330MW機組實現FCB 功能的系統配置和動作要求

漆信東，萬 軍，蔡金勵

(1.重慶旗能電鋁有限公司，重慶401420;2.中廣核陸豐核電有限公司，廣東汕尾516600)

0 引言

2001年的美國加州大停電事故震動了全世界，為從事故中吸取經驗教訓，我國各大電網就相關的事故預想和對策進行了研究。如電網內有若干機組在電網故障時能實現不停機，并迅速轉為只帶廠用電作孤島運行(FCB)，就能使電網迅速恢復供電。

重慶旗能電鋁有限公司2×330MW燃煤發電機組位于重慶市綦江區。為了配合重慶鋁產業工業園的建設，確保鋁產業園的的電力供應，園區按照電鋁產業鏈模式，采用電源直供，并與重慶電網相聯。廠內裝設兩臺東鍋生產的亞臨界參數、W型火焰燃燒方式、自然循環DG1114/18.5-II15型汽包爐和北重生產的亞臨界、單軸、一次中間再熱、三缸、雙排汽抽凝汽式NC330-17.75/0.981/540/540汽輪機。

1 FCB概述

機組的快速切負荷FCB(Fast Cut Back)功能是指機組在高于某一負荷定值運行時，因內部或外部電網故障與電網解列，瞬間甩掉全部對外供電負荷，但未發生鍋爐MFT(Main Fuel Trip)的情況下，用以維持發電機帶廠用電或停機不停爐的自動控制功能。機組的FCB功能具有以下意義:

(1)有利于降低電網事故的損失。如果機組具備帶廠用電功能，將有助于電網在最短時間內恢復正常，經濟效益非常明顯。

(2)有利于保護機組的安全。FCB能夠在控制機組脫離瀕臨全停的過程中保證熱力參數不超過安全定值，維持預定的系統運行，給電廠帶來更多的安全。

(3)有利于降低運行成本。機組FCB是在熱態下重新升負荷，可節省大量時間和能耗，對降低運行成本十分有益。

(4)有利于延長設備壽命。停機次數增加，有損設備性能，而成功的FCB使鍋爐熱力參數運行在設計允許范圍內，降低了設備損耗，等同于延長了機組的使用壽命。

2 FCB的幾種典型工況

機組發生快速切負荷，主要有以下幾種典型工況。

(1)小島運行工況。由于電網故障，引起主變壓器出口斷路器跳閘，機組迅速降低負荷并帶廠用電運行，運行時間不少于規定時間(規定時間從20分鐘到2小時不等，沒有統一標準)。

(2)甩負荷工況。由于電廠內部故障，引起發電機出口斷路器跳閘，機組迅速降低負荷至發電機、汽輪機空轉狀況，運行時間不少于規定時間(多數要求不少于20分鐘)。

(3)停機不停爐工況(鍋爐島運行工況)。由于電廠內部故障，引起汽輪機主汽門關閉，汽輪機、發電機停機，而鍋爐快速降負荷至某一工況，并獨立運行一段時間(沒有規定時間)。

3 實現FCB功能機組的系統要求

3.1 熱機設備及系統配置

3.1.1 旁路系統

高壓旁路選擇為70%B-MCR，低壓旁路為2×65%B-MCR，配液動執行機構，具有快速開啟功能。由于鍋爐有較大的熱慣性，如果汽輪機旁路和PCV閥容量不足，即使在鍋爐減負荷過程中汽輪機旁路和PCV閥快速全開，蒸汽壓力仍會大幅度上升，所以鍋爐電磁泄放閥(PCV閥)應按30%容量選擇，以使其與旁路(70%容量)配合動作時，瞬間可釋放大約100%B-MCR流量，以防止過熱器和汽包安全閥的動作，保證鍋爐的負荷變化率在允許的范圍內，同時根據低壓旁路容量來設置108%的再熱器安全閥容量。

