創(chuàng)造單位：中國能源建設(shè)集團(tuán)華東電力試驗研究院有限公司

主創(chuàng)人：蔣根華 王孟

創(chuàng)造人：張來平 盛錦鰲 陳國清 陳霄峰

[摘要]FCB英文全稱Fast Cut Back，又稱Houseload，是指機(jī)組在外網(wǎng)故障，發(fā)電功率不能輸送至電網(wǎng)時，機(jī)組快速降負(fù)荷帶廠用電并維持運行一段時間，待電網(wǎng)故障消除后，機(jī)組可在短時間內(nèi)恢復(fù)并網(wǎng)。印尼當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國內(nèi)同期水平，電網(wǎng)的穩(wěn)定性較差，易發(fā)生電網(wǎng)故障事故。因此電網(wǎng)要求機(jī)組具有FCB功能，同時也是當(dāng)?shù)貦C(jī)組能否進(jìn)入商業(yè)運行的一個必要條件，是公司在印尼芝拉扎二期1*660MW機(jī)組整套啟動調(diào)試必須攻關(guān)解決的課題。公司組織技術(shù)團(tuán)隊進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，分析100%負(fù)荷下FCB過程的難點和要點，并針對這些關(guān)鍵點進(jìn)行了一系列的優(yōu)化措施，同時對一系列優(yōu)化措施進(jìn)行驗證試驗，最終完成了660MW機(jī)組滿負(fù)荷下的FCB功能試驗。

[關(guān)鍵詞]FCB控制技術(shù);660MW超臨界機(jī)組

一、項目概況

（一）項目背景

芝拉扎二期1×660MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組位于印尼爪哇島中部芝拉扎市。其鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行直流爐、單爐膛、前后墻對沖燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)n型布置。汽輪機(jī)組采用上海汽輪機(jī)廠制造的N660-24.2/566/566型660MW超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，主蒸汽壓力24.2MPa，主蒸汽溫度566℃，再熱蒸汽壓力4.127MPa，溫度566℃。旁路為瑞士SULZER公司生產(chǎn)的兩級串聯(lián)液壓驅(qū)動的高、低壓旁路系統(tǒng)（高旁容量是額定壓力溫度下的60%BMCR流量，低旁容量是60%BMCR流量再加高旁的噴水量）。

FCB英文全稱Fast Cut Back，又稱Houseload，是指機(jī)組在外網(wǎng)故障，發(fā)電功率不能輸送至電網(wǎng)時，機(jī)組快速降負(fù)荷帶廠用電并維持運行一段時間，待電網(wǎng)故障消除后，機(jī)組可在短時間內(nèi)恢復(fù)并網(wǎng)。本論文所涉及FCB試驗的內(nèi)容：機(jī)組在100%負(fù)荷即660MW負(fù)荷下，模擬外網(wǎng)故障（手動分并網(wǎng)開關(guān)），機(jī)組在與外網(wǎng)斷開后自動帶廠用電負(fù)荷維持孤島運行，在外網(wǎng)具備條件后重新并網(wǎng)升負(fù)荷。

由于印尼當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國內(nèi)同期水平，電網(wǎng)的穩(wěn)定性較差，易發(fā)生電網(wǎng)故障事故，因此電網(wǎng)要求機(jī)組具有FCB功能，同時也是當(dāng)?shù)貦C(jī)組能否進(jìn)入商業(yè)運行的一個必要條件。

相較RB與甩負(fù)荷工況，F(xiàn)GB工況更為惡劣，需要自動甩負(fù)荷至FCB目標(biāo)值，風(fēng)量、煤量、水量、主汽壓力均以一定的速率降至目標(biāo)值，還需要維持主汽溫度穩(wěn)定，因此對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)、設(shè)備眭能有著很高的要求。

（二）概述

研究印尼芝拉扎電站l*660MW超臨界機(jī)組特點，針對FCB功能對控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，從而實現(xiàn)機(jī)組成功在660MW滿負(fù)荷狀態(tài)下，快速減負(fù)荷至帶廠用電運行，乃至重新并網(wǎng)的成功經(jīng)驗，總結(jié)并研究了660MW超臨界機(jī)組在100%負(fù)荷下實現(xiàn)FCB功能的關(guān)鍵技術(shù)，介紹了對幾個系統(tǒng)的重點優(yōu)化措施，對各個系統(tǒng)FCB試驗階段的效果進(jìn)行實際驗證與總結(jié)，對需要FCB功能的機(jī)組主輔機(jī)的硬件配置提出了建議，對其它同類型機(jī)組FCB試驗具有一定的借鑒意義。

