劉永剛，張長春，田正彬

（山西京玉發(fā)電有限責任公司，山西朔州 037200）

0 引言

快速返回功能 (FCB：Fast Cut Back)[1]為當發(fā)電機組甩負荷時，使本機組不停運的一種控制措施?？煞譃橥C不停爐、機組維持空負荷額定轉(zhuǎn)速運行和帶本機廠用電運行3種方式。本文FCB功能指快速甩負荷至帶本機廠用電運行功能，即發(fā)電機組在電網(wǎng)或主變壓器高壓側(cè)出現(xiàn)故障時，瞬間失去對外供電負荷的情況下，自動快速減負荷至廠用電，并維持發(fā)電機帶廠用電運行的功能。循環(huán)流化床機組運行中，鍋爐床體內(nèi)積蓄了大量燃料，物料循環(huán)性強，熱慣性大。機組在FCB過程中，鍋爐主燃料切斷（MFT）后，床體燃料和循環(huán)物料在風機作用下仍將釋放大量熱能，給機組帶來嚴重危害。即使鍋爐跳閘（BT）后，余熱產(chǎn)生的蒸汽仍能保證汽輪發(fā)電機組帶廠用電負荷，長時間運行?？梢?，循環(huán)流化床機組FCB功能有其自身的特性，不同于煤粉鍋爐機組。本文介紹了循環(huán)流化床機組FCB功能試驗中的主要邏輯控制，給同類機組實施FCB功能提供借鑒。

1 試驗機組參數(shù)

a）晉北某電廠機組為：2×300 MW循環(huán)流化床鍋爐直接空冷機組，亞臨界，汽包爐，一次中間再熱。鍋爐汽包設(shè)3臺25.7%鍋爐最大蒸發(fā)量（BMCR）的機械式安全閥；過熱器設(shè)2臺7.8%BMCR容量，整定壓力為19.24 MPa的電氣安全閥（PCV），設(shè)3臺13.5%BMCR容量的機械式安全閥。再熱器入口設(shè)3臺23.4%BMCR容量的機械式安全閥，出口設(shè)2臺13.5%BMCR容量的機械式安全閥。汽機側(cè)設(shè)高、低壓2級串連旁路系統(tǒng)，高旁按鍋爐70%BMCR容量的設(shè)置，低旁按110%BMCR容量設(shè)置。汽輪機為中壓缸啟動方式。

b）機組采用分散控制系統(tǒng)（DCS），主機控制為新華XDPS400+型。鍋爐設(shè)有爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS），能夠完成主燃料切除保護（MFT）、鍋爐跳閘保護（BT）等功能；汽輪機組設(shè)有汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH），具備轉(zhuǎn)速、負荷、調(diào)頻、中壓缸啟動和汽輪機自動控制等各項功能；能夠?qū)崿F(xiàn)甩負荷預(yù)判功能（LDA），50%和100%甩負荷試驗，維持機組額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min空轉(zhuǎn)；具備部分甩負荷，快關(guān)調(diào)速汽門；超103%和110%額定轉(zhuǎn)速保護，超速試驗等功能。具有汽輪機危機遮斷保護系統(tǒng)（ETS），輔機順序控制系統(tǒng)（SCS包括吹灰、除渣、旁路控制等），發(fā)變組和廠用電源的順序控制系統(tǒng)（ECS）等。

2 FCB功能觸發(fā)邏輯的設(shè)置

2.1 FCB觸發(fā)邏輯設(shè)置

在DCS中設(shè)置FCB功能程序，在控制畫面上設(shè)FCB功能選項按鈕，可選擇 “投入”或“退出”。FCB觸發(fā)：邏輯一，由PLU信號觸發(fā)；邏輯二，電超速（OPC）信號觸發(fā)。兩者任意一項滿足均可觸發(fā)FCB功能（見圖1）。

圖1 FCB觸發(fā)邏輯圖

2.1.1 觸發(fā)邏輯一

PLU動作觸發(fā)。PLU信號是中壓缸排汽壓力折算的機械功與發(fā)電機輸出的電負荷進行比較，當機械功超出電負荷30%時，PLU信號會發(fā)出，關(guān)閉高壓、中壓調(diào)門，使得機械負荷趨向和電負荷相匹配。當外網(wǎng)故障時，發(fā)電機失去全部外部負荷，PLU信號發(fā)出，觸發(fā)FCB。

PLU信號計算或傳輸過程中，存在信號波動，可能導(dǎo)致誤動。現(xiàn)將4個觸發(fā)條件并列：中壓缸排汽壓力測點品質(zhì)正常，并網(wǎng)信號（BR）存在， PLU信號發(fā)出，機組轉(zhuǎn)速＞3 030 r/min，避免PLU誤動。

