王力 鳳思琪

摘 要：結(jié)合燃機聯(lián)合循環(huán)電廠孤島運行的應(yīng)用，從電廠的基本配置出發(fā)，分析孤島運行時各工藝系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、以及設(shè)備的安全運行模式。同時，孤島運行除了對電廠各工藝系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)有特殊要求，對電廠控制系統(tǒng)的控制邏輯以及自動化響應(yīng)水平也有很高的要求。

關(guān)鍵詞：自動化;孤島運行;機組快速甩負荷;分散控制系統(tǒng)（DCS）

中圖分類號：TK08 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0163-02

0 引言

對于一些電網(wǎng)不穩(wěn)定的國家和區(qū)域，尤其是一些海外電廠項目和一些自備電廠項目，會根據(jù)需求考慮孤島運行模式，而孤島運行模式從電廠前期規(guī)劃、設(shè)計、設(shè)備采購、調(diào)試、運行等環(huán)節(jié)都要做出充分的考慮，因此孤島運行模式的安全性受到越來越多的關(guān)注和重視。但目前國內(nèi)采用孤島運行的電廠并不多，也沒有相關(guān)規(guī)程規(guī)范對孤島運行做出具體規(guī)定。近期在工作中，接觸到一個東南亞地區(qū)的聯(lián)合循環(huán)電廠項目，設(shè)置了孤島運行模式，本文以此燃機聯(lián)合循環(huán)電廠為例對孤島運行方式進行簡單分析及探討。

1 “孤島運行”的定義

孤島運行，即機組快速甩負荷至帶廠用電運行，也就是我們常說的FCB（Fast Cut Back）。FCB的基本功能是：機組在正常運行（無MFT、汽機跳閘、發(fā)電機跳閘）工況下，由于系統(tǒng)外部原因造成電網(wǎng)瓦解時，機組FCB功能將自動投入，快速甩負荷帶廠用電運行，并在電網(wǎng)許可的情況下，重新并網(wǎng)向系統(tǒng)供電。機組孤島運行期間，要求保證運行參數(shù)在安全范圍內(nèi)，不引起保護動作，不危及設(shè)備安全。

對于不同類型的電廠，孤島運行模式的復(fù)雜程度不同，燃機的機組相對于燃煤機組簡單一些，當(dāng)與電網(wǎng)斷開時，有燃機的電廠，不論是單循環(huán)還是聯(lián)合循環(huán)機組，都可以切換到只有燃機進行。同時，孤島運行需要電廠控制系統(tǒng)快速自動化響應(yīng)，在設(shè)計階段，根據(jù)工藝系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)配置，周全考慮控制邏輯。

2 某燃機聯(lián)合循環(huán)電廠基本配置

2.1 機組配置

采用1套“三拖一”多軸布置燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，3臺燃氣輪機;3臺燃機發(fā)電機;3臺無補燃、雙壓、臥式余熱鍋爐;1臺蒸汽輪機、1臺汽機發(fā)電機及其相關(guān)的輔助設(shè)備。電廠燃料為天然氣;全廠聯(lián)合循環(huán)機組凈出力約為260MW。電廠3D模型如圖1所示。

2.2 主要熱力系統(tǒng)

2.2.1 高壓蒸汽、低壓蒸汽及旁路系統(tǒng)

余熱鍋爐向汽輪機提供高壓蒸汽和低壓蒸汽，高壓及低壓蒸汽系統(tǒng)均為單元制系統(tǒng)。設(shè)置了一套高壓旁路系統(tǒng)，高壓旁路系統(tǒng)為100%余熱鍋爐高壓蒸汽容量，旁路出口接至凝汽器;設(shè)置了一套低壓旁路系統(tǒng)，低壓旁路系統(tǒng)為100%余熱鍋爐低壓蒸汽容量，旁路出口接至凝汽器。

2.2.2 高、低壓蒸汽及旁路管道的疏水系統(tǒng)

高、低壓蒸汽管道上設(shè)計足夠的疏水點，防止汽輪機進水。從鍋爐出口到汽輪機的管路低點設(shè)置疏水點，并將疏水分別就近接到本體疏水?dāng)U容器或大氣式疏水?dāng)U容器。高、低壓蒸汽管的疏水管配置全行程氣動操作的疏水閥。

2.2.3 凝結(jié)水系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)2×100%容量的立式凝結(jié)水泵和1臺軸封蒸汽冷卻器。每臺凝結(jié)水泵的容量按照旁路投運時的最大凝結(jié)水量設(shè)計，正常運行時1臺運行1臺備用。系統(tǒng)還設(shè)置1臺的凝結(jié)水補水箱和2×100%容量的凝結(jié)水輸送泵。

2.2.4 給水系統(tǒng)