3.1.2 給水系統

本工程采用電動給水泵，機組FCB時不存在給水泵汽輪機切換汽源的問題。小島運行時，電動給水泵運行，為提高給水溫度及工質回收，主汽輪機甩負荷后，2#高加仍需投入運行，此時其疏水越級排至除氧器。

3.1.3 凝結水系統

凝結水泵總出力考慮了低旁入口蒸汽量、低旁減溫水量、2#高加疏水量、補水量。選用了兩臺110%容量的凝結水泵，并具備同時投入運行的要求。

3.1.4 抽汽系統

小島運行時，抽汽管道上的抽汽止回閥全部關閉，抽汽系統退出運行。抽汽止回閥配氣動執行機構，可以滿足快速關閉的要求。

3.1.5 輔助蒸汽系統

輔助蒸汽來自高壓旁路出口的低溫再熱蒸汽管道。低溫再熱蒸汽至輔助蒸汽系統閥門為氣動閥，具備快速開啟功能。

3.1.6 除氧器緊急汽源

在鍋爐滿負荷時甩負荷(FCB)工況下，低壓加熱器全部切除運行，除氧器定壓運行，其加熱和除氧用蒸汽由低溫再熱蒸汽提供。

配合汽輪機高壓缸排放裝置設計相應系統，為防止高排逆止門關閉時，高壓缸“悶缸”運行，高排逆止門和高壓缸排放裝置設計聯鎖功能。即高排逆止門關閉時，聯鎖打開高排裝置，防止由于兩閥均為壓力設定而造成不同步。本工程采用北京北重汽輪電機有限責任公司的產品，該機組采用ALSTOM公司首創的汽機中壓缸啟動技術。高中低壓分缸設計，高壓缸抽真空隔離，因此，中、低壓缸在低壓蒸汽中和低背壓下可以長時間帶廠用電運行，機組具有較好的甩負荷性能。

3.2 電氣設備及系統配置

電廠采用手動“串切”方式進行同期。在機組10kV工作段工作電源進線斷路器上，設置手動同期合閘裝置，主要實現對起備變10kV側PT(電網的頻率及相角)和高廠變10kV側PT(發電機頻率及相角)的監視以及手動“串切”合閘功能。即當兩側電源的頻率及相角差滿足同期合閘要求時，先跳開10kV工作段備用電源進線斷路器，再快速合上6kV工作段工作電源進線斷路器;在完成廠用電源切換后，再合上機組主變高壓側斷路器(檢無壓合閘)，將電能通過220kV母線及出線送往鋁工業園園區。

3.3 熱控設備及系統功能

取消鍋爐、汽輪機、發電機(變壓器)相互聯鎖跳閘的橫向大聯鎖保護方式，采用單向聯鎖方式，即只有當鍋爐跳閘后，才會使汽輪機及發電機(主變壓器)產生聯鎖跳閘。即當汽輪機跳閘時，只向后聯跳發電機(主變壓器)，不向前聯跳鍋爐;當發電機故障時，只跳主變壓器出線開關及滅磁，不聯跳汽輪機及鍋爐;系統或主變壓器出現故障，只跳主變壓器出口開關，不聯跳爐、機、電。因此，從保護聯鎖的角度而言，機組能實現停線(路)不停電即FCB;停電(發電機)不停機(汽輪機);停機不停爐。這種聯鎖方式對機組在發生故障后迅速恢復極其有利。

4 機組FCB時各系統的動作過程及要求

4.1 觸發信號

以主變壓器出口斷路器斷開信號為“島運行”觸發信號，原則上應以“硬接線”的方式送鍋爐BMS系統、汽輪機DEH系統、發電機勵磁系統、DCS系統及旁路系統和PCV閥。

4.2 發電機

快速降勵磁并跟蹤廠用電運行工況。

4.3 汽輪機

(1)在103%轉速保護/控制系統作用下，高、中壓汽輪機調節閥“瞬間”、“暫短”、“多次”關閉后，再開啟在一個較小的開度內，維持額定轉速下帶廠用電負荷。103%(OPC)功能調試，是保證轉速穩定和防止超速停機的重要保證。