（三）項目研究內(nèi)容

印尼芝拉扎二期1*660MW超臨界機(jī)組100%負(fù)荷FCB功能研究。

（四）項目完成情況

本項目已按計劃如期完成印尼芝拉扎660MW超臨界機(jī)組100%負(fù)荷FCB方案編寫和審核，完成對各控制系統(tǒng)的改造優(yōu)化，并順利完成機(jī)組100%負(fù)荷FCB試驗且經(jīng)當(dāng)?shù)卣块T及業(yè)主等單位驗收，機(jī)組完成168小時試運，投入商業(yè)運行，達(dá)到項目預(yù)期目標(biāo)。

（五）參加人員及貢獻(xiàn)

項目主創(chuàng)人員：蔣根華、王孟

項目主要參與人：張來平、盛錦鰲、陳國清、陳霄峰

（六）資金使用情況

本項目計劃總投資81萬元，實際投資78萬元?？傆媴⑴c人員17人，共600余工日。

二、設(shè)計思路、總體方案、技術(shù)架構(gòu)、技術(shù)原理、方案及關(guān)鍵技術(shù)等（視項目情況而定）

（一）FCB觸發(fā)條件

在協(xié)調(diào)模式、或者TF模式（風(fēng)、水、煤均在自動位），負(fù)荷大于40%，且FCB功能投入的情況下，采用發(fā)生發(fā)電機(jī)解列信號觸發(fā)FCB動作。

（二）FCB動作邏輯

發(fā)電機(jī)解列觸發(fā)FCB動作后，協(xié)調(diào)系統(tǒng)切換至基本方式，鍋爐目標(biāo)負(fù)荷40%BMCR，按照FCB跳磨順序保留3臺磨煤機(jī)，DEH轉(zhuǎn)為本地轉(zhuǎn)速控制，定速目標(biāo)3000r/min，帶自身廠用電運行;旁路控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)入壓力控制模式，按設(shè)定壓力曲線調(diào)整主、再熱蒸汽，打開高低壓旁路系統(tǒng)。

（三）關(guān)鍵技術(shù)

1.從100%負(fù)荷快速降負(fù)荷，防止鍋爐壓力飛升;

2.快速減燃料，又維持燃燒、汽溫的穩(wěn)定;

3.汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升，防止發(fā)電機(jī)超頻保護(hù)動作;

4.旁路控制系統(tǒng)控制主再熱蒸汽壓力，同時要穩(wěn)定閥后溫度，防止超限高低旁快關(guān);

5.給水系統(tǒng)由四抽蒸汽切換至輔助蒸汽，避免給水系統(tǒng)大幅度擾動;

6.FCB發(fā)生后，解決大量的凝結(jié)水需求量;

7.快速打開高排通風(fēng)閥，防止高壓缸排汽溫度超限。

（四）創(chuàng)新技術(shù)

旁路控制，采用精準(zhǔn)定位，F(xiàn)CB發(fā)生后高旁及高旁減溫水預(yù)開的開度經(jīng)過精準(zhǔn)計算定位。通過高旁蒸汽流量及蒸汽焓值精準(zhǔn)計算定位出高旁及高旁減溫水的預(yù)開啟開度，控制主蒸汽壓力滑壓至目標(biāo)值，快速穩(wěn)定閥后溫度，防止再熱器溫度突降，使旁路控制效果達(dá)到最優(yōu)。

三、技術(shù)特點

在部分設(shè)計、設(shè)備配置未能考慮100%負(fù)荷FCB功能的情況下，通過對鍋爐、汽機(jī)、電氣等控制系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)了在660MW負(fù)荷狀態(tài)下，因外部電網(wǎng)故障解列時，快速甩掉負(fù)荷的工況下，不觸發(fā)停機(jī)、停爐，帶廠用電的維持孤島運行，待在外網(wǎng)具備條件后重新并網(wǎng)升負(fù)荷，機(jī)組各參數(shù)正常，提高了機(jī)組的安全性及穩(wěn)定性。

四、系統(tǒng)主要特點（成果轉(zhuǎn)化）

（一）各系統(tǒng)的改造

1.旁路系統(tǒng)的精準(zhǔn)定位控制

在FCB發(fā)生時，高旁低旁快開，自動投入FCB下的壓力控制模式，滑壓至當(dāng)前壓力設(shè)定值，設(shè)定值根據(jù)鍋爐燃料量決定。旁路減溫水預(yù)開至一定開度后，自動調(diào)節(jié)旁路閥后溫度值。

