622 MW机组快速甩负荷试验控制策略

赵伟刚，王宏杰 ，朱家英

(西安热工研究院有限公司，西安　710032)



622 MW机组快速甩负荷试验控制策略

赵伟刚，王宏杰 ，朱家英

(西安热工研究院有限公司，西安710032)

近年来，世界各国都提高了对电力系统可靠性的要求，要求机组具备快速甩负荷(FCB)功能，能孤岛可靠运行且再并网成功。以越南某电厂622 MW机组为例，介绍了汽轮机转速、汽轮机旁路、汽包水位的控制策略，分析并解决了机组FCB过程中存在的问题，保证了机组正常运行并具备再并网能力。

快速甩负荷试验；汽轮机转速；旁路；汽包水位

0　引言

2008年我国南方遭遇雪灾，导致电网大范围损毁，许多地区出现了较长时间的大面积停电。2008年2月26日，美国佛罗里达州一个变电站发生火情，造成电网内电厂相继跳闸，导致大面积停电[1]。

近年来，世界各国都加强了对电力系统可靠性的要求，除加强电网建设外，发电厂的机组快速甩负荷(FCB)功能建设引起了越来越多的关注。事实上，电网内若有部分机组在电网故障时能快速减负荷并自动转为只带厂用电作“孤岛运行”，就能快速恢复供电，提高电网的安全性[2]。

越南某电厂在设计时就考虑FCB功能，在对相关系统和配置全面进行优化后，2台机组在完成全部调试项目转入720 h试运行前，先后进行了50%和100%负荷的FCB试验，均获得了圆满成功。

1　机组概况

越南某电厂622 MW机组配置东方电气股份有限公司生产的亚临界自然循环、W火焰燃烧、一次再热锅炉；制粉系统配置6台双进双出钢球磨煤机正压直吹式送粉系统；汽轮机型号为N622.5-16.67/538/538，采用高、低、三级旁路系统，高压旁路(以下简称高旁)系统容量为60%锅炉最大连续蒸发量(BMCR)；锅炉压力释放阀(PCV阀)容量为10%BMCR；机组配备1台电动给水泵和2台汽动给水泵。

当机组升压站出口断路器全部断开时FCB触发，汽轮机未跳机且快速稳定在目标转速，多余蒸汽通过汽轮机旁路降级排入凝汽器，锅炉切磨投油使燃料稳定在目标燃料量，汽包水位降低后又升高并趋于稳定。

2　机组自动控制策略

2.1汽轮机转速控制

机组FCB时，汽轮机触发超速保护(OPC)，调门全部关闭，进汽切断；机组从协调控制切至数字电液控制系统(DEH)转速控制；汽轮机转速突升，因机组带负荷，转速快速下降；汽轮机转速低于3 000 r/min时，主调门逐步打开，汽轮机转速快速稳定在3 000 r/min[3]。FCB试验时汽轮机转速情况见表1，试验时汽轮机转速突升，易导致电气频率保护动作。从表1可知，电气频率保护在FCB试验时可不做切除。

机组正常运行时，汽轮机转速由电网频率决定，汽轮机转速3 000 r/min对应电网频率50 Hz。越南电网较小，电网频率控制不够完善。#1机组100%负荷下FCB对#2机组运行影响很大：#1机组FCB后，电网频率波动(#2机组汽轮机转速从3 024 r/min 最低降至2 993 r/min)，致使#2机组辅机设备电流降低，应加强辅机设备监视；频率波动致使#2机组负荷从620 MW突升至675 MW，超过功率上限保护，机组从协调控制切至汽轮机阀位控制，机组稳定后再次投入协调控制。

表1　越南某电厂FCB时汽轮机转速及其频率保护

注：电气频率保护动作，发电机故障，机炉大联锁停机停炉。高频保护大于52.0 Hz，延时10 s动作；低频保护1小于48.5 Hz，延时60 s动作；低频保护2小于48.0 Hz，延时60 s动作；低频保护3小于47.0 Hz，延时6 s动作。

2.2汽轮机旁路控制

机组FCB时，锅炉稳定目标燃烧量，汽轮机控制目标转速，多余主蒸汽通过高、低压旁路(以下简称高低旁)降级后排入凝汽器。高低旁的稳定控压和减温水的稳定控温，直接影响高低旁的稳定运行：当高低旁快关时，直接影响主蒸汽压力和再热蒸汽压力，易导致其安全门动作，乃至试验失败；低压旁路(以下简称低旁)后温度超温，会引起低压缸排气温度高，进而导致停机和凝汽器真空被破坏。

