斯坦納瑞項目FCB工況下DEH控制系統的改進

周海

摘 要

火電廠快速減負荷（fast cutback，FCB）功能是大型機組不可缺少的重要安全保障，通過對波黑斯坦納瑞300MW燃煤機組FCB功能控制要求的分析，對DEH控制系統的改進。

【關鍵詞】300MW FCB DEH 改進

1 引言

波黑斯坦納瑞電站地處波黑北部，為東方電氣在歐洲的第一個火電項目，該電站為波黑及相鄰歐洲國家供電，為保證波黑地區電網及電廠運行安全，發電機組需要具備孤島運行的FCB功能（Fast Cut Back）。

斯坦納瑞電廠機組為1×300MW亞臨界燃煤機組，汽輪機為東方汽輪機有限公司生產的N300-16.7/538/538。東方汽輪機有限公司在引進和廣泛吸收國、內外先進技術的基礎上，生產出新一代與300MW等級汽輪機配套的全電調型DEH控制系統。控制系統硬件采用ABB公司最新開發的具有世界先進水平的S+系統。

2 DEH在FCB運行中存在的問題

（1）由于企業內部電網與外部電網解列可能性十分復雜，無法給出準確的與外網解列信號，很多情況下只能通過事發后電能質量參數以及汽輪機運行參數得知，往往因為處理不及時造成機組超速或低周波跳閘。

（2）在與外網解列瞬間，為能快速控制機組轉速，常規控制系統需要人工調整負荷設定值。由于人工調整慢、隨機性較大，不能快速控制負荷及時穩定運行工況。

（3）超速控制策略設置不合理。當機組發生甩負荷時，不僅要保證機組轉速不能超過安全規定值，還需盡快穩定運行工況，保證廠用電供給。

3 DEH控制系統的改進

3.1 DEH電網解列信號選擇

波黑斯坦納瑞電站只有一個高壓出口開關，故直接選擇高壓出口開關的輔助接點送給DEH和DCS作為電網并網解列信號。

3.2 DEH防止超速回路

機組正常運行時，突然瞬間全甩外部電網負荷或者發電機解列，機組會出現轉速飛升。為防止超速，DEH瞬間觸發OPC動作。由于FCB動作也是靠并網開關判斷，所以DEH使用的是和甩負荷相同的0PC動作回路。

OPC超速保護回路具體邏輯如下：當機組負荷大于45Mw時，FCB或脫網信號觸發OPC動作1.5秒，等轉速降到允許值3060r/min時OPC動作結束。并且DEH的TP800卡件本身具備OPC保護功能。

3.3 FCB時DEH轉速控制回路

在FCB時，汽輪發電機立即轉為轉速控制方式，確保整個過渡過程的轉速變化在允許范圍內，并在過渡過程結束后維持轉速穩定，這對汽機的轉速控制提出了較高要求。勵磁調節系統要保證發電機電壓。

甩負荷時，發電機的磁力突然接近零或到零，汽機高中壓缸的調節汽門快速關閉，由于調門的關閉速度小于發電機甩負荷，汽機的轉速會出現飛升。其飛升幅度取決于機組當時出力，出力越大飛升幅度越大。其飛升幅度還取決于調門快關時間，快關時間越長上升幅度越大，另外還取決于調門關閉的嚴密性和汽輪發電機的轉動慣量。由于帶廠用電的FCB比3000RPM空載時發電機甩負荷量小些，所以汽機轉速飛升幅度也小。在汽機轉速回降時，調門重新開啟應及時，避免出現汽機轉速過低，一般汽機轉速在一分鐘左右能達到穩定。

如果汽機轉速飛升過大，汽機會因超速而跳閘，過低的轉速不能維持所帶輔機的正常運行，帶廠用電的FCB失敗，輔機可以快切到其他電源繼續運行，汽機過渡到空載3000RPM的運行方式。

3.4 DEH系統優化

為保證甩負荷過程中，汽輪機轉速調節品質符合要求，該項目轉速PID控制器采用比較強的PI參數控制回路。該工程使用ABB最新的S+系統，其中BTC控制器的掃描周期為100ms，轉速PID的參數設置為：Gain=0.35，P=0.2，I=6，伺服卡使用的是ABB最新的VPM810卡件，卡件設置PI參數為：KP=20，KI=80。

為保證機組轉速飛升不要過大，需要控制調門的快速關閉時間。斯坦納瑞電廠DEH控制調門快速關閉時間的方案如下：

繼電器硬回路直接控制油動機的快關電磁閥直接帶電排油。繼電器硬回路包括軟件OPC動作（控制器）、TP800 OPC動作、TP800 PLU動作。ABB專用TP800卡件.TP800是具有微處理器的智能模件，能夠獨立與控制器工作，保護響應時間小于8ms，通過SIL3安全保護認證.能夠提供多種保護功能（103%OPC，超速停機，預估停機，解列甩負荷保護，3種功率負載不平衡保護（RSPLU，EVA，CIV）。

實測閥門關閉時間如表1。

由于FCB工況時，機組蒸汽參數較高，為了更好的控制轉速，特將DEH的閥門流量曲線進行了優化。

該工程的中調門流量指令=總流量指令×3。優化的中調門流量曲線如圖1。

優化的高調門（單閥模式）流量曲線如圖2。

4 FCB試驗及FCB數據分析

4.1 FCB試驗

機組FCB試驗前，先完成了機組的甩負荷試驗，試驗的成功可以證明鍋爐在大幅度快減負荷后能夠穩定運行，汽機的調速系統能夠在瞬間失去負荷的極端工況下保證汽輪發電機不超速，能夠維持3000rpm的轉速。斯坦納瑞電廠甩負荷、FCB試驗情況如下：

（1）2016年2月28日成功完成150MW和300MW工況的甩試驗

（2）2016年2月29日成功完成300MW工況的FCB試驗，在沒有任何事先人工干預的情況下機組負荷由試驗前的298MW瞬間至帶廠用電的27MW，汽機轉速最高3124rpm，最低2973rpm，10秒后穩定在3000rpm，大約14min后，機組重新并網，試驗非常成功。

4.2 100%FCB數據分析

此次FCB試驗的可以看出DEH的響應速度，及轉速控制能力都滿足要求。

5 結束語

FCB能使電網大事故時保存部分電源點、還可能保存一塊區域電網，為電網的恢復奠定了基礎。FCB能在出線、汽機、發電機故障消除后很快重新并網供電，減少了機組的電量損失、節約了鍋爐重新啟動的成本，減少了鍋爐跳閘造成的壽命消耗。由于機組FCB的技術難度較大，其動作的成功率較低，而且使用不當可能損壞機組設備。所以需要投入力量對有可能實現FCB的機組進行研究、改進和試驗，使FCB功能可靠投運。

本文旨在通過對波黑斯坦納瑞電廠實例，闡述機組FCB的意義，對DEH功能進行優化。

參考文獻

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