2.1.2 觸發(fā)邏輯二

當汽機轉(zhuǎn)速超過某一設(shè)定值時，OPC信號輸出，觸發(fā)FCB功能。試驗時，OPC信號輸出轉(zhuǎn)速設(shè)置為＞3 040 r/min。

當汽機功率高于50%額定負荷，機械功率和發(fā)電機功率之差大于30%時，PLU信號才會輸出。因此，在低負荷下，PLU不會觸發(fā)FCB功能，故由OPC信號來觸發(fā)FCB，2種觸發(fā)邏輯并列設(shè)置。

2.2 FCB觸發(fā)邏輯轉(zhuǎn)速設(shè)置和LDA功能屏蔽設(shè)置

a）觸發(fā)邏輯一，汽機轉(zhuǎn)速要求＞3 030 r/min；邏輯二，OPC信號輸出轉(zhuǎn)速設(shè)置為＞3 040 r/min。原因是：其一，觸發(fā)轉(zhuǎn)速過高，將進一步推高汽機峰值轉(zhuǎn)速，峰值轉(zhuǎn)速一旦達到或超過ETS設(shè)定值，高、中壓主汽門將會關(guān)閉，F(xiàn)CB試驗失敗。其二，電力系統(tǒng)正常運行條件下頻率偏差限值和沖擊負荷引起的系統(tǒng)頻率變化均為±0.2 Hz[2]，頻率波動相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速變動范圍在3 000±12 r/min之內(nèi)；當電網(wǎng)故障，機組失去外部負荷后，汽機轉(zhuǎn)速快速升高，遠高于3 012 r/min。因此，將PLU的觸發(fā)轉(zhuǎn)速設(shè)置為＞3 030 r/min，OPC的觸發(fā)轉(zhuǎn)速設(shè)置為＞3 040 r/min，確保在較低的轉(zhuǎn)速下觸發(fā)FCB功能，抑制后續(xù)轉(zhuǎn)速沖高峰值。FCB過程中，機組自帶廠用電，電壓、頻率波動范圍寬，對廠內(nèi)大型電機存在不利影響，應(yīng)盡量將汽機轉(zhuǎn)速控制在2 850～3 150 r/min之間，滿足發(fā)電機帶廠用電的頻率需求。

b）在FCB功能試驗前，應(yīng)屏蔽機組甩負荷預(yù)判（LDA）功能。LDA功能的主要邏輯為：調(diào)節(jié)級壓力大于30%（即機組負荷高于30%額定負荷），且發(fā)電機油開關(guān)從閉合到斷開的瞬間，汽機尚未超速，LDA動作OPC關(guān)閉高、中壓調(diào)門，負荷降至零，維持機組3 000 r/min轉(zhuǎn)速?？梢姡琇DA功能快于上述2個FCB邏輯動作觸發(fā)。而FCB試驗的首要步序就是在高負荷下，斷開變壓器開關(guān)，使機組脫網(wǎng)，失去外部負荷，恰滿足LDA動作條件。因此，試驗前，應(yīng)將LDA功能屏蔽。

2.3 FCB功能觸發(fā)信號設(shè)為2 s脈沖

這一設(shè)置的目的是避免長信號壓制其他指令的發(fā)出，從試驗結(jié)果來看，2 s的脈沖信號是合適的。

3 FCB觸發(fā)后，主要動作對象邏輯設(shè)定

FCB功能觸發(fā)后，輸出控制指令，動作相關(guān)設(shè)備。其輸出邏輯指令，均為無延時動作指令。

a）主變壓器高壓送出側(cè)201主開關(guān)跳閘。試驗開始前，需要DCS強制送出主變壓器201開關(guān)跳閘信號，機組啟動FCB試驗。FCB動作后，要自動斷開變壓器出線201開關(guān)，使機組和電網(wǎng)斷開連接，形成機組帶廠內(nèi)設(shè)備“孤島”運行的條件。

b）汽機電超速保護（OPC）動作。PLU觸發(fā)時，需OPC動作電磁閥關(guān)閉高、中壓調(diào)節(jié)閥。OPC觸發(fā)時，OPC會在FCB動作之前或同時動作；此時，OPC動作，屬于冗余設(shè)置，防止FCB拒動。

從實驗結(jié)果看，OPC觸發(fā)信號早于PLU觸發(fā)信號約500 ms。

c）鍋爐主燃料跳閘保護（MFT）動作，延時2 s后，鍋爐BT動作。根據(jù)循環(huán)流化床蓄熱量較大的特性，鍋爐MFT切斷主燃料供應(yīng)，保留爐側(cè)風機等較大運載負荷，使得汽輪機制動扭矩較大，有效抑制汽輪機的轉(zhuǎn)速飛升幅度。隨著汽機轉(zhuǎn)速趨穩(wěn)，鍋爐因汽包水位變化而導(dǎo)致鍋爐BT；延時2 s BT，使得負荷階梯型下降，轉(zhuǎn)速相對好控制。