2.2.1汽轮机高低旁压力控制

机组FCB时，OPC动作3 s，全部蒸汽通过高低旁降级后排入凝汽器，提前预开高低旁有助于主蒸汽压力和再热蒸汽压力的稳定；随后汽轮机调阀逐步打开，汽轮机转速稳定在目标值，高低旁自动调节主蒸汽压力和再热蒸汽压力。

2.2.2汽轮机高低旁温度控制

机组FCB时，高旁快速打开，大量主蒸汽进入，易导致高旁后温度高，从而触发高旁快关，因此，提前预开高旁减温水并投入自动调节高旁后温度。

为防止低压缸排气温度过高，低旁减温水预开后并锁定其最小开度，投入自动调节低旁后温度；联锁打开三级减温水主路电动门；低压缸喷水调阀预开并投入自动调节低压缸排气温度。

低旁减温水取自凝结水杂用水，低旁减温水大量喷水致使凝结水出力不足，此时单台凝结水泵不足以维持除氧器和低旁减温水的用水量。因除氧器水位也是FCB试验的监测对象，故不考虑牺牲除氧器水位来保证低旁减温水用水，而是调高FCB时凝结水泵的压力定值，及时联启备用凝结水泵，以保证除氧器和低旁减温水的用水。凝结水泵电机为6 kV电机，不宜频繁启停。当凝结水出口压力回升时，可通过手动调节凝结水再循环阀来增大再循环量，以防凝结水出口压力过高。

机组FCB时，汽轮机高低旁温度控制良好，未超温，见表2。

表2　越南某电厂FCB时旁路后温度最大值　℃

注：高旁后温度高于360 ℃，高旁快关；低旁后温度高于180 ℃或低压缸排气温度高于 80 ℃，低旁快关；低压缸排气温度高于107 ℃，汽轮机跳闸。

2.3汽包水位控制

机组正常工况下，给水控制系统通过三冲量控制方式保证汽包水位平稳。因机组FCB时工况变化大，汽包水位变化剧烈，若此时给水控制切至单冲量控制方式，汽包水位得不到有效控制，极易造成机组跳闸，故机组FCB时汽包水位宜通过三冲量控制方式调节[4]。

机组FCB时，汽包水位受主蒸汽压力影响，会造成虚假水位，增加了汽包水位调节的难度。主蒸汽压力升高，致使汽包水位持续下降，易导致机组汽包水位低低停炉；而主蒸汽压力回稳后，各种原因致使汽包水位持续上升，易导致机组汽包水位高高停炉。控制好汽包水位是汽包锅炉FCB试验成功的必备条件。

2.3.1给水三冲量信号的稳定

机组FCB时，汽包水位调节应维持在三冲量控制方式。给水三冲量副调流量平衡公式为：主蒸汽流量+锅炉侧连排流量+水位主调比例、积分、微分(PID)值=给水流量+过热器减温水总流量。

机组FCB时，部分蒸汽通过旁路进入凝汽器，通过调节级压力计算主蒸汽流量会失准，应增加炉侧主蒸汽流量信号，并无扰动切至炉侧主蒸汽流量计算值，以保证水位调节稳定。

2.3.2FCB水位前馈

机组FCB时，主蒸汽压力升高，高旁预开并自动调节主蒸汽压力。主蒸汽压力升高，改变汽包压力，存在虚假水位，短时间内汽包水位持续走低，易触发汽包水位低低保护而停炉。针对主蒸汽压力升高致汽包水位降低的扰动，增加FCB补水前馈。根据试验前负荷情况，增大汽动给水泵出力，防止汽包水位过低。

因高旁容量为60%BMCR，100%负荷下FCB时宜通过PCV阀泄压，以防止安全门动作[1]。通过PCV阀泄压有利于汽包水位的控制，故100%负荷下FCB时水位前馈应略作修正，以防止PCV阀关闭后汽包水位持续走高。

