印度KMPCL电站600 MW机组FCB功能设计与实施

袁明（山东电力建设第一工程公司，济南　250100）



印度KMPCL电站600 MW机组FCB功能设计与实施

袁明
（山东电力建设第一工程公司，济南250100）

摘要：机组的FCB（FAST CUT BACK）功能能够保证机组在带厂用电或者停机不停炉的情况下继续安全运行，待机组具备带满负荷的情况下可以快速恢复满负荷运行。针对印度KMPCL电站6×600 MW机组工程总承包（EPC）项目，通过优化机组选型、辅助设备和相关系统设计等一系列措施，确保了FCB试验的成功。

关键词：600 MW机组；FCB；功能设计；实施

0　引言

FCB是指火电机组运行在某一负荷时，因电网故障解列或发电机、汽轮机跳闸，瞬间甩掉全部对外供电负荷，但未发生锅炉主燃料跳闸（MFT）的情况下，用以维持“带厂用电孤岛运行”或“停机不停炉”的自动控制功能［1］。印度KMPCL电站6×600 MW项目汽轮机为600 MW亚临界、一次中间再热、三缸、四排汽、单轴、凝汽式汽轮机。机组采用定—滑—定运行方式，滑压运行的范围为30%～90%额定负荷。汽轮机及其配套辅助设备和系统具备从任何机组负荷工况下甩负荷至带厂用电工况（不停机）连续运行的功能。为保证FCB试验的成功，采取一系列的优化设计，如：锅炉PCV阀设计为3×7．5%，给水泵汽轮机采用汽源无扰动外切换方式，高压旁路设计容量为60%、低压旁路按照“高压旁路容量+减温喷水量”设计。

1　机组FCB试验的设计保证措施

1.1高压缸进汽与中压缸进汽方式选择

若甩负荷带厂用电运行选用高压缸进汽方式，对汽轮机影响主要有以下两点。1）在主蒸汽流量约120 t/h的情况下，高压缸在很短时间内蒸汽温度急剧下降，调节级和转子表面遇急速冷却，转子将会产生很大的热应力，从而造成较大的寿命消耗。2）600 MW机组低压末级叶片冷却流量，四排汽约需180 t/h，所以甩负荷带厂用电时中低压缸必须进汽。若选用高压缸进汽方式，高压缸将分流一部分中压缸进汽流量，致使通过中压缸的流量进一步减小，低于末级叶片需要的正常冷却流量，从而造成低压排汽超温，威胁汽轮机低压末级叶片的安全。

鉴于以上因素，为保证汽轮机长期稳定安全运行，汽轮机甩负荷带厂用电时选用中压缸进汽方式。根据中压缸所能承受最高压力、缸温及胀差的限值，再结合FCB工况下的热平衡图，经过计算确定FCB状态下中压缸进汽能够满足试验要求。

1.2高、低压旁路系统选型

二级高、低压串联旁路对机组主要有配合启动、压力调节和参与安全保护等功能，此处参与FCB试验主要考虑高、低压旁路的安全保护功能，需要旁路参与超驰控制把机组转换到不停机、不停炉的带厂用电孤岛运行方式，这样利于减少锅炉寿命损耗，提高电网和电厂的安全、经济性能［2］。

一般旁路系统造价随着旁路容量增大而提高，为满足FCB试验要求，机组设定的高旁容量为60%，经核算符合FCB状态下蒸汽流量的要求，并配合锅炉过热器3×7．5%锅炉最大连续蒸发量（BMCR）PCV阀一起使用，低压旁路容量按照“高旁容量+减温喷水量”计算。设计60%高旁容量配合3×7．5%锅炉PCV阀，FCB状态下瞬间全开2只PCV阀（第3 只PCV阀根据实际需要自动开启），由于设定主动开启PCV阀泄压，压力起点低，开阀时间早、速度快，能够保证锅炉压力始终被控制在机械安全门动作定值以下，能够有效控制锅炉压力飞升。

1.3给水泵汽轮机进汽切换方式选择

目前较为典型的给水泵汽轮机汽源切换方式有新蒸汽内切换和再热冷段蒸汽外切换两种。此次FCB试验设计外切换作为汽源切换方式，切换系统如图1。

图1　给水泵汽轮机进汽外切换

在大机负荷高于40%时，切换阀处于关闭状态。当大机负荷低于40%后，在四段抽汽不能满足给水泵汽轮机出力要求的情况下（此时低压调节阀已处于全开状态），切换阀将自动打开，直到进汽量满足小机出力要求［3］。并且在切换阀打开的过程中，安装在低压蒸汽进汽管线上的逆止阀将在阀后压力大于阀前压力时自动关闭。通过备用蒸汽调阀调整后，汽轮机内的蒸汽参数变化较小，因此不会出现汽源扰动现象，也不会产生相对热应力，并且可以由FCB信号直接开启备用汽源气动隔离阀（快开），满足短时间（3 s以内）的操作要求，确保进汽阀切换时间能够满足试验需要，增强对汽包水位的控制。

