局域網運行中 FCB功能對機組系統的要求及對壽命的影響

門希華

（寧夏天元錳業集團有限公司，寧夏 中衛 755100）

1 引言

某公司智能局域網設計要求新建 2×350MW 超臨界間冷機組必須具備 FCB 功能，即機組具有帶廠用電運行的能力，項目概況及網架結構如圖1所示。由于用戶側或線路出現故障而機組本身運行正常的情況下，主變出口開關跳閘，不聯跳汽機和鍋爐，發電機帶機組廠用電運行，汽機轉速保持在 3000r/min，鍋爐快速減少燃料量，高低壓串聯旁路快速開啟，實現機組僅帶廠用電的“孤島”運行方式。在外部故障排除后迅速再次帶負荷，極大地縮短了再次帶負荷的時間，減少了機組的啟動次數。而且，即便是外部故障短時間無法排除，機組也能更安全地進行停機操作。

圖1 項目概況及網架結構

2 為實現本工程項目機組 FCB功能，機組各系統需解決的問題及采取的措施

2.1 鍋爐專業

鍋爐專業需解決的問題及采取的措施包括：（1）根據汽機側變更后的旁路容量（高旁容量為 70%，低壓旁路容量為65%），核實對鍋爐受熱面的影響及采取的措施，并核實過熱器 PCV 閥的總排放量≥30%BMCR（鍋爐最大連續蒸發量）容量。措施：經鍋爐廠設計核算從汽機旁路出來的蒸汽參數滿足鍋爐廠再熱器入口的設計壓力和設計溫度要求，保證鍋爐安全。在過熱器出口增加 PCV 閥 （增加的 PCV 閥總排量定為20%BMCR 容量），整個過熱器出口 PCV 閥的總排放量達到30%BMCR 容量滿足要求。（2）鍋爐再熱器安全閥容量必須按照 100%BMCR 容量設計，再熱器安全閥為可調式安全閥（再熱器安全閥 FCB時設置逐級起跳，避免工質大量損失）。措施：目前鍋爐廠已供貨的安全閥為彈簧式安全閥，已無法變更。已要求鍋爐廠在再熱器出口增加 PCV 閥（PCV 閥總排量定為約 10%BMCR 容量），而且再熱器 PCV 閥可設置成逐級起跳[1]。

2.2 汽輪機專業

本工程汽輪發電機組儀控設備現階段配置是否滿足完成FCB 功能？（要求：汽輪機液壓系統宜采用動作靈敏的方案，多指調門盡量采用獨立油動機控制，以避免調門重疊度影響調節性能。油動機在最大進油的條件下從全開到全關所需要的油動機時間常數小于 150ms，即 OPC 動作后主氣門動作時間）。在伺服閥指令控制下全關和全開的時間小于 500ms。在OPC 電磁閥斷電后，OPC 油壓恢復時間小于 400ms。油泵和蓄能器容量應具有較大的裕量，液壓系統動作對油壓的影響不大于 5%。應配置雙支 LVDT（線性位移傳感器）。為了響應電網的快速變負荷要求，孤網運行的機網協調系統在每臺發電機組配置了快速調頻裝置，要求汽輪機伺服閥和 OPC 電磁閥直接接受快速調頻裝置的指令。在并網之前，DEH 通過快速調頻裝置控制汽輪機調門。在并網之后，由快速調頻裝置根據電網控制的要求直接控制汽輪機調門和快關電磁閥。要求 DEH 系統通過硬接線與機網協調系統交換信號。要求 DEH 保留 15個模擬量輸入信號，并分散在3塊卡件中；保留9個模擬量輸出信號，并分散在3塊卡件中；保留6個開關量輸入信號；保留13個開關量輸出信號。

措施：本工程汽輪機調節系統油動機反饋裝置選用磁致伸縮式 LVDT，可靠性很高，不需要配置雙支 LVDT；本機組為新技術新工藝機型無 OPC 功能，每個油動機2個快關電磁閥，可以實現閥門的快關功能。快關后能夠迅速打開閥門，具體時間滿足要求；關于新增 IO 信號，在設計階段已經增加滿足要求。

2.3 發電機專業

發電機專業需要解決的問題和措施為：

1）發電機及其勵磁系統應能夠按照 0.85 的功率因數，在輸出額定有功和無功功率的情況下長期穩定運行。其勵磁應選用高性能的產品，以滿足電網無功調節的要求。勵磁系統應具有外部通信接口，以利用電網運行方式的分析和調整。

措施：本機組設計選型以及技術參數可以滿足要求（外部通信接口為 MODBUS）。

2）發電機勵磁系統必須具有增減磁信號粘連防錯功能。

措施：本機組設計選型可以滿足要求。

3）要求發電機組配供輔機設備具備低電壓穿越能力。當發電機出口電壓跌到 70%以下時，是否能維持并網運行 1.5s。

措施：本機組發電機出口電壓跌到 70%以下時，勵磁系統仍然能保證2倍勵磁電流。輔機設備具備低電壓穿越能力。

2.4 凝汽器專業

需核實高低壓旁路容量發生（高旁容量改為 70%，低壓旁路容量為 65%）變化且機組 FCB時，凝汽器三級減溫減壓器、凝汽器面積、尺寸是否發生變化。

措施：根據目前邊界條件，經設計核實凝汽器三級減溫減壓裝置、凝汽器面積尺寸不發生變化。

3 FCB對汽輪機壽命的影響

FCB 對汽輪機壽命的影響主要包括：

1）機組從滿負荷突然降到輔助負荷（5%～10%），第一級溫度瞬時下降大約 139℃;

2）過熱器出口溫度適應新的燃燒率，主汽溫度降低，導致第一級溫度在大約 15min 內進一步下降 111℃；

3） 第一級溫度下降造成在最初瞬間后大約 10～15min 產生應力峰值，大約 1h 后應力慢慢降到零。如果保持輔助負荷1h 或更長時間，轉子被迫冷卻到一個新的平衡狀態。為避免出現反方向的較大應力，隨后的重新加負荷應按較慢的升負荷率進行。

對于本工程，汽輪機轉子額定轉速為 3000r/min，由滿負荷突降到輔助負荷引起的應力峰值經 100～400 次完全的應力循環后，可造成轉子出現初始裂紋，因而這種大小的單次循環將占轉子正常負荷變化總疲勞壽命的大約 0.25%～1%，但是除非多次出現這種瞬態情況，這種壽命減少不算大。為使轉子疲勞損傷積累為最小，通常建議機組運行甩負荷帶廠用電的時間小于 5～10min，以在產生應力峰值之前恢復到原來的運行狀態，建議僅在電力系統工況絕對必要時才在失去負荷后帶輔助負荷運行。