660MW超临界机组FCB控制技术研究与实施

创造单位：中国能源建设集团华东电力试验研究院有限公司

主创人：蒋根华 王孟

创造人：张来平 盛锦鳌 陈国清 陈霄峰

[摘要]FCB英文全称Fast Cut Back，又称Houseload，是指机组在外网故障，发电功率不能输送至电网时，机组快速降负荷带厂用电并维持运行一段时间，待电网故障消除后，机组可在短时间内恢复并网。印尼当地电网建设与发展的水平远远落后于国内同期水平，电网的稳定性较差，易发生电网故障事故。因此电网要求机组具有FCB功能，同时也是当地机组能否进入商业运行的一个必要条件，是公司在印尼芝拉扎二期1*660MW机组整套启动调试必须攻关解决的课题。公司组织技术团队进行技术攻关，分析100%负荷下FCB过程的难点和要点，并针对这些关键点进行了一系列的优化措施，同时对一系列优化措施进行验证试验，最终完成了660MW机组满负荷下的FCB功能试验。

[关键词]FCB控制技术;660MW超临界机组

一、项目概况

（一）项目背景

芝拉扎二期1×660MW超临界燃煤发电机组位于印尼爪哇岛中部芝拉扎市。其锅炉为超临界参数变压运行直流炉、单炉膛、前后墙对冲燃烧、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构n型布置。汽轮机组采用上海汽轮机厂制造的N660-24.2/566/566型660MW超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，主蒸汽压力24.2MPa，主蒸汽温度566℃，再热蒸汽压力4.127MPa，温度566℃。旁路为瑞士SULZER公司生产的两级串联液压驱动的高、低压旁路系统（高旁容量是额定压力温度下的60%BMCR流量，低旁容量是60%BMCR流量再加高旁的喷水量）。

FCB英文全称Fast Cut Back，又称Houseload，是指机组在外网故障，发电功率不能输送至电网时，机组快速降负荷带厂用电并维持运行一段时间，待电网故障消除后，机组可在短时间内恢复并网。本论文所涉及FCB试验的内容：机组在100%负荷即660MW负荷下，模拟外网故障（手动分并网开关），机组在与外网断开后自动带厂用电负荷维持孤岛运行，在外网具备条件后重新并网升负荷。

由于印尼当地电网建设与发展的水平远远落后于国内同期水平，电网的稳定性较差，易发生电网故障事故，因此电网要求机组具有FCB功能，同时也是当地机组能否进入商业运行的一个必要条件。

相较RB与甩负荷工况，FGB工况更为恶劣，需要自动甩负荷至FCB目标值，风量、煤量、水量、主汽压力均以一定的速率降至目标值，还需要维持主汽温度稳定，因此对控制系统调节品质、设备眭能有着很高的要求。

（二）概述

研究印尼芝拉扎电站l*660MW超临界机组特点，针对FCB功能对控制系统进行改进优化，从而实现机组成功在660MW满负荷状态下，快速减负荷至带厂用电运行，乃至重新并网的成功经验，总结并研究了660MW超临界机组在100%负荷下实现FCB功能的关键技术，介绍了对几个系统的重点优化措施，对各个系统FCB试验阶段的效果进行实际验证与总结，对需要FCB功能的机组主辅机的硬件配置提出了建议，对其它同类型机组FCB试验具有一定的借鉴意义。

（三）项目研究内容

印尼芝拉扎二期1*660MW超临界机组100%负荷FCB功能研究。

（四）项目完成情况

本项目已按计划如期完成印尼芝拉扎660MW超临界机组100%负荷FCB方案编写和审核，完成对各控制系统的改造优化，并顺利完成机组100%负荷FCB试验且经当地政府部门及业主等单位验收，机组完成168小时试运，投入商业运行，达到项目预期目标。