1.4除氧器备用汽源的切换与选择

为确保FCB状态下除氧器能够达到相应工作出力，备用汽源从高旁阀后再热冷段管道单独引出，管道上设置气动调节阀（快开），通过设计院和锅炉厂配合对设备加热能力和安全阀排放能力进行核算，最终确定从再热冷段管道引出支管至除氧器作为备用汽源，以满足FCB状态下除氧器正常运行的需要。

1.5其他系统的设计

经过核算FCB瞬时状态下给水泵汽轮机的进汽参数，并与给水泵组各厂家对照分析，确认此时的出力能够满足机组最大连续出力（TMCR）条件下给水量加高旁喷水量的要求。

FCB状态下厂用电的计算，仅考虑FCB稳定运行后单元机组的厂用电计算负荷，公用系统不予考虑，负荷容量按照额定运行容量计算。

2　FCB试验方案的确定

FCB试验必须确保试验中容易出现的汽包水位控制、汽轮机超速、锅炉燃料控制、电气系统保护等重点问题可控，并在试验方案中有具体体现。

2.1 FCB试验条件

首先通过整套机组启动调试，机组已具备安全、稳定运行的能力，可以在不同负荷下正常运行。所有主要辅机和辅助系统能满足机组正常运行的要求，所有执行机构的操作可靠。

主要必须具备的合格试验条件有以下方面：汽轮机汽门严密性试验已完成，并符合制造厂技术要求；汽轮机润滑油系统联锁保护试验合格；汽轮机防进水电液控制系统（DEH）报警功能正常；注油试验合格；就地/遥控汽轮机打闸试验已经完成；超速保护（OPC）功能试验合格；汽轮机ETS试验合格；凝泵联锁试验正常；锅炉辅机联锁保护试验合格，锅炉安全监控系统（FSSS）联锁保护试验合格，锅炉MFT保护试验合格，锅炉安全门及PCV阀校验完成；机炉电大联锁试验合格，发变组保护试验合格，厂用电自动切换试验合格，柴油发电机自启动试验合格；辅助蒸汽切换试验完成，汽泵汽源无扰切换试验完成；RB（Runback）试验合格，DEH功能正常，DEH系统参数正常，MCS、FSSS、BPS功能正常，FCB信号形成回路冷态检查，FCB信号与各控制系统的接口检查，各控制系统FCB功能实现的控制逻辑检查。

2.2FCB试验前重点检查项目

汽轮机润滑油、EH油、高低压旁路油系统检查正常；汽轮机润滑油系统联锁保护投入检查正常，汽轮机防进水DEH报警功能检查正常；汽轮机高低压旁路自动投入及FCB功能投入状态检查正常，汽机阀门活动试验正常；辅助蒸汽母管至汽封管道状况检查正常，汽轮机ETS保护投入检查正常；锅炉辅机联锁保护投入检查正常，锅炉FSSS的FCB功能投入状态检查正常，锅炉油枪BC、AB、CD层投入检查正常，锅炉MFT保护投入检查正常，锅炉PCV手动打开试验正常，过热蒸汽喷水减温装置投自动状态；发变组保护投入检查正常，励磁调节器运行状态检查正常，厂用电自动切换装置投入状态检查正常，柴油发电机自启动投入状态检查正常；真空泵2台运行、锅炉汽包事故放水阀手动打开试验正常，除氧器事故放水阀手动打开试验正常，FCB试验所需的监视画面和趋势曲线图已组态完毕。

3　FCB试验的实施

3.1试验准备工作

FCB试验正式实施前，应确认检查以下工作准备完成。FCB试验前，应将凝汽器低-低水位报警值适当调低；检查凝结水补水泵运行逻辑方式，确认机组甩负荷后，应联起凝结水补水泵；指派专人负责跳开与电网连接的高压断路器，机组与电网解列，FCB信号产生，机组自动进入FCB模式，带厂用电运行。

3.2具体实施步骤

锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）接收到FCB信号后，如果锅炉负荷大于60%BMCR时，保留2～3层煤粉燃烧器，自动投入轻油枪，最终维持锅炉负荷为40%BMCR左右；

汽轮机高低压旁路系统接收到FCB信号后，高压旁路阀自动瞬间快开20%、低压旁路阀全开，3 s后汽轮机高低压旁路系统转入自动调节方式；与此同时，高、低压旁路的减温水阀也将转入自动调节方式；

