國(guó)產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組FCB功能實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)分析及對(duì)策

1、國(guó)產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組FCB功能實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)分析及對(duì)策章通行 來(lái)源：2009全國(guó)發(fā)電廠熱工自動(dòng)化年會(huì)論文 點(diǎn)擊數(shù)：632 更新時(shí)間：2009-9-6 12:38:19章通行 舒暢（浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司浙江蘭溪321100）【摘要】針對(duì)當(dāng)前國(guó)產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組火力發(fā)電廠未實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速切負(fù)荷（Fast Cut BackFCB）控制功能的現(xiàn)狀，本文依據(jù)浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司對(duì)熱工和電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的FCB功能的成功經(jīng)驗(yàn),總結(jié)并研究了國(guó)產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能的難點(diǎn)，介紹了對(duì)難點(diǎn)問(wèn)題的解決方案，對(duì)其它國(guó)產(chǎn)機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能有一定的借鑒作用。【關(guān)鍵詞】國(guó)產(chǎn)60

2、0MW超臨界機(jī)組FCB難點(diǎn)對(duì)策 0前言FCB（FAST CUT BACK）是指機(jī)組在高于某一負(fù)荷之上運(yùn)行時(shí)，因內(nèi)部或外部電網(wǎng)故障與電網(wǎng)解列，瞬間甩掉全部對(duì)外供電負(fù)荷，但未發(fā)生鍋爐MFT的情況下，用以維持發(fā)電機(jī)解列帶廠用電或停機(jī)不停爐的自動(dòng)控制功能。08年2月初，一場(chǎng)突如其來(lái)的雪災(zāi)，使金衢地區(qū)電力供應(yīng)樞紐雙龍變電所輸電線路受損嚴(yán)重，與之相連的10條500kV輸電線路有7條受損，其中與安徽、福建寧德、溫州甌海3地相連的6條輸電線路全部中斷，與雙龍變聯(lián)系的丹溪變電所輸電線路也只剩一條，供電形勢(shì)岌岌可危。作為向雙龍變電所供電的重要電源點(diǎn)浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，隨之成為金衢兩地最重要的電源供應(yīng)點(diǎn)，電廠

3、的安全穩(wěn)定運(yùn)行成為春節(jié)期間金衢地區(qū)居民用電的重要保障。而機(jī)組與金華雙龍變聯(lián)接的雙蘭5427線、龍?zhí)m5428線采用的是一塔雙回形式，嚴(yán)重的雪災(zāi)對(duì)這回線路及塔架的安全運(yùn)行也造成了嚴(yán)重的影響，機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能的需要非常緊迫。國(guó)產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組容量大、參數(shù)高，F(xiàn)CB實(shí)施的難度相對(duì)較大。作為最惡劣的運(yùn)行工況，F(xiàn)CB成功與否取決于設(shè)備健康水平、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能、運(yùn)行人員素質(zhì)等綜合因素。同時(shí)由于對(duì)FCB在電廠運(yùn)行中所起作用的定位存在不同意見(jiàn)以及顧慮快速減負(fù)荷時(shí)機(jī)爐設(shè)備的安全，長(zhǎng)期以來(lái)設(shè)計(jì)FCB功能的電廠不多，經(jīng)歷實(shí)際試驗(yàn)的很少，生產(chǎn)上成功應(yīng)用的屈指可數(shù)。浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司通過(guò)對(duì)FCB的研究，分

4、析了實(shí)現(xiàn)FCB功能的難點(diǎn)，并對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行了解決。成功的進(jìn)行了FCB試驗(yàn)。1浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司機(jī)組簡(jiǎn)介浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司總裝機(jī)容量為4臺(tái)600MW超臨界機(jī)組。鍋爐采用北京巴威公司制造的超臨界、中間再熱螺旋爐膛直流鍋爐，型號(hào)為。鍋爐采用正壓直吹MPS中速磨制粉系統(tǒng)，前后對(duì)沖燃燒方式。鍋爐出口設(shè)有兩只電磁泄壓閥，總排放量，三只分離器安全門(mén)，總排放量，一只過(guò)熱器安全門(mén)，排放量，再熱器進(jìn)口安全門(mén)總排放量，再熱器出口安全門(mén)。汽機(jī)采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組型號(hào)為。汽機(jī)高低壓旁路系統(tǒng)采用兩級(jí)串聯(lián)旁路，高旁容量為40%BMCR流量，低旁容量是40%BMCR流量加高旁額定減溫水流量