（五）参加人员及贡献

项目主创人员：蒋根华、王孟

项目主要参与人：张来平、盛锦鳌、陈国清、陈霄峰

（六）资金使用情况

本项目计划总投资81万元，实际投资78万元。总计参与人员17人，共600余工日。

二、设计思路、总体方案、技术架构、技术原理、方案及关键技术等（视项目情况而定）

（一）FCB触发条件

在协调模式、或者TF模式（风、水、煤均在自动位），负荷大于40%，且FCB功能投入的情況下，采用发生发电机解列信号触发FCB动作。

（二）FCB动作逻辑

发电机解列触发FCB动作后，协调系统切换至基本方式，锅炉目标负荷40%BMCR，按照FCB跳磨顺序保留3台磨煤机，DEH转为本地转速控制，定速目标3000r/min，带自身厂用电运行;旁路控制系统转入压力控制模式，按设定压力曲线调整主、再热蒸汽，打开高低压旁路系统。

（三）关键技术

1.从100%负荷快速降负荷，防止锅炉压力飞升;

2.快速减燃料，又维持燃烧、汽温的稳定;

3.汽轮机转速飞升，防止发电机超频保护动作;

4.旁路控制系统控制主再热蒸汽压力，同时要稳定阀后温度，防止超限高低旁快关;

5.给水系统由四抽蒸汽切换至辅助蒸汽，避免给水系统大幅度扰动;

6.FCB发生后，解决大量的凝结水需求量;

7.快速打开高排通风阀，防止高压缸排汽温度超限。

（四）创新技术

旁路控制，采用精准定位，FCB发生后高旁及高旁减温水预开的开度经过精准计算定位。通过高旁蒸汽流量及蒸汽焓值精准计算定位出高旁及高旁减温水的预开启开度，控制主蒸汽压力滑压至目标值，快速稳定阀后温度，防止再热器温度突降，使旁路控制效果达到最优。

三、技术特点

在部分设计、设备配置未能考虑100%负荷FCB功能的情况下，通过对锅炉、汽机、电气等控制系统的改造，实现了在660MW负荷状态下，因外部电网故障解列时，快速甩掉负荷的工况下，不触发停机、停炉，带厂用电的维持孤岛运行，待在外网具备条件后重新并网升负荷，机组各参数正常，提高了机组的安全性及稳定性。

四、系统主要特点（成果转化）

（一）各系统的改造

1.旁路系统的精准定位控制

在FCB发生时，高旁低旁快开，自动投入FCB下的压力控制模式，滑压至当前压力设定值，设定值根据锅炉燃料量决定。旁路减温水预开至一定开度后，自动调节旁路阀后温度值。

FCB发生后高旁及高旁减温水预开开度的精准定位：对高压旁路及高压旁路减温水开度通过计算进行拟合。根据旁路厂家提供的高旁蒸汽流量的计算公式，如式（1）：

f=kv×kvs×P÷|509x（0.031×E-18.5）| （1）

公式中kv为旁路开度;kvs为高旁阀全开时两侧差压，是一常数;P是主蒸汽压力;E为蒸汽焓值。由此在任意负荷下，由蒸汽流量、主蒸汽压力、温度即可拟合出高旁快开的预设开度，如式（2）：

kv=f×[509×（0.031×E-18.5）]÷（P×kvs） （2）

高旁减温水开度的拟合：当为主蒸汽流量f1，主蒸汽焓值为E1，减温水流量f2，为减温水焓值E2，减温减压后蒸汽流量f，减温减压后蒸汽焓值E，根据能量守恒定律，有以下关系，如式（3）：

f×E+f×E=f×E （3）

则所需高旁减温水流量如式（4）：

f=f×（E-E）÷（E-E） （4）

而高旁减温水流量与高旁减温水调节阀基本成线性关系，因此在实际过程中用当前工况下的蒸汽流量的函数作为旁路快开时高旁减温水瞬启开度值。

2.锅炉的控制

在FCB发生时，锅炉需保持一定的热负荷，且保证旁路有一定的调节能力，锅炉在确定FCB目标负荷时，将目标负荷定为400/0BMCR。参考一次风机RB及给水RB时的变负荷速率，FCB降负荷速率定为200%/min。在FOB发生时按照上层、中层顺序立即切除一台磨煤机，间隔7秒后切除第二台磨煤机，保留3台磨煤机运行。为了维持汽溫及燃烧的稳定，自动投入上层、微油层油枪运行。为了维持供油压力的稳定，各层油枪投入时加入一定延时，最多保持2支油枪共同投入。