DCS产生FCB信号后，立即通过相应的逻辑回路，控制瞬间全开PCV两个阀，防止锅炉超压和安全门动作；PCV另外一个阀根据情况自动动作；

DEH接收到FCB信号后，立即通过控制回路瞬间关闭高、中压调门，抑制汽轮机转速上升防止超速；当汽轮机转速回降到3 000 r/min时，在DEH系统控制下，汽轮机以带旁路的运行方式运行，维持汽轮机转速3 000 r/min，并且机组带厂用电负荷运行，等待再次并网［4］；

高压调门在FCB后立即关闭，当再热冷段压力≤0．828 MPa时，高压调门逐步开启参与汽轮机转速控制；高压缸排汽通风阀在高压调门关闭的同时立即全开，并且保持全开状态，当机组FCB结束后，汽机重新启动时关闭；

中压调门在FCB后立即关闭，且控制转速≤3 090 r/min时，中压调门逐步开启，转入自动调节状态，控制汽轮机转速；待高压调门开启控制转速后，则中压调门退出转速控制方式，开度保持在与厂用电负荷相匹配的预置值区间；

机组FCB发生后，凝汽器三级减温水阀立即打开，一直到FCB信号消失后再关闭；机组FCB发生后，立即自动关闭再热蒸汽喷水减温水调节阀以及阀前隔离阀，禁止继续喷入减温水；

机组FCB发生后，送风系统、引风系统、一次风系统、给煤及制粉系统保持原来的自动控制方式，并继续保持两台锅炉给水泵运行。

FCB工况下，汽包水位控制系统将通过超驰功能及时调整给水流量，以适应工况的巨变，并且继续保持三冲量控制方式。

机组在进入FCB运行方式后，必须密切监视汽轮机调节级出口温度的变化，并通过调整手段尽可能使锅炉出口的蒸汽温度不要下降过快；并重点检查发电机的电压、电流、有功、无功，厂用电的电压、频率是否正常。运行参数无异常后，机组重新并网，升负荷，机组正常运行。

3.3 FCB试验验证

印度KMPCL电站3号机组FCB试验于2015-04-15T22∶42开始，试验前机组负荷598 MW，试验开始后汽轮机转速最高达到3 166 r/min，最低2 861 r/min，稳定转速3 002 r/min；主蒸汽温度最高552℃，最低482℃；带孤岛运行负荷38 MW。机组FCB试验稳定运行后各项参数正常并于23∶00成功并网，试验共持续18 min且取得圆满成功。通过FCB功能的成功实施，证明在前期设计、设备等方面所采取的方法和措施的正确性［5］。

4　结语

大型机组的EPC项目FCB试验，从设计、论证到实施，需要有关各方通力配合，全方位协调，此次600 MW机组境外EPC项目FCB试验的成功，为以后进行境外大型机组FCB试验提供了参考资料和成功的案例。现在大型机组大多设计此项功能，但是能够真正投入实际应用的很少，此次试验的成功为600 MW机组FCB试验的实际应用推广起到了良好的导向作用，也为拓展海外火电市场提供了有力的技术保障。

参考文献

［1］王立地．对FCB若干问题的探讨［C］∥全国火电大机组（600 MW级）竞赛第11届年会论文集．北京：全国发电机组技术协会，2007．

［2］林苗丹，王立地．汽轮机旁路容量的合理选择［J］．湖北电力，2010，34（1）：42-44．

［3］冯伟忠．900 MW超临界机组FCB试验［J］．中国电力，2005，38 （2）：74-77．

［4］王学根，腾卫明，舒畅．通过控制系统改造实现国产600 MW超临界机组FCB功能［J］．中国电力，2009，42（10）：73-76．

［5］陈浩．600 MW超临界机组FCB试验［J］．中国电力，2008，41（10）：62-66．

袁明（1976），男，高级工程师，从事电力工程管理与技术方面工作。

·班组创新·

Design and Im p lementation of FCB Function for KMPCL 6×600 MW Units in Indian

YUAN Ming
（SEPCOI Electric Power Construction Corporation，Jinan 250100，China）

Abstract:The function of FCB（FAST CUT BACK）is to ensure the unit to run continuously only with the load of auxiliary power or with boiler on service but turbine-generator out of service，so that the unit can return to full loads as soon as the conditions are ready for full-load running．For the project of KMPCL 6×600 MW EPC in India，FCB was successfully carried out by optimizing the selection and application of major equipment，auxiliary equipment，related system design and other effective measures．

Key words:600 MW power generating unit；FCB；function design；implementation

中图分类号：TM621

文献标志码：B

文章编号：1007-9904（2016）02-0069-03

收稿日期：2015-10-08

作者简介：