趙偉剛，王宏杰 ，朱家英

(西安熱工研究院有限公司，西安　710032)

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622 MW機組快速甩負荷試驗控制策略

趙偉剛，王宏杰 ，朱家英

(西安熱工研究院有限公司，西安710032)

近年來，世界各國都提高了對電力系統(tǒng)可靠性的要求，要求機組具備快速甩負荷(FCB)功能，能孤島可靠運行且再并網(wǎng)成功。以越南某電廠622 MW機組為例，介紹了汽輪機轉(zhuǎn)速、汽輪機旁路、汽包水位的控制策略，分析并解決了機組FCB過程中存在的問題，保證了機組正常運行并具備再并網(wǎng)能力。

快速甩負荷試驗；汽輪機轉(zhuǎn)速；旁路；汽包水位

0　引言

2008年我國南方遭遇雪災(zāi)，導(dǎo)致電網(wǎng)大范圍損毀，許多地區(qū)出現(xiàn)了較長時間的大面積停電。2008年2月26日，美國佛羅里達州一個變電站發(fā)生火情，造成電網(wǎng)內(nèi)電廠相繼跳閘，導(dǎo)致大面積停電[1]。

近年來，世界各國都加強了對電力系統(tǒng)可靠性的要求，除加強電網(wǎng)建設(shè)外，發(fā)電廠的機組快速甩負荷(FCB)功能建設(shè)引起了越來越多的關(guān)注。事實上，電網(wǎng)內(nèi)若有部分機組在電網(wǎng)故障時能快速減負荷并自動轉(zhuǎn)為只帶廠用電作“孤島運行”，就能快速恢復(fù)供電，提高電網(wǎng)的安全性[2]。

越南某電廠在設(shè)計時就考慮FCB功能，在對相關(guān)系統(tǒng)和配置全面進行優(yōu)化后，2臺機組在完成全部調(diào)試項目轉(zhuǎn)入720 h試運行前，先后進行了50%和100%負荷的FCB試驗，均獲得了圓滿成功。

1　機組概況

越南某電廠622 MW機組配置東方電氣股份有限公司生產(chǎn)的亞臨界自然循環(huán)、W火焰燃燒、一次再熱鍋爐；制粉系統(tǒng)配置6臺雙進雙出鋼球磨煤機正壓直吹式送粉系統(tǒng)；汽輪機型號為N622.5-16.67/538/538，采用高、低、三級旁路系統(tǒng)，高壓旁路(以下簡稱高旁)系統(tǒng)容量為60%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)；鍋爐壓力釋放閥(PCV閥)容量為10%BMCR；機組配備1臺電動給水泵和2臺汽動給水泵。

當機組升壓站出口斷路器全部斷開時FCB觸發(fā)，汽輪機未跳機且快速穩(wěn)定在目標轉(zhuǎn)速，多余蒸汽通過汽輪機旁路降級排入凝汽器，鍋爐切磨投油使燃料穩(wěn)定在目標燃料量，汽包水位降低后又升高并趨于穩(wěn)定。

2　機組自動控制策略

2.1汽輪機轉(zhuǎn)速控制

機組FCB時，汽輪機觸發(fā)超速保護(OPC)，調(diào)門全部關(guān)閉，進汽切斷；機組從協(xié)調(diào)控制切至數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)轉(zhuǎn)速控制；汽輪機轉(zhuǎn)速突升，因機組帶負荷，轉(zhuǎn)速快速下降；汽輪機轉(zhuǎn)速低于3 000 r/min時，主調(diào)門逐步打開，汽輪機轉(zhuǎn)速快速穩(wěn)定在3 000 r/min[3]。FCB試驗時汽輪機轉(zhuǎn)速情況見表1，試驗時汽輪機轉(zhuǎn)速突升，易導(dǎo)致電氣頻率保護動作。從表1可知，電氣頻率保護在FCB試驗時可不做切除。

