周海

摘 要

火電廠快速減負(fù)荷（fast cutback，F(xiàn)CB）功能是大型機(jī)組不可缺少的重要安全保障，通過(guò)對(duì)波黑斯坦納瑞300MW燃煤機(jī)組FCB功能控制要求的分析，對(duì)DEH控制系統(tǒng)的改進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】300MW FCB DEH 改進(jìn)

1 引言

波黑斯坦納瑞電站地處波黑北部，為東方電氣在歐洲的第一個(gè)火電項(xiàng)目，該電站為波黑及相鄰歐洲國(guó)家供電，為保證波黑地區(qū)電網(wǎng)及電廠運(yùn)行安全，發(fā)電機(jī)組需要具備孤島運(yùn)行的FCB功能（Fast Cut Back）。

斯坦納瑞電廠機(jī)組為1×300MW亞臨界燃煤機(jī)組，汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的N300-16.7/538/538。東方汽輪機(jī)有限公司在引進(jìn)和廣泛吸收國(guó)、內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出新一代與300MW等級(jí)汽輪機(jī)配套的全電調(diào)型DEH控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)硬件采用ABB公司最新開(kāi)發(fā)的具有世界先進(jìn)水平的S+系統(tǒng)。

2 DEH在FCB運(yùn)行中存在的問(wèn)題

（1）由于企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)與外部電網(wǎng)解列可能性十分復(fù)雜，無(wú)法給出準(zhǔn)確的與外網(wǎng)解列信號(hào)，很多情況下只能通過(guò)事發(fā)后電能質(zhì)量參數(shù)以及汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)得知，往往因?yàn)樘幚聿患皶r(shí)造成機(jī)組超速或低周波跳閘。

（2）在與外網(wǎng)解列瞬間，為能快速控制機(jī)組轉(zhuǎn)速，常規(guī)控制系統(tǒng)需要人工調(diào)整負(fù)荷設(shè)定值。由于人工調(diào)整慢、隨機(jī)性較大，不能快速控制負(fù)荷及時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行工況。

（3）超速控制策略設(shè)置不合理。當(dāng)機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，不僅要保證機(jī)組轉(zhuǎn)速不能超過(guò)安全規(guī)定值，還需盡快穩(wěn)定運(yùn)行工況，保證廠用電供給。

3 DEH控制系統(tǒng)的改進(jìn)

3.1 DEH電網(wǎng)解列信號(hào)選擇

波黑斯坦納瑞電站只有一個(gè)高壓出口開(kāi)關(guān)，故直接選擇高壓出口開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)送給DEH和DCS作為電網(wǎng)并網(wǎng)解列信號(hào)。

3.2 DEH防止超速回路

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，突然瞬間全甩外部電網(wǎng)負(fù)荷或者發(fā)電機(jī)解列，機(jī)組會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速飛升。為防止超速，DEH瞬間觸發(fā)OPC動(dòng)作。由于FCB動(dòng)作也是靠并網(wǎng)開(kāi)關(guān)判斷，所以DEH使用的是和甩負(fù)荷相同的0PC動(dòng)作回路。

OPC超速保護(hù)回路具體邏輯如下：當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于45Mw時(shí)，F(xiàn)CB或脫網(wǎng)信號(hào)觸發(fā)OPC動(dòng)作1.5秒，等轉(zhuǎn)速降到允許值3060r/min時(shí)OPC動(dòng)作結(jié)束。并且DEH的TP800卡件本身具備OPC保護(hù)功能。

3.3 FCB時(shí)DEH轉(zhuǎn)速控制回路

在FCB時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)立即轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速控制方式，確保整個(gè)過(guò)渡過(guò)程的轉(zhuǎn)速變化在允許范圍內(nèi)，并在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，這對(duì)汽機(jī)的轉(zhuǎn)速控制提出了較高要求。勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)要保證發(fā)電機(jī)電壓。

甩負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)的磁力突然接近零或到零，汽機(jī)高中壓缸的調(diào)節(jié)汽門(mén)快速關(guān)閉，由于調(diào)門(mén)的關(guān)閉速度小于發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷，汽機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)飛升。其飛升幅度取決于機(jī)組當(dāng)時(shí)出力，出力越大飛升幅度越大。其飛升幅度還取決于調(diào)門(mén)快關(guān)時(shí)間，快關(guān)時(shí)間越長(zhǎng)上升幅度越大，另外還取決于調(diào)門(mén)關(guān)閉的嚴(yán)密性和汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由于帶廠用電的FCB比3000RPM空載時(shí)發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷量小些，所以汽機(jī)轉(zhuǎn)速飛升幅度也小。在汽機(jī)轉(zhuǎn)速回降時(shí)，調(diào)門(mén)重新開(kāi)啟應(yīng)及時(shí)，避免出現(xiàn)汽機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低，一般汽機(jī)轉(zhuǎn)速在一分鐘左右能達(dá)到穩(wěn)定。

