王孟，賴艷云，王戟

(浙江火電建設(shè)有限公司，杭州 310016)

FCB工況下旁路控制系統(tǒng)的改進與優(yōu)化

王孟，賴艷云，王戟

(浙江火電建設(shè)有限公司，杭州 310016)

介紹了印尼芝拉扎1×660 MW超臨界機組主要設(shè)備及旁路控制系統(tǒng)配置的概況，針對機組快速甩負荷(FCB)工況對旁路控制系統(tǒng)的要求，以及FCB預(yù)備性試驗時旁路控制系統(tǒng)的響應(yīng)情況，對旁路系統(tǒng)控制策略進行了改進和優(yōu)化，最終達到了預(yù)期的控制效果，順利完成了100%負荷下的FCB試驗，可供其他同類機組旁路控制系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化時參考。

超臨界機組；FCB工況；旁路控制系統(tǒng)；控制策略；優(yōu)化

0 引言

印尼芝拉扎二期1×660 MW超臨界燃煤電站位于印尼中爪洼省南部芝拉扎市，距離市區(qū)約10 km，南臨印度洋，是印尼國內(nèi)裝機容量最大的機組之一。由于印尼當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的水平遠遠落后國內(nèi)同期水平，電網(wǎng)的穩(wěn)定性較差，易發(fā)生電網(wǎng)故障，因此，電網(wǎng)要求機組具有快速甩負荷FCB(fast cut back)[1]功能，同時也是當(dāng)?shù)貦C組能否進入商業(yè)運行的一個必要條件。FCB是指機組因外網(wǎng)故障而使發(fā)電功率不能輸送至電網(wǎng)時，機組快速降負荷，穩(wěn)定鍋爐燃燒，維持汽輪機轉(zhuǎn)速3 000 r/min，發(fā)電機帶孤網(wǎng)和廠用電負荷運行,待電網(wǎng)故障消除后，機組可在短時間內(nèi)恢復(fù)并網(wǎng)。

1 機組及旁路設(shè)備配置概述

印尼芝拉扎二期1×660 MW超臨界機組汽輪機是由上海電氣集團股份有限公司設(shè)計制造的超臨界、一次中間再熱、雙背壓、凝汽式、八級回?zé)岢槠?、三缸四排汽凝汽式汽輪機,型號為N660E-24.2/566/566，主蒸汽壓力為24.20 MPa，主蒸汽溫度為566.0 ℃，再熱蒸汽壓力為4.13 MPa，再熱蒸汽溫度為566.0 ℃。鍋爐過熱器額定蒸汽流量為2 077.9 t/h，配備4個電磁泄壓閥，每個排放量5%BMCR(鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量)。旁路為瑞士SULZER公司生產(chǎn)的液壓驅(qū)動的兩級串聯(lián)高、低壓旁路系統(tǒng)，高壓旁路容量為60%BMCR、低壓旁路容量為60%BMCR+高壓旁路減溫水量。給水系統(tǒng)配置2臺50%BMCR容量的汽動給水泵，1臺啟動電動給水泵(給水揚程10 352 m)僅啟動初期使用，不能作為正常運行的備用泵。

2 FCB工況對汽輪機旁路的要求

2.1 FCB動作邏輯

機組FCB動作邏輯如圖1所示，發(fā)電機解列觸發(fā)FCB動作后，協(xié)調(diào)系統(tǒng)切換至基本方式，鍋爐目標(biāo)負荷40%BMCR，按照FCB跳磨順序保留3臺磨煤機，數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)轉(zhuǎn)為本地轉(zhuǎn)速控制，定速目標(biāo)3 000 r/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)[2]。

圖1 機組FCB動作邏輯

2.2 旁路系統(tǒng)控制要求

FCB試驗?zāi)芊癯晒Γ月废到y(tǒng)的控制尤其關(guān)鍵，既要快速泄壓、穩(wěn)壓，又要防止閥后溫度超限導(dǎo)致快關(guān)動作，因此對旁路控制系統(tǒng)有以下要求。

2.2.1 快速泄壓、克服鍋爐壓力飛升

FCB發(fā)生瞬間，超速保護(OPC)動作，汽輪機調(diào)門迅速關(guān)閉。鍋爐同時快速減燃料至目標(biāo)值。由于鍋爐壓力存在一定的慣性以及燃燒的延遲性，為了防止主蒸汽壓力飛升，在打開PCV閥的同時高壓旁路需快開至一定的閥位[3]。

2.2.2 自動調(diào)節(jié)主、再熱蒸汽壓力，維持汽輪機轉(zhuǎn)速

FCB發(fā)生后，鍋爐需保持一定的熱負荷，以200%BMCR/min的速率降負荷至40%BMCR，高、低壓旁路快開后需自動投入FCB下的壓力控制模式，滑壓至當(dāng)前目標(biāo)壓力設(shè)定值，設(shè)定值根據(jù)鍋爐燃料量決定。考慮到鍋爐的慣性，以及維持汽輪機3 000 r/min轉(zhuǎn)速，滑壓速率應(yīng)遠小于降負荷速率。