給水泵把低壓汽包里的給水經(jīng)高壓給水操作臺輸送至高壓省煤器。每臺余熱鍋爐系統(tǒng)設(shè)置2×100%的電動調(diào)速給水泵。采用液力耦合器進行調(diào)速，以滿足機組啟動和各種工況下的需要。給水泵一臺運行，一臺備用。

2.2.5 供水系統(tǒng)

采用帶機力通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)冷卻方式，補給水源為河水。循環(huán)水系統(tǒng)水源為經(jīng)過凈水站處理后的河水，循環(huán)水系統(tǒng)向凝汽器、水環(huán)式真空泵和閉式水熱交換器提供冷卻水，使機組在設(shè)計考核工況下正常運行。循環(huán)水采用帶機力通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)方式，配置兩臺一用一備的主循環(huán)水泵、兩臺一用一備的汽機輔機冷卻水泵、兩臺一用一備的燃機輔機冷卻水泵和3座機力通風(fēng)冷卻塔。

2.3 燃料供應(yīng)及燃燒系統(tǒng)

主燃料和備用燃料都是天然氣，廠內(nèi)設(shè)置天然氣調(diào)壓處理站，用以清除天然氣中的固體顆粒雜質(zhì)及液滴，并配置流量計對天然氣進行精確計量，并將天然氣加熱至合適溫度，以滿足燃氣輪機的要求。

2.4 電氣系統(tǒng)

本期3臺燃機和1臺汽機均采用發(fā)電機-變壓器組單元接線，接入本期廠內(nèi)66kV配電裝置。66kV配電裝置采用雙母線接線型式，出線3回。含1個燃機主變進線間隔、1個汽機主變進線間隔、3個出線間隔、2個母線設(shè)備間隔和1個母聯(lián)間隔。66kV配電裝置采用戶外全封閉式組合電器（GIS）。燃機和汽機發(fā)電機出口均裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器（GCB）。

2.5 控制系統(tǒng)

采用一套分散控制系統(tǒng)（DCS）作為全廠主要的監(jiān)視及控制手段。余熱鍋爐、汽機、發(fā)電機及相關(guān)輔機等由分散控制系統(tǒng)（DCS）集中控制。燃機通過自身專用控制裝置對其啟動、停止和運行進行監(jiān)視和控制。對于輔助廠房，大部分系統(tǒng)由分散控制系統(tǒng)（DCS）直接進行操作和監(jiān)視。

3 孤島運行方式說明

3.1 進入孤島運行條件及運行要求

當(dāng)外網(wǎng)故障，燃機主變高壓側(cè)斷路器跳閘時，進入孤島運行工況。

設(shè)計考慮孤島運行工況如下：在孤島運行時，只有燃機進入孤島運行狀態(tài)，此時6.6kV工作A、B兩段均由燃機高廠變帶，6.6kV工作段之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合;電負荷的性質(zhì)為“連續(xù)、長期”，具體負荷運行時間參見“孤島運行電負荷清單”;需考慮汽輪機及余熱鍋爐，使用廠用交流電源安全停機;進入孤島運行方式的燃機需快速匹配廠用負荷的大小;需密切注意控制燃機轉(zhuǎn)速在規(guī)定的范圍內(nèi)，嚴防機組超速，維持安全穩(wěn)定運行。

3.2 燃料、熱力系統(tǒng)運行

3.2.1 燃料系統(tǒng)運行

天然氣系統(tǒng)是按照燃機的滿負荷用氣量設(shè)計的，當(dāng)發(fā)生孤島運行時，燃機將會降負荷運行，天然氣系統(tǒng)的負荷發(fā)生變化，根據(jù)燃機降負荷后需要的天然氣量自動調(diào)整，調(diào)壓站系統(tǒng)的安全閥不開啟，調(diào)壓站系統(tǒng)維持燃機入口壓力要求。

3.2.2 燃機冷卻水系統(tǒng)運行

由于本工程閉式水系統(tǒng)設(shè)置有兩臺互為備用的燃機單循環(huán)閉式泵和兩臺互為備用的聯(lián)合循環(huán)閉式泵，發(fā)生孤島運行時，僅一臺燃機單循環(huán)閉式泵運行，滿足燃機冷卻水系統(tǒng)需求。

輔機冷卻水部分也單獨設(shè)置有兩臺互為備用的單循環(huán)輔機冷卻水泵和兩臺互為備用的聯(lián)合循環(huán)輔機冷卻水泵，發(fā)生孤島運行時，僅一臺單循環(huán)輔機冷卻水泵運行。

3.2.3 潤滑油系統(tǒng)運行 及汽輪機循環(huán)水及冷卻水系統(tǒng)運行

當(dāng)發(fā)生孤島運行汽輪機安全停運時，汽輪機的潤滑油系統(tǒng)汽輪機完全停運后停運潤滑油系統(tǒng)。汽輪機的循環(huán)水及冷卻水系統(tǒng)繼續(xù)但要減負荷運行，各個設(shè)備的用水量滿足設(shè)備機械冷卻要求，待汽輪機完全停運后，根據(jù)排汽缸溫度停運汽輪機循環(huán)水及冷卻水系統(tǒng)的輔助設(shè)備。