2.3.3减温水对汽包水位的影响

机组FCB时，过热器减温水前馈关50%，防止主蒸汽温度突降。主蒸汽温度超温时，减温水调阀在自动调节下逐步打开进行减温。过热器减温水调阀大幅度调节过程中，过热器减温水总流量大幅度变化，致使汽包水位高高而触发停炉。经检查分析，过热器减温水流量计量值偏大，过热器减温水流量扰动过大，致使汽包水位高高而触发停炉。

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分析减温水流量扰动，逻辑做以下修正：修正减温水流量计量值，当汽包水位较高时，预减部分用水流量，使汽包水位快速平稳。

2.3.4燃烧不稳对汽包水位的影响

机组FCB时，锅炉连续切除磨煤机和投入油枪，快速减至目标煤量并稳定燃烧，以保证主蒸汽温度和压力稳定。磨煤机停运时，联锁关闭磨煤机一次风通道，即关闭出口电动门和一次风冷、热风电动门。

机组保留3台磨煤机运行时，前期燃烧并不稳定，磨煤机煤火检有火信号消失，易导致磨煤机跳闸。可根据磨煤机燃烧情况调整投运磨煤机的油枪顺序，以改善相应磨煤机燃烧情况。当第4台磨煤机跳闸时，只剩2条一次风通道，一次风机频繁失速，一次热风风压大幅波动，炉膛燃烧情况恶化，锅炉蒸发量减少，致使汽包水位持续升高，极易触发汽包水位高高保护而停炉。

为防止一次风机失速，至少应保留3台煤粉通道，因此，多保留2台跳闸磨煤机的一次风通道有助于一次风机的稳定运行。但是，磨煤机跳闸后，若保留磨煤机的一次风通道，一次风会携带磨煤机部分原有煤粉，这部分煤粉不计入燃料控制的计算煤量，对燃料的调节有影响，故仅多保留2条跳闸磨煤机的一次风通道。

2.3.5汽包水位其他控制方法

给水主调阀系憋压阀，满负荷运行时开度约为8%，无法配合汽动给水泵调节给水的前、后压差。当汽包水位持续上升时，可缓慢关小给水主调阀，通过节流控制汽包水位的上升。

机组FCB后，给水流量持续降低并逐步稳定，2台汽动给水泵同时运行时给水流量过大，可在给水流量稳定后通过单台汽动给水泵调节汽包水位。

3　FCB试验曲线

越南某电厂#2机组分别进行了50%，100%负荷工况下的FCB试验。试验前，机组处于协调控制中，锅炉侧及汽轮机侧主要辅机设备均在自动控制中。试验过程中，锅炉侧和汽轮机侧主要辅机设备均正常运行，未触发停炉停机保护。机组稳定运行约2 h，经调度要求再次并网一次成功。

#2机组FCB时主要参数曲线如图1、图2所示。

图1　机组50%负荷下FCB时锅炉侧、汽轮机侧主要参数曲线

图2　机组100%负荷下FCB时锅炉侧、汽轮机侧主要参数曲线

4　结束语

机组FCB试验的难点在于对汽轮机转速的控制和对锅炉燃烧的控制，不仅要将机组主要参数控制在正常范围内，还需要维持机组低负荷、大流量稳定运行一段时间，外网恢复时，应具备快速并网并带负荷能力。机组FCB过程中，各参数变化剧烈，手动难以控制，从而要求控制系统对机组具有良好的自动控制品质。通过对机组控制系统各方面的优化，实现了机组FCB的自动控制，锅炉燃烧稳定，汽轮机转速平稳，机组能够快速重新并网，从而提高了机组和电网运行的安全性。

[1]沈从奇，周新雅，姚峻.火电机组FCB功能及其在电网恢复中应用[J].上海电力，2007(3)：251-254.

[2]姚峻.1 000 MW超超临界机组控制系统新技术的应用[C]//中国动力工程学会.超超临界火电机组研讨会论文集，2008：60-66.

[3]抄勇，冯进利，张小伟，等.大型汽轮发电机组甩负荷试验探讨[J].河南电力，2010(1)：50-54.

[4]王峥，李伟，李小林，等.汽轮发电机组甩负荷过程中主要控制系统的设计与优化[J].热力发电，2014，43(1)：106-109.

(本文责编：刘芳)

2016-01-25；

2016-05-30

TM 621

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1674-1951(2016)07-0008-03

赵伟刚(1985—)，男，陕西西安人，工程师，从事火力发电厂热控调试工作(E-mail:447940206@163.com)。