機組正常運行時，汽輪機轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，汽輪機轉(zhuǎn)速3 000 r/min對應(yīng)電網(wǎng)頻率50 Hz。越南電網(wǎng)較小，電網(wǎng)頻率控制不夠完善。#1機組100%負荷下FCB對#2機組運行影響很大：#1機組FCB后，電網(wǎng)頻率波動(#2機組汽輪機轉(zhuǎn)速從3 024 r/min 最低降至2 993 r/min)，致使#2機組輔機設(shè)備電流降低，應(yīng)加強輔機設(shè)備監(jiān)視；頻率波動致使#2機組負荷從620 MW突升至675 MW，超過功率上限保護，機組從協(xié)調(diào)控制切至汽輪機閥位控制，機組穩(wěn)定后再次投入?yún)f(xié)調(diào)控制。

表1　越南某電廠FCB時汽輪機轉(zhuǎn)速及其頻率保護

注：電氣頻率保護動作，發(fā)電機故障，機爐大聯(lián)鎖停機停爐。高頻保護大于52.0 Hz，延時10 s動作；低頻保護1小于48.5 Hz，延時60 s動作；低頻保護2小于48.0 Hz，延時60 s動作；低頻保護3小于47.0 Hz，延時6 s動作。

2.2汽輪機旁路控制

機組FCB時，鍋爐穩(wěn)定目標燃燒量，汽輪機控制目標轉(zhuǎn)速，多余主蒸汽通過高、低壓旁路(以下簡稱高低旁)降級后排入凝汽器。高低旁的穩(wěn)定控壓和減溫水的穩(wěn)定控溫，直接影響高低旁的穩(wěn)定運行：當高低旁快關(guān)時，直接影響主蒸汽壓力和再熱蒸汽壓力，易導(dǎo)致其安全門動作，乃至試驗失??；低壓旁路(以下簡稱低旁)后溫度超溫，會引起低壓缸排氣溫度高，進而導(dǎo)致停機和凝汽器真空被破壞。

2.2.1汽輪機高低旁壓力控制

機組FCB時，OPC動作3 s，全部蒸汽通過高低旁降級后排入凝汽器，提前預(yù)開高低旁有助于主蒸汽壓力和再熱蒸汽壓力的穩(wěn)定；隨后汽輪機調(diào)閥逐步打開，汽輪機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在目標值，高低旁自動調(diào)節(jié)主蒸汽壓力和再熱蒸汽壓力。

2.2.2汽輪機高低旁溫度控制

機組FCB時，高旁快速打開，大量主蒸汽進入，易導(dǎo)致高旁后溫度高，從而觸發(fā)高旁快關(guān)，因此，提前預(yù)開高旁減溫水并投入自動調(diào)節(jié)高旁后溫度。

為防止低壓缸排氣溫度過高，低旁減溫水預(yù)開后并鎖定其最小開度，投入自動調(diào)節(jié)低旁后溫度；聯(lián)鎖打開三級減溫水主路電動門；低壓缸噴水調(diào)閥預(yù)開并投入自動調(diào)節(jié)低壓缸排氣溫度。

低旁減溫水取自凝結(jié)水雜用水，低旁減溫水大量噴水致使凝結(jié)水出力不足，此時單臺凝結(jié)水泵不足以維持除氧器和低旁減溫水的用水量。因除氧器水位也是FCB試驗的監(jiān)測對象，故不考慮犧牲除氧器水位來保證低旁減溫水用水，而是調(diào)高FCB時凝結(jié)水泵的壓力定值，及時聯(lián)啟備用凝結(jié)水泵，以保證除氧器和低旁減溫水的用水。凝結(jié)水泵電機為6 kV電機，不宜頻繁啟停。當凝結(jié)水出口壓力回升時，可通過手動調(diào)節(jié)凝結(jié)水再循環(huán)閥來增大再循環(huán)量，以防凝結(jié)水出口壓力過高。

機組FCB時，汽輪機高低旁溫度控制良好，未超溫，見表2。

表2　越南某電廠FCB時旁路后溫度最大值　℃

注：高旁后溫度高于360 ℃，高旁快關(guān)；低旁后溫度高于180 ℃或低壓缸排氣溫度高于 80 ℃，低旁快關(guān)；低壓缸排氣溫度高于107 ℃，汽輪機跳閘。

