調(diào)門在FCB觸發(fā)后開啟調(diào)門30%投自動(dòng)，壓力設(shè)定值設(shè)定為1.1MPa。2.4.2凝結(jié)水運(yùn)行方式：6號機(jī)正常運(yùn)行時(shí)兩臺凝泵變頻運(yùn)行，壓力設(shè)定為2.6MPa,臺凝泵工頻備用。FCB時(shí)，聯(lián)啟備用泵和第二臺凝泵（如果單臺凝泵運(yùn)彳?。?/p>

7、并同時(shí)將變頻泵壓力設(shè)定值置3.6MPa（或?qū)㈩l率升到50HZ。）；自動(dòng)啟動(dòng)凝補(bǔ)泵并提前補(bǔ)水，并將凝汽器補(bǔ)水水位設(shè)定值適當(dāng)提高，提前補(bǔ)水，開度為設(shè)定值提高100mm。2.4.3鍋爐運(yùn)行方式：FCB觸發(fā)，25秒內(nèi)燃料主控輸出閉鎖增加；鍋爐要求干態(tài)運(yùn)行；若對應(yīng)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，自動(dòng)投入微油運(yùn)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(yùn)行方式：高、低旁打開、進(jìn)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(jìn)入C（壓力控制）模式；機(jī)組負(fù)荷大于600MW,聯(lián)鎖快開汽機(jī)高、低壓旁路5秒，5秒后高、低壓旁路進(jìn)入壓力、溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)；2.4.5電氣系統(tǒng)：電

8、氣發(fā)出FCB請求（3s脈沖）時(shí),DEH側(cè)觸發(fā)FCB動(dòng)作信號；汽機(jī)跳閘或5041閉合或5042閉合中的任一個(gè)出現(xiàn)時(shí)，F(xiàn)CB狀態(tài)復(fù)位2.4.6DEH及DCS控制系統(tǒng)：在DCS當(dāng)前邏輯畫面中增加“FCB投入按鈕”當(dāng)電氣發(fā)出FCB請求（3s脈沖）或汽輪機(jī)跳閘時(shí)，DCS側(cè)觸發(fā)FCB動(dòng)作信號；FCB動(dòng)作420秒（7分鐘）后或鍋爐MFT,FCB自動(dòng)復(fù)位。2.5、FCB動(dòng)作后恢復(fù)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(fù)點(diǎn)。2.5.1電網(wǎng)故障時(shí)，安穩(wěn)動(dòng)作跳開6號機(jī)主變出口的5041和5042斷路器、保持806處于合閘狀態(tài)，6號機(jī)快速減負(fù)荷帶自身廠用電孤島運(yùn)行。2.5.2若

9、電網(wǎng)故障消除，需要6號機(jī)作為黑啟動(dòng)源點(diǎn)時(shí)，合閘5041或5042對電網(wǎng)供電。2.5.3若電網(wǎng)恢復(fù)送電，6號機(jī)要并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，通過設(shè)備改造，使得5042具備并網(wǎng)功能，利用5042進(jìn)行并網(wǎng)。2.5.4發(fā)電機(jī)故障時(shí)，跳開806出口斷路器，汽機(jī)跳閘、鍋爐運(yùn)行；（即不要求實(shí)現(xiàn)停電不停機(jī)功能）2.5.5汽輪機(jī)故障跳閘時(shí)，發(fā)電機(jī)跳閘（斷開出口短路器806）、鍋爐運(yùn)行。3、問題和風(fēng)險(xiǎn)FCB實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要機(jī)組工藝系統(tǒng)、設(shè)備、控制等統(tǒng)籌配置和協(xié)調(diào)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)FCB觸發(fā)后短時(shí)間內(nèi)，維持機(jī)組的工質(zhì)和能量的快速平衡，需要重點(diǎn)研究應(yīng)對以下問題和風(fēng)險(xiǎn)。3.1風(fēng)險(xiǎn)一：汽機(jī)低負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)機(jī)組發(fā)生FCB后，汽機(jī)將帶