5、。高壓加熱器采用大旁路系統(tǒng)。給水系統(tǒng)采用2臺(tái)容量為50%的汽動(dòng)給水泵和1臺(tái)30%的電動(dòng)給水泵。除氧器可滑壓運(yùn)行。電氣一次系統(tǒng)均采用發(fā)電機(jī)、變壓器單元接線，以500kV電壓等級(jí)通過(guò)兩條同架雙回線雙蘭5427線、龍?zhí)m5428線送至金華雙龍變。500kV GIS配電裝置采用11/2斷路器接線，設(shè)置3個(gè)斷路器串加一個(gè)高壓備變斷路器，其中第1、2串各接有1回主變500kV進(jìn)線和1回500kV出線，第3串為主變500kV進(jìn)線串。4臺(tái)機(jī)公用的1臺(tái)停機(jī)/備用電源取自500kV系統(tǒng)，使用1個(gè)500kV斷路器，接于500kV2母線。發(fā)電機(jī)出口設(shè)斷路器，正常的并網(wǎng)、解列操作在發(fā)電機(jī)出口斷路器上實(shí)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)與主變壓器

6、用離相封閉母線相連接，發(fā)電機(jī)采用自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。2實(shí)現(xiàn)FCB功能的難點(diǎn)研究及改進(jìn)機(jī)組FCB動(dòng)作時(shí)，機(jī)組主要參數(shù)將發(fā)生劇烈變化，相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)該能夠快速響應(yīng)，以下是對(duì)機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能的幾個(gè)難點(diǎn)研究及改進(jìn)：FCB動(dòng)作后，爐壓力飛升超壓?jiǎn)栴}FCB動(dòng)作后，汽機(jī)調(diào)門(mén)快速關(guān)小，而鍋爐具有較大的蓄熱和慣性，產(chǎn)汽能力是緩慢下將的，這時(shí)機(jī)爐負(fù)荷將造成嚴(yán)重的不平衡，而旁路容量只有40%，可以肯定的是，鍋爐壓力將飛升而引起超壓?jiǎn)栴}。解決的辦法是盡可能快地打開(kāi)旁路，盡可能快地降低熱負(fù)荷，并利用電磁泄壓閥和安全門(mén)進(jìn)行短時(shí)泄壓，然后利用旁路系統(tǒng)控制壓力緩慢下降至目標(biāo)值。蘭溪發(fā)電廠機(jī)組電磁泄壓閥總排放量316.4t

7、/h, 分離器安全門(mén)總排放量1499.4t/h, 過(guò)熱器安全門(mén)排放量198.4t/h, 總計(jì)為104%BMCR；再熱器進(jìn)口安全門(mén)總排放量775.5t/h, 再熱器出口安全門(mén)，總計(jì)為107%BMCR，完全滿足FCB工況下的泄壓要求。但是由于我公司機(jī)組三個(gè)分離器安全門(mén)和過(guò)熱器安全門(mén)動(dòng)作定值相同，當(dāng)壓力快速上升后，將會(huì)一起動(dòng)作和回復(fù)，1499.4 t/h的蒸發(fā)量變化將對(duì)鍋爐造成巨大擾動(dòng)，因此進(jìn)行修改過(guò)熱器安全門(mén)和分離器安全門(mén)定值，適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)動(dòng)作值，將三個(gè)分離器出口安全定值修改為、30.76 MPa、30.26 MPa,避免一起動(dòng)作和回復(fù)。當(dāng)機(jī)組FCB動(dòng)作時(shí)，為了控制壓力上升速度，應(yīng)立即快速打開(kāi)鍋爐過(guò)熱