圖2 高壓旁路壓力設(shè)定值形成回路邏輯

2.2.3 自動調(diào)節(jié)高、低壓旁路閥后溫度，防止溫度超限

高壓旁路減溫水調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)高壓旁路閥后蒸汽溫度，防止高壓旁路閥后蒸汽溫度超限。低壓旁路減溫水自動調(diào)節(jié)低壓旁路閥后蒸汽溫度，確保進入凝汽器的蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)[4]，保證凝汽器安全運行。

3 旁路控制策略分析

3.1 高壓旁路控制策略

高壓旁路控制回路包含兩部分：(1)壓力設(shè)定值形成回路；(2)高壓旁路壓力自動調(diào)節(jié)回路[5]。

在原有啟動模式、爬坡模式、定壓模式、跟隨模式的基礎(chǔ)上，增加了優(yōu)先級僅次于跟隨模式的FCB模式。在原先的控制策略中，高壓旁路壓力設(shè)定值取自機組負荷目標(biāo)壓力曲線，協(xié)調(diào)狀態(tài)下機爐負荷是動態(tài)匹配的，F(xiàn)CB工況下機組狀態(tài)切換為基本模式，負荷主要取決于鍋爐燃料量。因此，修正后的壓力設(shè)定值跟隨鍋爐主控指令，并以一定的滑壓速率輸出至控制回路。壓力設(shè)定值回路如圖2所示，高壓旁路壓力調(diào)節(jié)器為常規(guī)PI調(diào)節(jié)器，隨著FCB信號觸發(fā)，快開至70%開度，隨后自動調(diào)節(jié)壓力至設(shè)定值。

3.2 高壓旁路減溫水控制策略

(1)隨高壓旁路快開信號快開至100%，隨后投入溫度自動控制；(2)由于不同熱負荷下高壓旁路蒸汽焓存在很大差異，因此PI調(diào)節(jié)器采用鍋爐主控輸出函數(shù)變參數(shù)調(diào)節(jié)，分段整定參數(shù)；(3)考慮高壓旁路閥開度及主蒸汽壓力對閥后溫度影響，高壓旁路閥開度與主蒸汽壓力折線函數(shù)作為高壓旁路減溫水前饋信號。

3.3 低壓旁路及減溫水控制策略

低壓旁路壓力設(shè)定值由機組實際負荷函數(shù)與機組目標(biāo)負荷函數(shù)取大值后，經(jīng)過大小值限幅后輸出。由于FCB工況下機組負荷主要由鍋爐負荷對低壓旁路壓力設(shè)定值回路進行修正，在FCB工況下切換為鍋爐主控函數(shù)經(jīng)一階慣性及滑壓速率輸出，形成最終的低壓旁路壓力設(shè)定值。

在FCB觸發(fā)后，低壓旁路快開至100%開度，隨后自動調(diào)節(jié)壓力至設(shè)定值。考慮到FCB工況下大量蒸汽進入凝汽器，低壓旁路減溫水保持100%開度15 s后進行溫度自動調(diào)節(jié)。

圖3 FCB試驗過程高壓旁路響應(yīng)曲線

4 預(yù)備性試驗出現(xiàn)的問題及解決辦法

通過對FCB工況下旁路系統(tǒng)控制任務(wù)的分析，對控制策略進行優(yōu)化，完成控制參數(shù)的整定。100%負荷FCB試驗前，需對旁路系統(tǒng)的控制功能進行驗證，在完成50%負荷FCB試驗的基礎(chǔ)上，進行了100%負荷FCB試驗。

4.1 100%負荷FCB試驗引起MFT

2016-05-02 T 22:35:00，機組負荷660 MW，機組基本模式運行，采用傳統(tǒng)方法甩100%負荷，甩負荷前20 s，10 s分別各手動停1臺磨煤機；22:47:57，手動分并網(wǎng)開關(guān)，3 s后汽輪機至最高轉(zhuǎn)速3 198 r/min；22:48:04，汽動給水泵B跳閘；22:48:14，鍋爐給水流量低至251 t/h，鍋爐總?cè)剂咸l(MFT)動作。

4.2 給水流量低原因分析

由圖3可以看出，甩負荷后，四段抽汽失去，輔助氣源不能滿足2臺給水泵汽輪機同時高轉(zhuǎn)速運行，導(dǎo)致給水泵B由于實際轉(zhuǎn)速與指令偏差大而跳閘。單臺汽動給水泵出力應(yīng)在1 000 t/h以上，但給水流量卻降低至251 t/h，另一部分分流作為高壓旁路減溫水。通過分析高壓旁路系統(tǒng)的響應(yīng)曲線發(fā)現(xiàn)：解列瞬間，高壓旁路減溫水開度至全開，流量約為600 t/h，高壓旁路閥后溫度10 min內(nèi)從340.0 ℃降低至230.0 ℃，高壓旁路減溫水用量過大，導(dǎo)致高壓旁路閥后溫度驟降，鍋爐給水流量突降，最終導(dǎo)致鍋爐MFT動作。