d）發(fā)指令高旁閥開度10% 。其目的有二，一是起到暖管的作用；二是為汽輪機切缸、汽泵用汽和輔汽提供汽源。隨后，高旁開度隨負荷（或壓力）要求進入自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。

e）汽泵汽源自動切換至再熱器冷段管道供汽。

f）聯(lián)啟電泵，電泵運行信號存在且延時2 s，發(fā)指令跳閘12汽泵。聯(lián)啟電泵，一是為防止汽泵汽源切換失敗，2臺汽泵跳閘，造成機組BT動作；其二，為確保鍋爐穩(wěn)定供水。由于抽汽壓力的突降，汽泵汽源自動切換至輔助蒸汽或冷再供汽，汽源量存在短暫減小波動，自動跳閘1臺汽泵，利于汽源穩(wěn)定，跳停2號汽泵，形成一汽一電運行，確保供水；電泵運行平穩(wěn)后，視汽包水位情況停運1號汽泵。

g）發(fā)指令至PCV閥，其動作定值在原值基礎(chǔ)上降低3 MPa。

h）輔汽供除氧器調(diào)門發(fā)出10%開度指令。輔汽供除氧器調(diào)門發(fā)出10%開度指令，保證除氧器供汽，確保前置泵入口壓力穩(wěn)定。

i）輔汽汽源自動切換至冷再供汽（單機運行工況下）或臨機輔汽供汽。

4 FCB試驗

在進行多次FCB相關(guān)各類試驗的基礎(chǔ)上，完成了機組高負荷狀態(tài)下FCB功能試驗。2015年10月13日， 1號機組功率250 MW，轉(zhuǎn)速3 001 r/min，汽輪機順閥方式，閥位92%的運行狀態(tài)下，進行了FCB試驗。13日21:21:36，DCS強制輸出主變高壓側(cè)開關(guān)斷開信號，模擬電網(wǎng)故障，機組失去全部外部負荷，自動切換為帶廠用變運行；21:21:36:500，機組測得轉(zhuǎn)速為3 087.3 r/min，OPC超速信號發(fā)出，F(xiàn)CB功能觸發(fā)。同時，OPC控制電磁閥快速關(guān)閉高壓調(diào)門和中壓調(diào)門，負荷降至30.67 MW；FCB功能同步發(fā)出鍋爐MFT、高旁開啟、電泵啟動等信號；隨著負荷降低，機組切至中壓缸進汽模式，自動進入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。21:21:39鍋爐BT后，機組負荷最終降至8.06 MW。FCB過程中機組轉(zhuǎn)速波動范圍為121.5～2 920.73 r/min，發(fā)電機出口電壓波動范圍為22.74～23.21 kV，滿足各重要輔機用電要求。FCB動作20 min之后，重新啟動爐側(cè)風機，開始恢復(fù)機組運行；21:49:27機組再次并網(wǎng)，各項參數(shù)穩(wěn)定。FCB試驗過程中，機組孤島運行28 min，試驗基本取得成功，機組各項控制功能完善，F(xiàn)CB邏輯準確無誤。

5 結(jié)論

a）FCB功能相較于機組100%甩負荷試驗，對控制系統(tǒng)的要求更加嚴格。因此，機組FCB功能的實現(xiàn)，不僅提高機組的自動化控制水平和抗突發(fā)事故的處理能力，而且能實現(xiàn)機組在電網(wǎng)解列后，帶廠用電“孤島運行”的能力,在電網(wǎng)缺陷消除后，使機組快速恢復(fù)向電網(wǎng)供電。

b）FCB試驗的實施，證實了該機組已基本具備FCB功能，驗證了FCB控制邏輯、觸發(fā)功能和動作邏輯準確無誤。對當前電網(wǎng)負荷較低，山西省內(nèi)各廠普遍存在單臺機組運行的情況，F(xiàn)CB功能可在機組出現(xiàn)故障時，最大限度保障機組安全，避免全廠停電事故，快速恢復(fù)機組的運行。在當前特殊形勢下，具有重要意義。

c）本次FCB試驗尚有許多不足之處，機組未能進行100%滿負荷試驗，并取得相關(guān)實驗數(shù)據(jù)。FCB觸發(fā)邏輯和動作邏輯，尚有改進的余地。比如，增設(shè)發(fā)電機零功率觸發(fā)邏輯[3]，在變壓器出線開關(guān)故障或外輸功率為零時，觸發(fā)FCB功能。

參考文獻：

[1] 廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院.火力發(fā)電建設(shè)工程機組甩負荷試驗導(dǎo)則：DL/T 1270—2013 [S].北京：中國電力出版社，2014:2.

[2] 中國電力科學研究院等.電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差：GB/T15945—2008 [S].北京：中國電力出版社，2014:2.

[3] 劉麟，楊燕寧.600 MW機組FCB功能實現(xiàn) [J].電工技術(shù)，2010(12)：8-9.