超临界FCB功能机组高压旁路系统控制策略分析

陈佳麟，高起栋，高巨贤

（宁夏京能宁东发电有限责任公司，宁夏 银川750400）

1 FCB功能介绍

FCB工况是指并网机组在电网或线路发生故障，而机组本身无故障的情况下，机组主变出线开关跳闸，机组能够快速降低负荷，实现机组只带厂用电的“孤岛运行”方式。

FCB动作后发电机迅速甩负荷至厂用电，汽轮机在OPC（超速控制）功能控制下快速关闭调门，将转速稳定在3 000 r／min，汽轮机旁路系统控制机组的汽温和汽压，维持机组工质和能量的平衡，从而保证厂用电在FCB工况下的频率稳定；锅炉以RB方式快速减负荷，保证一定的最低稳燃负荷；使锅炉蒸发量不超过旁路的通流量，而后以一定速率下滑至锅炉热负荷对应下的压力参数，同时此压力定值要兼顾锅炉的蓄热要求，防止直流锅炉转湿态运行以及温度下降过快。其它各相关设备依据FCB工况联锁动作，保证系统参数稳定。

FCB功能的实现为发电机组在高度自动化方式下运行提供了安全保障，不仅能使发电机组在电网故障消除后迅速向电网供电，为电网迅速恢复故障状态提供启动安全保障，同时FCB功能试验可以检验机组的CCS、DEH、旁路调节系统及各自动调节子系统在机组甩负荷时的调节能力。

FCB动作信号由电气发变组零功率保护装置发出。即零功率动作（若主变高压侧功率曾经高于300 MW且突变低于30 MW）、发电机出口断路器在合位且汽轮机为跳闸及主变高压侧开关跳闸三个信号“与”关系触发FCB动作信号。FCB动作信号送至DCS系统控制器，在DCS协调控制界面中设置FCB功能投切开关。

2 高压旁路系统的容量选择

选择旁路系统型式时应考虑机组在电网中承担的任务、运行方式、事故处理方式和再热器的位置布置等因素。

旁路系统的容量是指机组在额定参数运行时旁路系统的通流量Do与锅炉额定蒸发量Dn的比值，即

式中，K为旁路容量；Do为额定参数时旁路系统的流量；Dn为锅炉额定蒸发量。

旁路系统的容量应能满足机炉允许运行方式的要求，不同的机炉允许运行方式有：启动模式、最低稳燃模式、甩负荷模式等，各模式对旁路系统的要求是不同的。

基本负荷机组运行稳定，启停次数少，一般可选用系统简单的旁路系统。对于调峰机组，负荷变化幅度较大，启停频繁，经常需要热态启动，应选用启停损失小，便于调节的旁路系统，如二级串联旁路系统。对于电网要求在机组甩负荷时，要求停机不停炉，汽轮机空转或带厂用电运行，则应选择汽水能回收，又能保护锅炉等各部分的旁路系统，这样对旁路系统的容量要求要大一些。

综合各种旁路系统的特点，并考虑随着大容量超临界及超临界机组数量的日益增多和我国用电高峰的峰谷差不断增大，600 MW级超临界机组势必参与调峰，超临界机组应具有高的灵活性和安全性。综合考虑，600 MW级超临界机组的旁路系统以配置二级串联旁路系统为宜，容量以30%～50%BMCR为宜。根据有关专家对600 MW 超临界参数汽轮机旁路系统的容量计算：35%BMCR容量的旁路系统能满足冷、热态启动的要求；45%～50%BMCR容量的旁路系统能满足极热态启动的要求；要想实现机组甩负荷后带厂用电运行或停机不停炉运行（若锅炉不投油的最低稳燃负荷为40%BMCR），则需要85%BMCR容量的旁路系统。

宁东发电公司的汽轮机旁路系统采用高、低压二级串联布置方式，包括100%BMCR容量液动高压旁路、65%BMCR容量液动低压旁路和25%BMCR容量的气动启动旁路，旁路系统装置由旁路阀、喷水调节阀、喷水隔离阀等组成。其旁路系统示意图如图1。