FCB發(fā)生后高旁及高旁減溫水預(yù)開開度的精準(zhǔn)定位：對高壓旁路及高壓旁路減溫水開度通過計算進(jìn)行擬合。根據(jù)旁路廠家提供的高旁蒸汽流量的計算公式，如式（1）：

f=kv×kvs×P÷|509x（0.031×E-18.5）| （1）

公式中kv為旁路開度;kvs為高旁閥全開時兩側(cè)差壓，是一常數(shù);P是主蒸汽壓力;E為蒸汽焓值。由此在任意負(fù)荷下，由蒸汽流量、主蒸汽壓力、溫度即可擬合出高旁快開的預(yù)設(shè)開度，如式（2）：

kv=f×[509×（0.031×E-18.5）]÷（P×kvs） （2）

高旁減溫水開度的擬合：當(dāng)為主蒸汽流量f1，主蒸汽焓值為E1，減溫水流量f2，為減溫水焓值E2，減溫減壓后蒸汽流量f，減溫減壓后蒸汽焓值E，根據(jù)能量守恒定律，有以下關(guān)系，如式（3）：

f×E+f×E=f×E （3）

則所需高旁減溫水流量如式（4）：

f=f×（E-E）÷（E-E） （4）

而高旁減溫水流量與高旁減溫水調(diào)節(jié)閥基本成線性關(guān)系，因此在實際過程中用當(dāng)前工況下的蒸汽流量的函數(shù)作為旁路快開時高旁減溫水瞬啟開度值。

2.鍋爐的控制

在FCB發(fā)生時，鍋爐需保持一定的熱負(fù)荷，且保證旁路有一定的調(diào)節(jié)能力，鍋爐在確定FCB目標(biāo)負(fù)荷時，將目標(biāo)負(fù)荷定為400/0BMCR。參考一次風(fēng)機(jī)RB及給水RB時的變負(fù)荷速率，F(xiàn)CB降負(fù)荷速率定為200%/min。在FOB發(fā)生時按照上層、中層順序立即切除一臺磨煤機(jī)，間隔7秒后切除第二臺磨煤機(jī)，保留3臺磨煤機(jī)運行。為了維持汽溫及燃燒的穩(wěn)定，自動投入上層、微油層油槍運行。為了維持供油壓力的穩(wěn)定，各層油槍投入時加入一定延時，最多保持2支油槍共同投入。

3.汽輪機(jī)側(cè)系統(tǒng)的控制

FOB觸發(fā)瞬間，OPC立即動作，高調(diào)門、中調(diào)門迅速關(guān)閉，控制機(jī)組轉(zhuǎn)速短暫飛升后下降，DEH由“遙控”模式自動變?yōu)閹月纺Ｊ?，轉(zhuǎn)為“本地轉(zhuǎn)速控制”。

增加倒缸邏輯：FCB動作時間滿2s后，如果轉(zhuǎn)速低于3060（OPC復(fù)位轉(zhuǎn)速），OPC指令復(fù)位，IV開啟至預(yù)設(shè)開度，GV保持關(guān)閉，IV控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000轉(zhuǎn)，并帶廠用電維持運行，待外網(wǎng)恢復(fù)正常后，進(jìn)行同期、并網(wǎng)。并網(wǎng)后由中壓缸帶初負(fù)荷，升負(fù)荷至11%

13%負(fù)荷，冷再熱壓力小于1MPa后，DEH提示倒缸條件滿足，進(jìn)行倒缸操作。在倒缸的過程中，高排壓比會低于保護(hù)值1.8。因此汽機(jī)廠將高排壓比低保護(hù)變?yōu)榈垢姿查g延遲1分鐘生效。隨著高調(diào)門逐漸開啟，轉(zhuǎn)為高中壓缸聯(lián)合控制，可繼續(xù)正常升負(fù)荷。

FCB發(fā)生時，四抽蒸汽壓力驟降，給水泵汽輪機(jī)供汽汽源需平穩(wěn)切換至輔助蒸汽供給，通過優(yōu)化邏輯，將冷再汽源切換閥的開啟指令從原有的低調(diào)閥開度100%改為70%，保證小機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，同時將冷再至輔聯(lián)壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)定值跟蹤一定值，保證輔汽聯(lián)箱壓力正常，避免給水流量出現(xiàn)大幅波動。

4.電氣系統(tǒng)的控制

FCB發(fā)生時，發(fā)電機(jī)迅速降負(fù)荷至39MW左右，維持帶廠用電運行，初期汽輪機(jī)會存在一個瞬間轉(zhuǎn)速飛升過程，由于機(jī)組仍維持自帶廠用電的方式，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的飛升幅度也相對100%甩負(fù)荷要小一些，仍然有動作的可能性。參考相關(guān)文獻(xiàn)及國外100%負(fù)荷下FCB成功的經(jīng)驗，與廠家及各方確認(rèn)后，將超頻保護(hù)的時間延長至30s。