2.3汽包水位控制

機組正常工況下，給水控制系統(tǒng)通過三沖量控制方式保證汽包水位平穩(wěn)。因機組FCB時工況變化大，汽包水位變化劇烈，若此時給水控制切至單沖量控制方式，汽包水位得不到有效控制，極易造成機組跳閘，故機組FCB時汽包水位宜通過三沖量控制方式調(diào)節(jié)[4]。

機組FCB時，汽包水位受主蒸汽壓力影響，會造成虛假水位，增加了汽包水位調(diào)節(jié)的難度。主蒸汽壓力升高，致使汽包水位持續(xù)下降，易導(dǎo)致機組汽包水位低低停爐；而主蒸汽壓力回穩(wěn)后，各種原因致使汽包水位持續(xù)上升，易導(dǎo)致機組汽包水位高高停爐?？刂坪闷皇瞧仩tFCB試驗成功的必備條件。

2.3.1給水三沖量信號的穩(wěn)定

機組FCB時，汽包水位調(diào)節(jié)應(yīng)維持在三沖量控制方式。給水三沖量副調(diào)流量平衡公式為：主蒸汽流量+鍋爐側(cè)連排流量+水位主調(diào)比例、積分、微分(PID)值=給水流量+過熱器減溫水總流量。

機組FCB時，部分蒸汽通過旁路進入凝汽器，通過調(diào)節(jié)級壓力計算主蒸汽流量會失準，應(yīng)增加爐側(cè)主蒸汽流量信號，并無擾動切至爐側(cè)主蒸汽流量計算值，以保證水位調(diào)節(jié)穩(wěn)定。

2.3.2FCB水位前饋

機組FCB時，主蒸汽壓力升高，高旁預(yù)開并自動調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。主蒸汽壓力升高，改變汽包壓力，存在虛假水位，短時間內(nèi)汽包水位持續(xù)走低，易觸發(fā)汽包水位低低保護而停爐。針對主蒸汽壓力升高致汽包水位降低的擾動，增加FCB補水前饋。根據(jù)試驗前負荷情況，增大汽動給水泵出力，防止汽包水位過低。

因高旁容量為60%BMCR，100%負荷下FCB時宜通過PCV閥泄壓，以防止安全門動作[1]。通過PCV閥泄壓有利于汽包水位的控制，故100%負荷下FCB時水位前饋應(yīng)略作修正，以防止PCV閥關(guān)閉后汽包水位持續(xù)走高。

2.3.3減溫水對汽包水位的影響

機組FCB時，過熱器減溫水前饋關(guān)50%，防止主蒸汽溫度突降。主蒸汽溫度超溫時，減溫水調(diào)閥在自動調(diào)節(jié)下逐步打開進行減溫。過熱器減溫水調(diào)閥大幅度調(diào)節(jié)過程中，過熱器減溫水總流量大幅度變化，致使汽包水位高高而觸發(fā)停爐。經(jīng)檢查分析，過熱器減溫水流量計量值偏大，過熱器減溫水流量擾動過大，致使汽包水位高高而觸發(fā)停爐。

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分析減溫水流量擾動，邏輯做以下修正：修正減溫水流量計量值，當汽包水位較高時，預(yù)減部分用水流量，使汽包水位快速平穩(wěn)。

2.3.4燃燒不穩(wěn)對汽包水位的影響

機組FCB時，鍋爐連續(xù)切除磨煤機和投入油槍，快速減至目標煤量并穩(wěn)定燃燒，以保證主蒸汽溫度和壓力穩(wěn)定。磨煤機停運時，聯(lián)鎖關(guān)閉磨煤機一次風通道，即關(guān)閉出口電動門和一次風冷、熱風電動門。

機組保留3臺磨煤機運行時，前期燃燒并不穩(wěn)定，磨煤機煤火檢有火信號消失，易導(dǎo)致磨煤機跳閘?？筛鶕?jù)磨煤機燃燒情況調(diào)整投運磨煤機的油槍順序，以改善相應(yīng)磨煤機燃燒情況。當?shù)?臺磨煤機跳閘時，只剩2條一次風通道，一次風機頻繁失速，一次熱風風壓大幅波動，爐膛燃燒情況惡化，鍋爐蒸發(fā)量減少，致使汽包水位持續(xù)升高，極易觸發(fā)汽包水位高高保護而停爐。