图1 旁路系统示意图

由于选用了100%大容量高压旁路阀，故主蒸汽管道不设置安全阀和PCV阀。再热器热段出口管道上共装设12只弹簧安全阀，再热器安全阀总排量按照100%BMCR和高旁减温水量的综合考虑设计。安全阀全部布置于再热器出口末端，当安全阀动作时，可保证有全部流量的再热蒸汽流经再热器受热面，使得再热器受热面不会干烧。

3 FCB功能机组高旁系统控制策略分析

旁路系统主要的功能是协调锅炉产生的蒸汽与汽轮机用汽量之间的不平衡。高压旁路系统主要用于控制锅炉能够适应冷态、温态或热态机组启动；保证汽水正常循环；满足运行中的事故处理。高压旁路的运行方式主要有四种，分别为“启动模式”、“定压模式”、“跟随模式”和“停机模式”。根据机组所处的运行阶段高旁压力控制可分为8个阶段：最小阀位－建压模式－冲转定压－正常压力保护模式－FCB工况－汽机跳闸工况－MFT工况—事故保护工况。高压旁路启动曲线如图2。

3．1 最小阀位模式

图2 高压旁路启动曲线

锅炉点火前，汽机未并网，锅炉未MFT，当旁路系统投入自动后，高旁在最小阀控模式，预暖旁路保证一定的通流（10%）。

3．2 建压模式

锅炉点火开始后，高旁会开启到最小阀位10%并暂时保持不动。随着燃烧，主蒸汽压力上升，旁路控制系统按照锅炉蒸汽产量增加快慢而自动开始上调主汽压力设定值，压力设定速率与调门开度大小、控制压力大小以及大机冷热状态均有关，若压力上升过快，旁路适当开启，使压力参数平稳上升至依据冷、热、极热态自动判断出的冲转压力定值。

3．3 冲转定压

汽轮机采用定压冲转方式，在汽机冲转过程中旁路维持主汽压力为冲转压力（温冷态8 Mpa，极热态9 Mpa）8 MPa不变；运行人员可依据工况通过改变偏置改变冲转压力。

3．4 正常压力保护模式

汽机并网后，旁路主蒸汽压力设定值在协调侧压力定值附加1．5 MPa定值作为本方压力保护定值，此时真实压力定值随动实际压力，并禁降。随着实际压力变化，旁路逐步关闭；当已并网后，高压旁路已关闭或主汽流量＞10%后，压力定值附加0．5 MPa定值，进入压力跟踪模式，实时监视主汽压力，保护主汽压力不会飞升（以0．4 MPa／min高于实际压力0．5 MPa）、保护主汽压力不会高于协调侧压力定值1．5 MPa。

3．5 FCB时高旁保护工况（FCB时并网信号消失）

FCB动作后，锅炉进行甩负荷，若末级过热器出口过热蒸汽压力值高于18 MPa，高旁压力调节阀快速开启，若无高旁切手动模式条件，高旁自动投入自动；反之若末级过热器出口蒸汽压力低于18 MPa，锅炉侧保持当前负荷，高旁压力调节阀依据流量开度曲线，超弛动作到一定开度，而后自动投入自动方式。投入自动后的高旁处于FCB工况滑压模式，压力设定值将以0．36 MPa／min的速率下调至目标值14．2 MPa，若末级过热器出口蒸汽压力低于16 MPa，FCB工况的高旁滑压状态复位结束，高旁压力定值保持在16 MPa，运行人员也可以手动修正压力定值。高、低压旁路系统均提供了定压模式，可以在任何工况强切至定压模式。