3.汽轮机侧系统的控制

FOB触发瞬间，OPC立即动作，高调门、中调门迅速关闭，控制机组转速短暂飞升后下降，DEH由“遥控”模式自动变为带旁路模式，转为“本地转速控制”。

增加倒缸逻辑：FCB动作时间满2s后，如果转速低于3060（OPC复位转速），OPC指令复位，IV开启至预设开度，GV保持关闭，IV控制转速稳定在3000转，并带厂用电维持运行，待外网恢复正常后，进行同期、并网。并网后由中压缸带初负荷，升负荷至11%

13%负荷，冷再热压力小于1MPa后，DEH提示倒缸条件满足，进行倒缸操作。在倒缸的过程中，高排压比会低于保护值1.8。因此汽机厂将高排压比低保护变为倒缸瞬间延迟1分钟生效。随着高调门逐渐开启，转为高中压缸联合控制，可继续正常升负荷。

FCB发生时，四抽蒸汽压力骤降，给水泵汽轮机供汽汽源需平稳切换至辅助蒸汽供给，通过优化逻辑，将冷再汽源切换阀的开启指令从原有的低调阀开度100%改为70%，保证小机转速的稳定，同时将冷再至辅联压力调节阀设定值跟踪一定值，保证辅汽联箱压力正常，避免给水流量出现大幅波动。

4.电气系统的控制

FCB发生时，发电机迅速降负荷至39MW左右，维持带厂用电运行，初期汽轮机会存在一个瞬间转速飞升过程，由于机组仍维持自带厂用电的方式，汽轮机转速的飞升幅度也相对100%甩负荷要小一些，仍然有动作的可能性。参考相关文献及国外100%负荷下FCB成功的经验，与厂家及各方确认后，将超频保护的时间延长至30s。

5.顺控系统的改造

FCB发生瞬间，快开4个电磁泄压阀，延时20s或压力低于设定值时，自动关闭电磁泄压阀。FCB发生时，联启第二台凝结水泵，保证凝结水压力及低压系统减温水量的供应;自动开启高排通风阀，关闭高排逆止阀，防止高压缸排汽温度超限。

（二）100%FCB试验过程及效果

1.试验过程概述

2016年6月4日10时00分，机组协调方式下运行，负荷660MW，主汽压力24.2MPa，给水流量1948.7t/h，主汽温度568.6℃，再热器温度569.2℃，再热器压力4.12MPa，机组给煤量404t/h（经BTU修正后）。2016年6月4日10点05分01秒，手动分并网开关，触发FCB动作，汽机转速开始飞升，最高至3198rpm，OPC动作后开始迅速下降，最低至2968rpm。经过25秒钟后，转速稳定在3000转附近，期间汽轮机各个参数正常，轴承金属温度、推力瓦温度无明显变化。FCB发生后，锅炉燃料以200%/min的速率，16s后到达目标燃料量40%;给水流量以同样的速率降至目标流量，因四抽蒸汽切除，转为辅汽控制，小机转速出现瞬时下降，18s后给水流量最低降至581t/h（锅炉最小流量保护为360t/h延时20s），1分钟后稳定在40%负荷时对应的给水流量。主蒸汽温度随着FCB的发生，逐渐下降，从568.6℃最低降至553℃，FCB试验完成重新并网时升至564℃，再热器温度从试验前的569.2℃降低到544℃，高压缸排汽温度从327℃升高至362.1℃;主蒸汽压力最高至25.8MPa，后自动滑压至14MPa，凝汽器真空从-93.3kPa，最高到-88.7kPa，重新并网后恢复至-91.88kPa。FCB期间主要参数如图3所示。

2.高低压旁路控制效果

从曲线上可以看出：FCB发生瞬间，高旁快开，高旁阀开至预设开度，随后高旁压力设定值按既定的滑压速率（本工程设定为0.7MPa/min）到目标值，主汽压力在FCB瞬2间最高飙升至25.8MPa，随后在高旁阀的调节作用下紧随着设定值斜线，滑压至锅炉主控输出函数对应的目标压力。高旁减温水随着高旁快开信号开至预设开度，高旁阀后温度最低至265.57℃，后由高旁减温水自动调节并维持温度稳定在300℃。