8、器PCV閥快速排汽泄壓。具體的做法是利用FCB信號(hào)（圖6-1）直接觸發(fā)開(kāi)啟過(guò)熱器PCV閥并保持30s；考慮到當(dāng)鍋爐泄壓當(dāng)高旁能夠承受時(shí)，在高旁自動(dòng)的情況下高旁應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)節(jié)關(guān)閉，因此采用高旁全開(kāi)信號(hào)消失作為過(guò)熱器PCV閥泄壓結(jié)束信號(hào)，當(dāng)高旁全開(kāi)信號(hào)消失后延時(shí)5秒且回座壓力滿足時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉電磁泄壓閥。為了使鍋爐壓力得到較好的控制，旁路需要完成兩個(gè)功能，一是，在FCB發(fā)生后立即自動(dòng)全開(kāi)，二是及時(shí)切至壓力控制方式，當(dāng)鍋爐熱負(fù)荷下降時(shí)逐漸關(guān)小，并使鍋爐壓力滑向預(yù)置的設(shè)定值，壓力設(shè)定值根據(jù)燃料量決定,35%額定負(fù)荷對(duì)應(yīng)為15Mpa，由DCS計(jì)算后送至旁路系統(tǒng)。電氣FCB發(fā)生時(shí)，BPS高旁投入FCB方式下壓

9、力控制，控制壓力為鍋爐負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力設(shè)定值(鍋爐指令對(duì)應(yīng)F（X） 35：15，100：24.2.并設(shè)有5S慣性環(huán)節(jié))，為了保證冷再的流量不至于太小甚至斷流，設(shè)置了最小閥位10%。當(dāng)FCB復(fù)位后切回正常的壓力控制，操作員可通過(guò)LCD畫(huà)面修改高旁壓力設(shè)定值。FCB動(dòng)作后，鍋爐快速減熱負(fù)荷問(wèn)題蘭溪發(fā)電廠所有機(jī)組都通過(guò)機(jī)組RB試驗(yàn)并取得成功，RB過(guò)程中各主參數(shù)控制品質(zhì)優(yōu)良。然而，機(jī)組FCB過(guò)程中，由于蘭溪發(fā)電廠旁路配置為40%旁路，需要鍋爐快速減熱負(fù)荷在40%以下，為了保證旁路具有一定的調(diào)節(jié)能力，將目標(biāo)負(fù)荷確定為35%BMCR。根據(jù)機(jī)組RB試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，在一次風(fēng)機(jī)RB和給水泵RB工況下，均采用鍋爐降負(fù)荷

10、率自動(dòng)改變?yōu)?00 % /min，主參數(shù)在可控范圍內(nèi)。根據(jù)機(jī)組最低穩(wěn)燃試驗(yàn)情況，保持2臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，鍋爐燃燒穩(wěn)定性能夠得到保證，為了防止在FCB過(guò)程中，燃料量劇降，導(dǎo)致鍋爐熄火，因此，F(xiàn)CB動(dòng)作后將保持2臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，投一層油槍?？紤]到鍋爐負(fù)荷指令突降，爐膛壓力波動(dòng)較大，爐內(nèi)燃燒工況極不穩(wěn)定的原因，在機(jī)組滿負(fù)荷FCB過(guò)程中，立即從上至下順序自動(dòng)延時(shí)切除鍋爐燃燒器。根據(jù)2008年3月14日，我公司#2機(jī)組磨煤機(jī)D、磨煤機(jī)F同時(shí)跳閘，動(dòng)作過(guò)程中，爐膛負(fù)壓最低-0.78 Kpa，最高0.87 Kpa，主汽溫度最低到的情況，確定FCB工況下同時(shí)跳兩臺(tái)磨煤機(jī)，間隔5S跳另一臺(tái)磨，保留兩臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，投一