如果汽機(jī)轉(zhuǎn)速飛升過(guò)大，汽機(jī)會(huì)因超速而跳閘，過(guò)低的轉(zhuǎn)速不能維持所帶輔機(jī)的正常運(yùn)行，帶廠用電的FCB失敗，輔機(jī)可以快切到其他電源繼續(xù)運(yùn)行，汽機(jī)過(guò)渡到空載3000RPM的運(yùn)行方式。

3.4 DEH系統(tǒng)優(yōu)化

為保證甩負(fù)荷過(guò)程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)品質(zhì)符合要求，該項(xiàng)目轉(zhuǎn)速PID控制器采用比較強(qiáng)的PI參數(shù)控制回路。該工程使用ABB最新的S+系統(tǒng)，其中BTC控制器的掃描周期為100ms，轉(zhuǎn)速PID的參數(shù)設(shè)置為：Gain=0.35，P=0.2，I=6，伺服卡使用的是ABB最新的VPM810卡件，卡件設(shè)置PI參數(shù)為：KP=20，KI=80。

為保證機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升不要過(guò)大，需要控制調(diào)門(mén)的快速關(guān)閉時(shí)間。斯坦納瑞電廠DEH控制調(diào)門(mén)快速關(guān)閉時(shí)間的方案如下：

繼電器硬回路直接控制油動(dòng)機(jī)的快關(guān)電磁閥直接帶電排油。繼電器硬回路包括軟件OPC動(dòng)作（控制器）、TP800 OPC動(dòng)作、TP800 PLU動(dòng)作。ABB專(zhuān)用TP800卡件.TP800是具有微處理器的智能模件，能夠獨(dú)立與控制器工作，保護(hù)響應(yīng)時(shí)間小于8ms，通過(guò)SIL3安全保護(hù)認(rèn)證.能夠提供多種保護(hù)功能（103%OPC，超速停機(jī)，預(yù)估停機(jī)，解列甩負(fù)荷保護(hù)，3種功率負(fù)載不平衡保護(hù)（RSPLU，EVA，CIV）。

實(shí)測(cè)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間如表1。

由于FCB工況時(shí)，機(jī)組蒸汽參數(shù)較高，為了更好的控制轉(zhuǎn)速，特將DEH的閥門(mén)流量曲線(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化。

該工程的中調(diào)門(mén)流量指令=總流量指令×3。優(yōu)化的中調(diào)門(mén)流量曲線(xiàn)如圖1。

優(yōu)化的高調(diào)門(mén)（單閥模式）流量曲線(xiàn)如圖2。

4 FCB試驗(yàn)及FCB數(shù)據(jù)分析

4.1 FCB試驗(yàn)

機(jī)組FCB試驗(yàn)前，先完成了機(jī)組的甩負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)的成功可以證明鍋爐在大幅度快減負(fù)荷后能夠穩(wěn)定運(yùn)行，汽機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)能夠在瞬間失去負(fù)荷的極端工況下保證汽輪發(fā)電機(jī)不超速，能夠維持3000rpm的轉(zhuǎn)速。斯坦納瑞電廠甩負(fù)荷、FCB試驗(yàn)情況如下：

（1）2016年2月28日成功完成150MW和300MW工況的甩試驗(yàn)

（2）2016年2月29日成功完成300MW工況的FCB試驗(yàn)，在沒(méi)有任何事先人工干預(yù)的情況下機(jī)組負(fù)荷由試驗(yàn)前的298MW瞬間至帶廠用電的27MW，汽機(jī)轉(zhuǎn)速最高3124rpm，最低2973rpm，10秒后穩(wěn)定在3000rpm，大約14min后，機(jī)組重新并網(wǎng)，試驗(yàn)非常成功。

4.2 100%FCB數(shù)據(jù)分析

此次FCB試驗(yàn)的可以看出DEH的響應(yīng)速度，及轉(zhuǎn)速控制能力都滿(mǎn)足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

FCB能使電網(wǎng)大事故時(shí)保存部分電源點(diǎn)、還可能保存一塊區(qū)域電網(wǎng)，為電網(wǎng)的恢復(fù)奠定了基礎(chǔ)。FCB能在出線(xiàn)、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)故障消除后很快重新并網(wǎng)供電，減少了機(jī)組的電量損失、節(jié)約了鍋爐重新啟動(dòng)的成本，減少了鍋爐跳閘造成的壽命消耗。由于機(jī)組FCB的技術(shù)難度較大，其動(dòng)作的成功率較低，而且使用不當(dāng)可能損壞機(jī)組設(shè)備。所以需要投入力量對(duì)有可能實(shí)現(xiàn)FCB的機(jī)組進(jìn)行研究、改進(jìn)和試驗(yàn)，使FCB功能可靠投運(yùn)。

本文旨在通過(guò)對(duì)波黑斯坦納瑞電廠實(shí)例，闡述機(jī)組FCB的意義，對(duì)DEH功能進(jìn)行優(yōu)化。

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