5.順控系統(tǒng)的改造

FCB發(fā)生瞬間，快開4個電磁泄壓閥，延時20s或壓力低于設(shè)定值時，自動關(guān)閉電磁泄壓閥。FCB發(fā)生時，聯(lián)啟第二臺凝結(jié)水泵，保證凝結(jié)水壓力及低壓系統(tǒng)減溫水量的供應(yīng);自動開啟高排通風(fēng)閥，關(guān)閉高排逆止閥，防止高壓缸排汽溫度超限。

（二）100%FCB試驗過程及效果

1.試驗過程概述

2016年6月4日10時00分，機(jī)組協(xié)調(diào)方式下運行，負(fù)荷660MW，主汽壓力24.2MPa，給水流量1948.7t/h，主汽溫度568.6℃，再熱器溫度569.2℃，再熱器壓力4.12MPa，機(jī)組給煤量404t/h（經(jīng)BTU修正后）。2016年6月4日10點05分01秒，手動分并網(wǎng)開關(guān)，觸發(fā)FCB動作，汽機(jī)轉(zhuǎn)速開始飛升，最高至3198rpm，OPC動作后開始迅速下降，最低至2968rpm。經(jīng)過25秒鐘后，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000轉(zhuǎn)附近，期間汽輪機(jī)各個參數(shù)正常，軸承金屬溫度、推力瓦溫度無明顯變化。FCB發(fā)生后，鍋爐燃料以200%/min的速率，16s后到達(dá)目標(biāo)燃料量40%;給水流量以同樣的速率降至目標(biāo)流量，因四抽蒸汽切除，轉(zhuǎn)為輔汽控制，小機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)瞬時下降，18s后給水流量最低降至581t/h（鍋爐最小流量保護(hù)為360t/h延時20s），1分鐘后穩(wěn)定在40%負(fù)荷時對應(yīng)的給水流量。主蒸汽溫度隨著FCB的發(fā)生，逐漸下降，從568.6℃最低降至553℃，F(xiàn)CB試驗完成重新并網(wǎng)時升至564℃，再熱器溫度從試驗前的569.2℃降低到544℃，高壓缸排汽溫度從327℃升高至362.1℃;主蒸汽壓力最高至25.8MPa，后自動滑壓至14MPa，凝汽器真空從-93.3kPa，最高到-88.7kPa，重新并網(wǎng)后恢復(fù)至-91.88kPa。FCB期間主要參數(shù)如圖3所示。

2.高低壓旁路控制效果

從曲線上可以看出：FCB發(fā)生瞬間，高旁快開，高旁閥開至預(yù)設(shè)開度，隨后高旁壓力設(shè)定值按既定的滑壓速率（本工程設(shè)定為0.7MPa/min）到目標(biāo)值，主汽壓力在FCB瞬2間最高飆升至25.8MPa，隨后在高旁閥的調(diào)節(jié)作用下緊隨著設(shè)定值斜線，滑壓至鍋爐主控輸出函數(shù)對應(yīng)的目標(biāo)壓力。高旁減溫水隨著高旁快開信號開至預(yù)設(shè)開度，高旁閥后溫度最低至265.57℃，后由高旁減溫水自動調(diào)節(jié)并維持溫度穩(wěn)定在300℃。

3.低旁調(diào)節(jié)閥及低旁減溫水控制效果

FCB發(fā)生瞬間，低旁快開，低旁減溫水全開，隨后低旁壓力設(shè)定值按既定的滑壓速率（本工程設(shè)定為0.1MPa/min）到目標(biāo)值，再熱器壓力試驗前4.12MPa，在低旁閥的調(diào)節(jié)作用下緊隨著設(shè)定值斜線，滑壓至鍋爐主控輸出函數(shù)對應(yīng)的再熱器目標(biāo)壓力1.82MPa。低旁減溫水隨著低旁快開信號開至全開，低旁閥后溫度最高到122℃，后經(jīng)低旁減溫水自動調(diào)節(jié)并維持溫度穩(wěn)定在90℃。

4.給水系統(tǒng)控制效果

由于本工程輔汽聯(lián)箱容積有限，輔汽用量不能同時保證兩臺小機(jī)同時帶負(fù)荷運行，因此在試驗前將A小機(jī)的供汽汽源切至輔汽，B小機(jī)仍舊由四抽供汽。如圖6所示：FCB發(fā)生后，給水指令以200%/min的速率減至40%鍋爐負(fù)荷下的給水流量，B小機(jī)由于四抽氣源的切除，指令反饋的偏差跳閘，A小機(jī)由于平衡塊的作用，將B小機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速指令自動疊加。給水流量最低至581t/h，一分鐘后穩(wěn)定在880t/h。

