关于大型发电机组FCB方案的探讨

关于大型发电机组FCB方案的探讨
作者：陈伟
来源：《科技创新与应用》2015年第08期
摘要：国内电网容量比较大，既有火电也有水电，因此对老火电机组装设FCB功能并没有特别要求，但对新建机组都要求具备FCB功能。

FCB是大型机组适应电网突发事故的一种孤岛运行方式；在这种方式下，汽轮机若能在较短时间内快速并网发电，对机组的安全经济运行及电网的安全稳性定具有重要意义。

关键词：FCB；孤岛运行；安全经济；安全稳定
FCB是指火电机组在电网发生故障情况下，机组主变出线开关跳闸，不联跳锅炉和汽机，高低旁路快开，发电机带机组的厂用电运行；若汽机故障跳闸，则厂用电切至备用电源，高低旁路快开，锅炉快速减少燃料，停机不停炉。

1 实现FCB的前提条件
1.1 硬件条件
（1）锅炉具有较好动态调节特性；（2）汽轮机具备低负荷运转能力；（3）足够容量的汽机旁路系统；（4）厂用电快切可靠。

1.2 软件条件
（1）热工水平必要的基本条件：（2）机组控制DCS须硬件一体化；（3）模拟量（MCS）自动调节须全程控制，必须投入机炉协调控制（CCS）；（4）设计合理的机组顺序控制（SCS）；（5）可靠的设备联锁控制；（6）安全的热工保护。

1.3 主要验证试验项目
（1）低旁容量试验；（2）凝结水系统供水能力试验；（3）冷再供辅汽能力试验；（4）小机汽源切换试验；（5）除氧器供汽切换试验；（6）甩负荷试验。

2 大型机组设备概况（以红海湾发电厂机组为例）
3号机组装机容量为660MW；锅炉为单炉膛、一次再热、平衡通风、低NOx旋流式煤粉燃烧器、超超临界压力直流炉；给水系统配置2×50%BMCR汽动给水泵和1台30%BMCR电动给水泵。

汽机为一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽式；汽轮机旁路为高、低压二级串联、容量分别为40%BMCR，52%BMCR。

发电机冷却方式为水-氢-氢，励磁方式为静态可控硅自并励。

3 FCB逻辑功能
FCB逻辑条件如下（见图1）：（1）机组负荷小于245MW（38%BMCR），汽轮机跳闸，锅炉运行，停机不停炉。

（2）机组负荷大于245MW，发电机解列，但汽轮机和锅炉不联跳，发电机带厂用电。

图1 红海湾发电厂FCB逻辑原理图
主要实现功能：（1）发电机解列，锅炉和汽轮机运行带厂用电负荷；（2）汽轮机跳闸，旁路快开，保持锅炉运行。

4 实现FCB技术要点
（1）机组自动控制系统问题。

当触发FCB，汽轮机转速快速上升，机组PLU动作，CV、IV阀快速关闭，以防止汽机超速。

不平衡信号消失，调门渐开维持汽轮机3000r/min运行。

当汽轮机转速大于3060r/min，IV阀快关，抑制汽轮机的转速飞升。

3号机在168试运前后已分别成功完成辅机RB试验及50%、100%甩负荷试验，控制系统经受住考验。

（2）高、低压旁路容量问题。

3号机组配有1个40%容量的高旁阀，2个52%容量的低旁阀，锅炉过热器配备2个电磁泄压阀，总排放量15%BMCR，FCB触发时，锅炉按带38%BMCR流量算，还差10%的安全容量，需通过增加PCV阀或改造旁路来实现。

汽机现有高低压旁路系统采用两级串联旁路，并且是采用的是液压动力执行机构，高低旁阀本身都具备在3s内快开功能，即使在机组处于660MW的满负荷状态下，也可以通过高低旁和电磁泄压阀排放多余工质。

（3）锅炉蒸汽压力控制问题。

FCB动作时，锅炉通过打开过热器PCV阀快速泄压，汽轮机通过快开高低旁路减温降压，有效控制锅炉超压问题。

FCB动作后，主汽压力由旁路控制，控制设定值对应锅炉燃料量。

（4）小机汽源切换。

机组正常运行时，小机汽源取自汽轮机四段抽汽，汽轮机甩负荷后，抽汽压力迅速下降，紧急启动电动给水泵来不及维持锅炉给水量，容易致使直流炉煤水比失调而导致锅炉MFT。

故要使小机维持正常运行，必须迅速切至备用汽源。

因为高压旁路快开，冷再蒸汽依然存在，所以小机备用汽源采取本机冷再供给。

结合技术要点，机组负荷>520MW时触发FCB，其动作顺序控制图如下（见图2）。

图2 FCB动作顺序图
主要实现效果：（1）MCS系统控制全开过热器所有PCV阀，维持30s后，开始关闭第一只PCV阀，然后每隔5s再关闭一只；3s内全开高、低压旁路阀，并投入喷水减温；机组控制方式切至BF；超驰给定负荷指令为38%BMCR。

（2）B-SCS系统控制关闭再热器减温水电动门，防止FCB动作后再热汽温扰动过大。

（3）BMS系统控制快速降低燃烧率的过程中稳定锅炉燃烧。

（4）DEH系统控制平衡汽机转速。

（5）电气保护，自动切换厂用电。

5 目前国内大型电厂FCB实施情况
由上列表可知，国内已经实现FCB功能机组既有进口机组，也有国产机组；既有超临界、超超临界机组，也有亚临界机组；既有直流锅炉机组，也有汽包锅炉机组。

从设计上来说，针对实现FCB功能目前还没有技术标准可以参考，但从其技术控制本身而言是可行的。

6 结束语
实现FCB不但提高电网运行的安全性，还大大提高了电厂自身的安全性。

否则一旦电厂出线出现故障或电网发生崩溃，全厂停电，还需电网恢复后给电厂倒送电，机组才能逐步启动恢复，浪费大量时间和金钱。

如果具备了FCB能力，出现上述故障时，机组可以自动维持运行，一旦待电网故障点切除，可立即恢复对外供电，大大减轻了运行人员的负担，这对电厂和电网来说是双赢结果。

参考文献
[1]沈丛奇，周新雅，姚峻.火电机组FCB功能及其应用[J].上海电力，2007，20（3）：251-254.
[2]冯伟忠.大机组实现快速甩负荷的现实性及技术分析[J].动力工程，2008，4.。