3.3 供水系統(tǒng)和化學(xué)水處理系統(tǒng)的運行

當(dāng)發(fā)生孤島運行汽輪機安全停運時，機力塔、主循環(huán)水泵、汽機輔機循環(huán)水泵和燃機輔機冷卻水要正常運行，待汽輪機完全停運后再停運機力塔、主循環(huán)水泵和燃機輔機冷卻水泵。

孤島運行時，除鹽水用量減少，補給水處理系統(tǒng)可以保持除鹽水箱液位在一定范圍，低液位時除鹽水設(shè)備投運，高液位時除鹽水設(shè)備停運。（高液位可設(shè)為4米，低液位設(shè)為2米）。循環(huán)水加藥系統(tǒng)和化學(xué)加藥系統(tǒng)都根據(jù)實際需求間斷運行。

3.4 電氣系統(tǒng)

3.4.1 發(fā)變組保護孤島運行內(nèi)容

主變高壓側(cè)外部發(fā)生故障時，保護動作于解列，跳主變高壓側(cè)斷路器，此時發(fā)電機帶廠用電運行。 發(fā)電機在低頻、失步等情況下，發(fā)電機保護動作解列，跳主變高壓側(cè)斷路器，此時發(fā)電機帶廠用電運行。發(fā)變組保護動作后，需要進行手動復(fù)歸。

3.4.2 電氣系統(tǒng)的孤島運行控制

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障后，并網(wǎng)開關(guān)動作，跳高壓側(cè)斷路器，發(fā)汽機甩負荷命令，汽機不帶負荷。由電氣SCADA系統(tǒng)將主變高壓側(cè)斷路器跳閘信號經(jīng)遠動主機發(fā)至調(diào)度，通知電網(wǎng)機組已經(jīng)解列。機組成功進入孤島運行方式后，DCS根據(jù)負荷及轉(zhuǎn)速偏差以及轉(zhuǎn)速穩(wěn)定持續(xù)時間判斷機組是否已經(jīng)進入孤島穩(wěn)定運行狀態(tài)，經(jīng)運行人員確認后，通過DCS給升壓站發(fā)孤島方式穩(wěn)定運行狀態(tài)并傳至電網(wǎng)。升壓站收到電網(wǎng)并網(wǎng)指令后，進行同期并網(wǎng)操作，并網(wǎng)后機組根據(jù)電網(wǎng)指定的發(fā)電量穩(wěn)定運行。

孤島運行工況發(fā)生時，發(fā)電機出口斷路器不動作，滅磁開關(guān)不跳閘，發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)（AVR）快速減磁，維持機端電壓穩(wěn)定，不切換廠用電，由發(fā)電機通過高廠變自帶廠用負荷。

3.5 控制邏輯

當(dāng)所有52L開關(guān)全部斷開，也即是全部從電網(wǎng)分離，此時電廠進入孤島模式。當(dāng)發(fā)電機組與電網(wǎng)斷開時，燃機應(yīng)該確保負荷的供給;廠用電負荷可能在0MW至4.2MW，燃機控制系統(tǒng)要確保轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性;再次并網(wǎng)將使用52L開關(guān)，通過SPEEDTRONIC而不是GCP來實現(xiàn);DCS提供一個目標(biāo)負載模擬信號給燃機。

3.6 孤島運行轉(zhuǎn)為正常運行方式

當(dāng)電廠接到外網(wǎng)恢復(fù)信號后，可從孤島運行方式開始向正常運行方式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程跟機組單循環(huán)向聯(lián)合循環(huán)過程轉(zhuǎn)換方式一致。

4 結(jié)語

具有FCB功能的機組在廠側(cè)或外網(wǎng)事故發(fā)生時相比于MFT能夠大大的減少電廠的損失，節(jié)約電廠的運行成本，同時也有助于整個電網(wǎng)在可能的最短時間內(nèi)恢復(fù)正常，降低電網(wǎng)事故損失，對于提高機組的可利用率和經(jīng)濟性、降低電網(wǎng)事故損失和社會影響、以及降低電廠運行成本、保護電廠主設(shè)備和降低設(shè)備損耗、提高自身競爭力等方面，都有重要影響。

參考文獻

[1] 李鵬，趙啟成.火電機組FCB設(shè)計及試驗分析[J].華電技術(shù)，2018，40（12）：1-3.

[2] 袁明.具有FCB功能的600MW電站分析與應(yīng)用[J].科技資訊，2015，13（30）：43-44.

[3] 王孟，賴艷云，王戟.FCB工況下旁路控制系統(tǒng)的改進與優(yōu)化[J].華電技術(shù)，2017，39（01）：27-30.