3.低旁调节阀及低旁减温水控制效果

FCB发生瞬间，低旁快开，低旁减温水全开，随后低旁压力设定值按既定的滑压速率（本工程设定为0.1MPa/min）到目标值，再热器压力试验前4.12MPa，在低旁阀的调节作用下紧随着设定值斜线，滑压至锅炉主控输出函数对应的再热器目标压力1.82MPa。低旁减温水随着低旁快开信号开至全开，低旁阀后温度最高到122℃，后经低旁减温水自动调节并维持温度稳定在90℃。

4.给水系统控制效果

由于本工程辅汽联箱容积有限，辅汽用量不能同时保证两台小机同时带负荷运行，因此在试验前将A小机的供汽汽源切至辅汽，B小机仍旧由四抽供汽。如图6所示：FCB发生后，给水指令以200%/min的速率减至40%锅炉负荷下的给水流量，B小机由于四抽气源的切除，指令反馈的偏差跳闸，A小机由于平衡块的作用，将B小机的当前转速指令自动叠加。给水流量最低至581t/h，一分钟后稳定在880t/h。

5.炉瞠负压控制效果

FCB发生前，炉膛压力75Pa，设定值50Pa，FCB发生后，伴随两次跳磨，炉膛负压开始波动最低至1175Pa，最高至526.7Pa，如图7所示，70秒后稳定在50Pa附近。

6.FCB试验期间电气参数

F CB发生后，发电机有功功率从660MW突降到带厂用电42.8MW，无功功率从140.24MVar降到19.11MVar;到發电机机端电压从初始的22.51kV在30ms降低到21.88kV，最终电压稳定在21.7kV。

五、系统实施前后对比

通过本次对超临界机组100%负荷下FCB功能的研究以及本次100%负荷下FCB试验的成功进行，机组具备了抗电网故障的能力，在外部电网故障解列的情况下，能快速降负荷至带厂用电孤岛运行，不触发停机停炉，而且能在较短时间内快速并网，升负荷。通过本项目的实施，提高了机组的安全可靠性，避免了因外网故障造成的停机损失，同时也延长了机组的使用寿命。

六、存在不足

（一）给水泵汽轮机汽源的切换

本次试验过程中，考虑到辅汽系统由于管道容量的限制，以及汽源切换对给水的扰动，而电泵又不能作为备用泵，试验前给水泵汽轮机供汽分别用四抽蒸汽及辅汽供汽，为避免抢汽，FCB发生后手动停一台汽泵。建议辅汽联箱及管道容量应能满足两台小机同时用辅汽带到满负荷或者配置全压35%容量的电泵。

（二）汽轮机转速的控制

如图3：汽轮机转速最高至3177r/min，最低至2960r/min，FOB触发OPC动作2秒复位后，高调门仍处于关闭状态，中调门开至预设开度（3000r/min记忆开度）来控制转速。建议重新完善计算DEH控制参数，提高控制品质。

（三）汽轮机倒缸的控制

FCB触发后，中调门带负荷至13%左右，中调门全开后，开始逐渐开启高调门，高压缸排汽上升较快，最高到达424℃，保护动作值428℃，建议优化DEH倒缸逻辑，倒缸时增加高压缸的通流流量。

七、效益分析

经济效益：通过本科技项目的实施，保证机组安全运行，避免了停机带来损失，保证了机组连续发电的利润，增强了机组稳定安全运行使用寿命，为电厂以后运行节约了成本，具有极大的潜在经济效益。

社会效益：印尼芝拉扎二期1*660MW超临界机组为公司首次承接大型超临界机组的调试项目，FCB功能试验在超临界机组中的应用也是公司首次，通过本项目的实施，不但填补了公司在FCB研究领域的空白，为公司拓展调试业务提供了必要的技术积累，也为公司在印尼电力调试领域树立了标杆，为公司开拓印尼市场做铺垫，具有极大的潜在社会效益;同时培养了一批专业人才，为以后同类型机组的调试提供依据。

八、项目推广前景

本项目获得的成果，可广泛适用于其他新建同类型超临界机组或者更高参数机组的调试和运行，使机组具备FCB功能，提高机组抗电网故障的能力，保证机组稳定、高效、长时间运行，具有广阔的应用前景和推广价值。