5.爐瞠負(fù)壓控制效果

FCB發(fā)生前，爐膛壓力75Pa，設(shè)定值50Pa，F(xiàn)CB發(fā)生后，伴隨兩次跳磨，爐膛負(fù)壓開始波動最低至1175Pa，最高至526.7Pa，如圖7所示，70秒后穩(wěn)定在50Pa附近。

6.FCB試驗期間電氣參數(shù)

F CB發(fā)生后，發(fā)電機(jī)有功功率從660MW突降到帶廠用電42.8MW，無功功率從140.24MVar降到19.11MVar;到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓從初始的22.51kV在30ms降低到21.88kV，最終電壓穩(wěn)定在21.7kV。

五、系統(tǒng)實施前后對比

通過本次對超臨界機(jī)組100%負(fù)荷下FCB功能的研究以及本次100%負(fù)荷下FCB試驗的成功進(jìn)行，機(jī)組具備了抗電網(wǎng)故障的能力，在外部電網(wǎng)故障解列的情況下，能快速降負(fù)荷至帶廠用電孤島運行，不觸發(fā)停機(jī)停爐，而且能在較短時間內(nèi)快速并網(wǎng)，升負(fù)荷。通過本項目的實施，提高了機(jī)組的安全可靠性，避免了因外網(wǎng)故障造成的停機(jī)損失，同時也延長了機(jī)組的使用壽命。

六、存在不足

（一）給水泵汽輪機(jī)汽源的切換

本次試驗過程中，考慮到輔汽系統(tǒng)由于管道容量的限制，以及汽源切換對給水的擾動，而電泵又不能作為備用泵，試驗前給水泵汽輪機(jī)供汽分別用四抽蒸汽及輔汽供汽，為避免搶汽，F(xiàn)CB發(fā)生后手動停一臺汽泵。建議輔汽聯(lián)箱及管道容量應(yīng)能滿足兩臺小機(jī)同時用輔汽帶到滿負(fù)荷或者配置全壓35%容量的電泵。

（二）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制

如圖3：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速最高至3177r/min，最低至2960r/min，F(xiàn)OB觸發(fā)OPC動作2秒復(fù)位后，高調(diào)門仍處于關(guān)閉狀態(tài)，中調(diào)門開至預(yù)設(shè)開度（3000r/min記憶開度）來控制轉(zhuǎn)速。建議重新完善計算DEH控制參數(shù)，提高控制品質(zhì)。

（三）汽輪機(jī)倒缸的控制

FCB觸發(fā)后，中調(diào)門帶負(fù)荷至13%左右，中調(diào)門全開后，開始逐漸開啟高調(diào)門，高壓缸排汽上升較快，最高到達(dá)424℃，保護(hù)動作值428℃，建議優(yōu)化DEH倒缸邏輯，倒缸時增加高壓缸的通流流量。

七、效益分析

經(jīng)濟(jì)效益：通過本科技項目的實施，保證機(jī)組安全運行，避免了停機(jī)帶來損失，保證了機(jī)組連續(xù)發(fā)電的利潤，增強(qiáng)了機(jī)組穩(wěn)定安全運行使用壽命，為電廠以后運行節(jié)約了成本，具有極大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。

社會效益：印尼芝拉扎二期1*660MW超臨界機(jī)組為公司首次承接大型超臨界機(jī)組的調(diào)試項目，F(xiàn)CB功能試驗在超臨界機(jī)組中的應(yīng)用也是公司首次，通過本項目的實施，不但填補(bǔ)了公司在FCB研究領(lǐng)域的空白，為公司拓展調(diào)試業(yè)務(wù)提供了必要的技術(shù)積累，也為公司在印尼電力調(diào)試領(lǐng)域樹立了標(biāo)桿，為公司開拓印尼市場做鋪墊，具有極大的潛在社會效益;同時培養(yǎng)了一批專業(yè)人才，為以后同類型機(jī)組的調(diào)試提供依據(jù)。

八、項目推廣前景

本項目獲得的成果，可廣泛適用于其他新建同類型超臨界機(jī)組或者更高參數(shù)機(jī)組的調(diào)試和運行，使機(jī)組具備FCB功能，提高機(jī)組抗電網(wǎng)故障的能力，保證機(jī)組穩(wěn)定、高效、長時間運行，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。