(2)高壓缸排汽逆止門關閉，高壓缸排放裝置開啟，將做功后的高壓排汽至冷凝器。

(3)由于各段抽汽壓力降低，抽汽逆止門關閉，1# ～3#高加和 5#、6#、7#、8#低加自動解列(2#高加在高旁開啟后，再次投入)。

(4)凝汽器水位、除氧器水位處于自動控制狀態運行，由于給水量的降低，最小流量裝置可能自動投入運行。給水系統應處于調節狀態。

(5)除氧器汽源的切換。

原則上4段抽汽逆止門關閉，應聯鎖啟動輔汽聯箱向除氧器供汽的備用汽源。也可考慮低溫再熱蒸汽作為備用汽源。但在快速降負荷過程中，由于高壓旁路的開啟速度過快，會造成輔汽聯箱的壓力波動，為保證除氧器的安全運行，在輔汽聯箱壓力平穩后，手動開啟備用汽源向除氧器送汽。除氧器短時間沒有汽源，不應有較大影響。“閃蒸”現象，有可能造成水位波動。

4.4 鍋爐

(1)在70%旁路選型下，鍋爐應快速降負荷至最低穩燃(滑參數)工況。

(2)一般采取“快速”、“啟動次序”的方式，以切除燃燒器的方式減負荷，0秒切除第一臺磨，間隔數十秒(試驗確定)后，依次切磨，最終保留一臺磨的燃燒器并投入油槍穩燃。

(3)PCV閥快速開啟，在主汽壓力降低后自動(或手動)關閉(手動關閉應提前設定)。

(4)爐膛負壓等處于自動控制狀態，保護定值可修改為“最大可用數值”，并應作為重點監控對象。

(5)送風、引風、氧量等處于自動控制狀態，氧量自動有可能跳為手動狀態，可在穩定燃燒后手動調整重新投入。

4.5 旁路

旁路應處于熱備用狀態，閥后管道應處于加熱和疏水狀態，以防止水擊和振動。旁路應處于額定壓力保護功能(調節功能)狀態。FCB開始時，高、低壓旁路迅速全開，此時應以硬接線信號作為觸發信號;當鍋爐負荷(流量和壓力)逐漸降低后，旁路逐漸關小;當鍋爐降至最低穩燃負荷并穩定運行時，旁路將處于一個穩定的開度狀態。

4.6 PCV閥

FCB開始時迅速全開，釋放25% ～30%流量。全開后，可以設定為手動關閉或具有自動關閉功能。

4.7 廠用電運行方式

“小島運行”時(包括甩負荷、停機不停爐、RB工況)，主變壓器低壓側及公用變低壓側一直處于帶電狀態，不影響運行中的備用設置，因此不發生備用電源的快速切換。重新并網，采取手動調整方式。

5 結論

大型機組為實現FCB功能，需要在機組設計、設備選型、控制策略、安裝調試等方面提供以下基本條件:鍋爐具有較好的燃燒特性;汽輪機具有低負荷運行性能;電氣系統切換廠用電快速可靠;容量合適的鍋爐壓力飛升控制設備(汽輪機旁路系統、鍋爐PCV閥);較高水平的自動化熱工控制系統的投入。

［1］石佳.1000MW級機組實現FCB功能的熱力系統配置［J］.科技資訊，2008，(31).

［2］馮偉忠.1000MW超超臨界機組FCB試驗［J］.中國電力，2008，(10):62-66.

［3］安欣，劉國弼，張亞夫，等.印尼 Indramayu電站330 MW 機組 FCB 試驗［J］.中國電力，2011，(9).

［4］劉麒，劉麟.FCB功能相關的發變組保護邏輯改造［J］.電力系統保護與控制，2011，(4).