綜上分析，導(dǎo)致甩100%負荷期間給水流量低的原因有：(1)輔助氣源無法滿足2臺給水泵汽輪機同時高速運行；(2)高壓旁路減溫水調(diào)節(jié)閥預(yù)啟開度過大，超限分流鍋爐上水流量。

4.3 解決措施

高壓旁路及旁路減溫水的預(yù)啟開度必須通過計算重新定位。根據(jù)旁路廠家提供的高壓旁路蒸汽流量計算書，高壓旁路蒸汽流量與主蒸汽壓力和高壓旁路調(diào)節(jié)閥開度成正比，與主蒸汽焓成反比，且由以上3個參數(shù)可以準(zhǔn)確計算出高壓旁路蒸汽流量。因此，在任意負荷下由主蒸汽流量、主蒸汽壓力、溫度即可擬合出高壓旁路快開的預(yù)設(shè)開度[6]。

高壓旁路減溫水開度的擬合:當(dāng)主蒸汽流量為qm1(kg/s)，主蒸汽焓為h1(kJ/kg)，減溫水流量為qm2(kg/s)，減溫水焓為h2(kJ/kg)，減溫減壓后蒸汽流量為qm3(kg/s)，減溫減壓后蒸汽焓為h3(kJ/kg)時，根據(jù)能量與質(zhì)量守恒定律，有以下關(guān)系：

(1)

(2)

則所需高壓旁路減溫水流量

(3)

而高壓旁路減溫水流量與高壓旁路減溫水調(diào)節(jié)閥開度基本呈線性關(guān)系，因此，在實際運行過程中用當(dāng)前工況下蒸汽流量的函數(shù)作為旁路快開時高壓旁路減溫水瞬啟開度值。

5 100%負荷FCB運行情況

2016-06-04 T 10：06：45，手動分并網(wǎng)開關(guān)，觸發(fā)FCB動作，機組與電網(wǎng)解列，機組負荷迅速由660 MW降至帶廠用電運行的39 MW。

(1)FCB發(fā)生瞬間，鍋爐側(cè)快速減負荷，切煤投油自動運行，PCV閥自動打開；DEH轉(zhuǎn)為本地轉(zhuǎn)速控制，汽輪機轉(zhuǎn)速開始飛升，最高至3 178 r/min，OPC動作后開始迅速下降，最低至2 968 r/min，經(jīng)過25 s后，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3 000 r/min附近。

(2)高壓旁路快開至預(yù)設(shè)開度，主蒸汽壓力最高至25.80 MPa，隨后在高壓旁路閥自動調(diào)節(jié)下滑壓(滑壓速率0.70 MPa/min)至40%負荷對應(yīng)壓力14.00 MPa，高壓旁路減溫水快開至預(yù)設(shè)開度，高壓旁路閥后溫度最低至275.6 ℃，后由高壓旁路減溫水自動調(diào)節(jié)并維持溫度穩(wěn)定在300.0 ℃。

(3)低壓旁路閥及低壓旁路減溫水快開，隨后低壓旁路閥自動調(diào)節(jié)再熱器壓力從4.12 MPa滑壓(滑壓速率0.15 MPa/min)至目標(biāo)值1.82 MPa。

(4)主蒸汽溫度隨著FCB的發(fā)生逐漸下降，從568.6 ℃最低降至553.0 ℃，F(xiàn)CB試驗完成重新并網(wǎng)時升至564.0 ℃，再熱器溫度從試驗前的569.2 ℃降低到544.0 ℃，高壓缸排汽溫度從327.0 ℃升高至362.1 ℃。

2016-06-04 T 10:26:45，機組各項參數(shù)穩(wěn)定，再次并網(wǎng)，F(xiàn)CB試驗結(jié)束,旁路控制策略的改進與優(yōu)化成功。FCB工況旁路系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖3所示。

6 結(jié)束語

FCB工況下對旁路控制系統(tǒng)的改造和優(yōu)化，在機組運行過程中成功實施，并在100%負荷FCB試驗中發(fā)揮了較大的作用，保證了機組在FCB工況下安全、穩(wěn)定運行。

[1]張樂天,周斌,曹超.基于FCB試驗的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量計算[J].中國電力，2013,46(8)：95-97.

[2]田豐.700 MW機組FCB試驗分析[J].動力工程,2002,22(4):1872-1874,1907.

[3]王衛(wèi)濤.FCB工況下汽機旁路控制方案探討[J].華中電力,2011,24(1):39-42.

[4]馮偉忠.1 000 MW級火電機組旁路系統(tǒng)作用及配置[J].中國電力,2005,38(8):53-56.

[5]章振云,黃衛(wèi)劍.基于FCB工況中容量旁路控制系統(tǒng)[J].信息系統(tǒng)工程,2012,38(7):42-43,67.

[6]CCI AG Switzerland. CILACAP II 1×660 MW HP/LP bypass station function diagrams[Z].Zurich:Control Components Inc，2012.

(本文責(zé)編：白銀雷)

2016-11-09；

2016-12-30

TK 323

B

1674-1951(2017)01-0027-04

王孟(1985—)，男，浙江文成人，工程師，從事火力發(fā)電廠系統(tǒng)調(diào)試工作(E-mail:bancroftwangmeng@163.com)。