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        循環(huán)流化床機組FCB功能的邏輯應(yīng)用

        2018-05-08 07:12:18劉永剛張長春田正彬
        山西電力 2018年2期
        關(guān)鍵詞:汽泵廠用電邏輯

        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.

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