10、超低負(fù)荷（3%左右）運(yùn)行。汽機(jī)滿足FCB工況運(yùn)行時(shí)間大于15分鐘，無上限時(shí)間，但谷峰損失依然存在不確定風(fēng)險(xiǎn)。要控制高排和低壓缸排汽溫度，盡量縮短FCB下運(yùn)行時(shí)間，以高排溫度530C和低壓缸排110C（正常90C以下）為控制點(diǎn)。FCB后再熱器壓力設(shè)定為2MPa。3.2風(fēng)險(xiǎn)二：FCB時(shí)汽機(jī)超速風(fēng)險(xiǎn)機(jī)組發(fā)生FCB時(shí)，汽機(jī)轉(zhuǎn)入負(fù)荷下的轉(zhuǎn)速控制模式。汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制可能失調(diào)、保護(hù)拒動(dòng)，造成汽機(jī)超速風(fēng)險(xiǎn)。故保留“電跳機(jī)”邏輯、保證轉(zhuǎn)速自動(dòng)和保護(hù)回路正常，不實(shí)現(xiàn)FCB的“停電不停機(jī)功能”；FCB試驗(yàn)前進(jìn)行汽機(jī)主汽門、調(diào)門、抽汽逆止門、旁路和電超速傳動(dòng)試驗(yàn)；FCB試驗(yàn)時(shí)保證超速保護(hù)等正常投入。3.3風(fēng)險(xiǎn)三：汽機(jī)大

11、軸抱死風(fēng)險(xiǎn)汽輪機(jī)跳閘后，異常工況可能導(dǎo)致凝汽器溫度高、軸封溫度異常。汽輪機(jī)惰走階段大軸可能抱死。要確保凝汽器溫度高時(shí)旁路能夠關(guān)閉，循環(huán)水正常和軸封正常。利用低旁聯(lián)關(guān)邏輯并已將旁執(zhí)行器改造成為本質(zhì)安全特性（加裝彈簧、失壓關(guān)閉）。確保軸封電加熱器及時(shí)投入，維持軸封供汽溫度大于280C；做好循環(huán)水失去應(yīng)對措施，如發(fā)生循環(huán)水泵跳閘則盡快恢復(fù)。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(fēng)險(xiǎn)四：鍋爐T23因溫度驟變產(chǎn)生裂紋風(fēng)險(xiǎn)機(jī)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(shí)投入而驟降?？赡馨l(fā)生鍋爐水冷壁T23材質(zhì)因給水溫度驟降而大幅下降，造成應(yīng)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(jī)組發(fā)生FCB工況時(shí)，及時(shí)投入除氧器備用汽源;根據(jù)驗(yàn)證性試驗(yàn)優(yōu)化機(jī)組FCB工況目標(biāo)負(fù)荷,以提高機(jī)組給水溫度。3.5風(fēng)險(xiǎn)五：廠用電失去風(fēng)險(xiǎn)FCB后機(jī)組帶廠用電孤島運(yùn)行，發(fā)電機(jī)頻率及相位與外部電網(wǎng)存在偏差、失去同步。如FCB后恢復(fù)并網(wǎng)時(shí)采用806方案，需要人工廠用電切換；機(jī)組FCB孤網(wǎng)運(yùn)行中跳閘時(shí)也需要廠用電切換，可能切換不成功造成廠用電失去風(fēng)險(xiǎn)。故選擇5042作為FCB并網(wǎng)恢復(fù)點(diǎn)、不采用806并網(wǎng)，避免廠用電切換風(fēng)險(xiǎn)。定期試驗(yàn)啟動(dòng)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(yù)想和應(yīng)急演習(xí)。參考文獻(xiàn)外高橋電廠1000MW機(jī)組FCB功能及系統(tǒng)