3．6 汽轮机跳闸时高旁保护工况

汽轮机跳闸后，锅炉50%RB，若末级过热器出口压力高于18 MPa，高旁快开（5 s脉冲），若无高旁自动切除条件，高旁自动投入自动；若末级过热器出口压力低于18 MPa，锅炉侧保持当前负荷，高旁依据流量开度曲线，超弛动作一定开度，而后自动投入自动。高旁压力设定值将以0．36 MPa／min的速率下调至目标值14．2 MPa。若末级过热器出口压力低于16 MPa，汽轮机跳闸高旁保护工况复位结束，保持复位时压力定值，运行人员可通过高旁压力偏置修正定值。

3．7 MFT时高旁保护工况

锅炉MFT后，若当前主汽流量＞10%，高旁快开（5s脉冲），若无高旁自动切除条件，高旁自动投入自动，高旁压力设定值将保持当前压力设定值。高旁控制指令全关后，该工况复位，高旁压力设定值重新以0．48 MPa／min的速率回调至实际压力，并进入压力跟踪模式，保证高旁全关。

3．8 高旁系统的保护功能

3．8．1 高旁阀设置保护开及保护关（长信号）功能，保护开优先

（1）高旁保护关功能

高旁保护关后将高旁阀切至手动模式，并超驰关阀门。高旁保护关条件：当本侧高旁阀后蒸汽温度1、2取均值大于427℃且非坏质量时，延时15 s后高旁保护关动作。

（2）高旁保护开功能

高旁保护开后跟踪实际高旁阀位反馈5 s，而后自动投入自动。高旁保护开条件：

a．发电机出口开关不在合位且末过压力高于18 MPa，脉冲5 s；

b．汽机跳闸且末过压力高于18 MPa，脉冲5 s；

c．末级过热器出口蒸汽压力高于其压力定值5 MPa且压力高于15 MPa，脉冲5 s；

d．末级过热器出口蒸汽压力高于29 MPa且非坏质量，长信号；

e．MFT且主汽流量大于260 t／h，脉冲5 s；

f．FCB动作且末过压力高于18 MPa，脉冲5 s；

g．高旁安全柜保护发生，长信号。

3．8．2 高旁阀超弛开功能（3 s脉冲）

超弛开动作，高旁自动投自动，超弛目标值以每秒20%的速率开至主汽流量（调节级主汽流量和热负荷折算主汽流量取大值）所对应开度位置。超弛动作优先级低于高旁保护开动作。超驰开动作条件如下：

a．发电机出口开关信号不在合位，脉冲3 s；

b．汽机跳闸，脉冲3 s；

c．FCB动作，脉冲3 s。

3．9 高旁系统控制条件

自动切除条件：被控压力坏质量；本侧高旁调阀故障；高旁阀快关条件；

闭锁增：本侧高旁阀后蒸汽温度1、2取平均值后大于320℃且非坏质量时；延迟15 s；

自动投自动：高旁阀快开或超弛开条件。

3．10 高旁温度控制

高旁喷水调节阀通过控制喷水量来实现对高旁后温度的控制。温度设定值由高旁后压力随动，增加旁路门前压力和压力调门对减温阀的前馈控制。

高旁压力调阀快开条件，高旁温度调阀超弛开。

高旁压力调阀关或快关，高旁温度调阀超弛关。

高旁温度调阀低2．5%联锁开关高旁减温水气动截止阀。

自动切除条件：被控温度坏质量；本侧高旁减温阀故障；高旁阀快关；高压旁路阀位置反馈不开（2%）脉冲1 s。

自动投自动：高旁阀投自动脉冲1s；高旁阀已开（＞2%）脉冲1 s。

4 结束语

宁夏京能宁东发电有限责任公司高压旁路控制系统经机组点火、冲转、并网、带负荷、额定负荷，以及FCB、汽机跳闸等事故工况的检验，高压旁路控制系统的最小阀位、建压模式、冲转定压、正常压力保护模式、FCB工况、汽机跳闸工况、MFT工况等各部分控制功能均安全稳定、动作可靠，相应的压力和温度控制精度均满足运行要求，完全实现了机组旁路全程控制，并能在事故工况下保证机组安全稳定。

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