11、層油助燃，同時(shí)，為了減少爐膛壓力擾動(dòng)和保護(hù)脫硫系統(tǒng)的安全，快開(kāi)脫硫旁路擋板，增壓風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度到原開(kāi)度70%。鍋爐在FCB工況下的以上動(dòng)作信號(hào)采用下圖中鍋爐FCB動(dòng)作。圖一鍋爐FCBDEH轉(zhuǎn)速控制問(wèn)題1）功率負(fù)荷不平衡（PLU）當(dāng)甩負(fù)荷情況發(fā)生時(shí)，這個(gè)回路用來(lái)避免汽輪機(jī)超速。當(dāng)汽輪機(jī)功率（用再熱汽壓力表征）與汽輪機(jī)負(fù)荷（用發(fā)電機(jī)電流表征）不平衡時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)超速。PLU回路檢測(cè)到這一情況時(shí)，迅速關(guān)閉高、中壓調(diào)節(jié)閥（CV與ICV），抑制汽輪機(jī)的超速。當(dāng)汽輪機(jī)功率（用再熱汽壓力表征）大于汽輪機(jī)負(fù)荷（用發(fā)電機(jī)電流表征）額定負(fù)荷的40%，超過(guò)該設(shè)定值并且發(fā)電機(jī)電流的減少超過(guò)40%/10ms時(shí)，功率負(fù)

12、荷不平衡繼電器動(dòng)作，快速關(guān)閉高壓和中壓調(diào)節(jié)閥。2）加速度限制(ACC)當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于3060 rpm、加速度大于49rpm/s時(shí)，加速度限制回路(ACC)動(dòng)作，快速關(guān)閉中壓調(diào)節(jié)閥，抑制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速飛升。3）汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制在汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)前，DEH為轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速控制器計(jì)算產(chǎn)生閥門(mén)的流量指令，該指令通過(guò)閥門(mén)流量曲線分配以產(chǎn)生每一CV及ICV的開(kāi)度指令。比例加積分控制器用以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速加速度控制，通過(guò)比較設(shè)定升速率與實(shí)際升速率來(lái)完成，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的偏差變小，這個(gè)小偏差信號(hào)被小選器選中，實(shí)際上相當(dāng)于目標(biāo)升速率逐漸變小，結(jié)果使實(shí)際轉(zhuǎn)速控制在目標(biāo)轉(zhuǎn)速上。當(dāng)汽機(jī)的

13、轉(zhuǎn)速在未并網(wǎng)前且汽機(jī)轉(zhuǎn)速小于2950rpm時(shí)，調(diào)門(mén)的控制回路一直由轉(zhuǎn)速加速度控制回路和速度控制回路來(lái)控制；但在轉(zhuǎn)速至2995rpm轉(zhuǎn)后，調(diào)門(mén)控制回路將不再接受轉(zhuǎn)速回路和加速度回路的控制，即使轉(zhuǎn)速低于2995rpm。此時(shí)的汽機(jī)轉(zhuǎn)速由一次調(diào)頻控制（無(wú)限制回路），不等率4.5%。汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后，汽機(jī)控制采用發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)閉合信號(hào)作為轉(zhuǎn)速控制回路切換信號(hào)，切換到一次調(diào)頻回路（有11rpm限制）。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速有差時(shí)，一次調(diào)頻動(dòng)作，頻率調(diào)整給定按不等率5%隨轉(zhuǎn)速變化而變化。機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)被拉開(kāi)，發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)閉合信號(hào)信號(hào)消失，轉(zhuǎn)速控制回路切換信號(hào)，切換到一次調(diào)頻回路（無(wú)限

14、制回路），而邏輯中，為了保證在甩負(fù)荷過(guò)程中，汽機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)品質(zhì)符合要求。機(jī)組甩負(fù)荷發(fā)生后，將流量指令初始值設(shè)置成5%（汽輪機(jī)廠家根據(jù)汽輪空負(fù)荷試驗(yàn)獲得）。為了保證甩負(fù)荷后期轉(zhuǎn)速控制的穩(wěn)定性，邏輯設(shè)計(jì)了變不等率回路，PLU或ACC動(dòng)作后8S后將不等率從4.5%變參數(shù)為16%。以上為我公司轉(zhuǎn)速控制狀況，當(dāng)機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB動(dòng)作后，機(jī)組帶廠用電運(yùn)行，油開(kāi)關(guān)需要保持在合閘狀況。按照設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速控制回路，只能通過(guò)一次調(diào)頻回路（有11rpm限制）控制轉(zhuǎn)速，這顯然不能滿足FCB轉(zhuǎn)速控制要求。需要改進(jìn)控制策略，增加FCB工況下，將控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在3000 r/min邏輯。由于在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，油開(kāi)關(guān)被拉開(kāi)，油開(kāi)關(guān)閉合信