為防止一次風機失速，至少應(yīng)保留3臺煤粉通道，因此，多保留2臺跳閘磨煤機的一次風通道有助于一次風機的穩(wěn)定運行。但是，磨煤機跳閘后，若保留磨煤機的一次風通道，一次風會攜帶磨煤機部分原有煤粉，這部分煤粉不計入燃料控制的計算煤量，對燃料的調(diào)節(jié)有影響，故僅多保留2條跳閘磨煤機的一次風通道。

2.3.5汽包水位其他控制方法

給水主調(diào)閥系憋壓閥，滿負荷運行時開度約為8%，無法配合汽動給水泵調(diào)節(jié)給水的前、后壓差。當汽包水位持續(xù)上升時，可緩慢關(guān)小給水主調(diào)閥，通過節(jié)流控制汽包水位的上升。

機組FCB后，給水流量持續(xù)降低并逐步穩(wěn)定，2臺汽動給水泵同時運行時給水流量過大，可在給水流量穩(wěn)定后通過單臺汽動給水泵調(diào)節(jié)汽包水位。

3　FCB試驗曲線

越南某電廠#2機組分別進行了50%，100%負荷工況下的FCB試驗。試驗前，機組處于協(xié)調(diào)控制中，鍋爐側(cè)及汽輪機側(cè)主要輔機設(shè)備均在自動控制中。試驗過程中，鍋爐側(cè)和汽輪機側(cè)主要輔機設(shè)備均正常運行，未觸發(fā)停爐停機保護。機組穩(wěn)定運行約2 h，經(jīng)調(diào)度要求再次并網(wǎng)一次成功。

#2機組FCB時主要參數(shù)曲線如圖1、圖2所示。

圖1　機組50%負荷下FCB時鍋爐側(cè)、汽輪機側(cè)主要參數(shù)曲線

圖2　機組100%負荷下FCB時鍋爐側(cè)、汽輪機側(cè)主要參數(shù)曲線

4　結(jié)束語

機組FCB試驗的難點在于對汽輪機轉(zhuǎn)速的控制和對鍋爐燃燒的控制，不僅要將機組主要參數(shù)控制在正常范圍內(nèi)，還需要維持機組低負荷、大流量穩(wěn)定運行一段時間，外網(wǎng)恢復(fù)時，應(yīng)具備快速并網(wǎng)并帶負荷能力。機組FCB過程中，各參數(shù)變化劇烈，手動難以控制，從而要求控制系統(tǒng)對機組具有良好的自動控制品質(zhì)。通過對機組控制系統(tǒng)各方面的優(yōu)化，實現(xiàn)了機組FCB的自動控制，鍋爐燃燒穩(wěn)定，汽輪機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，機組能夠快速重新并網(wǎng)，從而提高了機組和電網(wǎng)運行的安全性。

[1]沈從奇，周新雅，姚峻.火電機組FCB功能及其在電網(wǎng)恢復(fù)中應(yīng)用[J].上海電力，2007(3)：251-254.

[2]姚峻.1 000 MW超超臨界機組控制系統(tǒng)新技術(shù)的應(yīng)用[C]//中國動力工程學會.超超臨界火電機組研討會論文集，2008：60-66.

[3]抄勇，馮進利，張小偉，等.大型汽輪發(fā)電機組甩負荷試驗探討[J].河南電力，2010(1)：50-54.

[4]王崢，李偉，李小林，等.汽輪發(fā)電機組甩負荷過程中主要控制系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化[J].熱力發(fā)電，2014，43(1)：106-109.

(本文責編：劉芳)

2016-01-25；

2016-05-30

TM 621

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1674-1951(2016)07-0008-03

趙偉剛(1985—)，男，陜西西安人，工程師，從事火力發(fā)電廠熱控調(diào)試工作(E-mail:447940206@163.com)。