15、號(hào)信號(hào)消失，油開(kāi)關(guān)閉合信號(hào)作為轉(zhuǎn)速控制回路切換信號(hào)，切換到一次調(diào)頻回路（無(wú)限制回路）。而FCB動(dòng)作后油開(kāi)關(guān)需要保持在合閘狀況，因此需要增加電氣FCB動(dòng)作信號(hào)作為轉(zhuǎn)速控制回路切換信號(hào)，切換到一次調(diào)頻回路（無(wú)限制回路）。而其他動(dòng)作過(guò)程和機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)工況一致，因此，其他控制回路不需要進(jìn)行改進(jìn)，只需對(duì)參數(shù)根據(jù)FCB工況和甩負(fù)荷工況的不同特性進(jìn)行微調(diào)。 發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)采用流量指令5%，考慮到帶25MW負(fù)荷，因此，將汽機(jī)FCB動(dòng)作后快速在DEH轉(zhuǎn)速回路中的流量指令初始值從5%改為7%?？紤]FCB動(dòng)作后，汽輪機(jī)帶一定負(fù)荷，需要加強(qiáng)轉(zhuǎn)速控制回路的控制作用，因此將原低不等率選擇時(shí)間從PLU或ACC動(dòng)作后8

16、S改為12S。將原不等率從4.5%切換16%改為從4.5%切換7%。圖二試驗(yàn)過(guò)程曲線汽機(jī)方面: 發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)動(dòng)作后67毫秒機(jī)組轉(zhuǎn)速開(kāi)始飛升，轉(zhuǎn)速在秒內(nèi)從3000r/min迅速上升至3104r/min，隨后轉(zhuǎn)速即開(kāi)始下降，經(jīng)過(guò)20秒后，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000r/min（見(jiàn)圖三）.各軸承振動(dòng)最大波動(dòng)為（#5軸承X方向），.高壓缸排汽溫度：左側(cè)由升至，右側(cè)由升至。軸承金屬溫度、推力瓦溫度無(wú)明顯變化，高旁閥后溫度47秒后到最高397。 圖三FCB動(dòng)作汽機(jī)轉(zhuǎn)速曲線鍋爐方面: 爐膛負(fù)壓先降至最低后上升至最高然后恢復(fù)正常,主汽壓最高至；主汽溫變化過(guò)程中，直接下降最低至，再熱汽溫最低至; 主蒸汽溫度7分鐘下降了40。給水流量從1407t/h到電氣方面: 發(fā)電機(jī)電壓在有功突降到帶廠用電穩(wěn)定后，從初始的在15ms后達(dá)到最大值，受汽機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，發(fā)電機(jī)電壓的第一波擾動(dòng)的結(jié)束時(shí)間為7秒，第二波擾動(dòng)結(jié)束為12秒，第三波擾動(dòng)結(jié)束時(shí)間為17秒，最終電壓穩(wěn)定在。表1：FCB試驗(yàn)過(guò)程前后發(fā)電機(jī)參數(shù)對(duì)比試驗(yàn)狀態(tài)P(MW)Q(MVar)Ut(kV) 試驗(yàn)前 試驗(yàn)后  從勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部記錄發(fā)現(xiàn)，PSS輸出已到限幅值，在PSS不退出的情況下，發(fā)電機(jī)電壓可能會(huì)更高。本次FCB試驗(yàn)結(jié)果來(lái)說(shuō),機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)都在可控范圍內(nèi)，因此本次試驗(yàn)是成功的。4結(jié)論從我公司FCB