馬 騰

（深能集團(tuán)媽灣電力有限公司，廣東深圳 518052）

1 黑啟動(dòng)和FCB 的概念

（1）FCB（Fast Cut Back，快速切回）是指并網(wǎng)機(jī)組在高于某一負(fù)荷定值運(yùn)行時(shí)，因內(nèi)部或外部電網(wǎng)故障與電網(wǎng)解列，瞬間甩掉全部對(duì)外供電負(fù)荷，但未發(fā)生鍋爐MFT（Master File Table，主燃料跳閘）的情況下，用以維持發(fā)電機(jī)解列帶廠用電或停機(jī)不停爐的自動(dòng)控制功能。

（2）黑啟動(dòng)是指電力系統(tǒng)區(qū)域大面積停電后，在無(wú)外界電源支持情況下，由具備自啟動(dòng)、自維持或FCB 負(fù)荷能力的發(fā)電機(jī)組所提供的恢復(fù)系統(tǒng)供電的服務(wù)。

因此，可以將黑啟動(dòng)可理解為，機(jī)組具有FCB 功能就具備申請(qǐng)黑啟動(dòng)服務(wù)的能力。

2 黑啟動(dòng)的意義

當(dāng)代社會(huì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)跟電力的供應(yīng)緊密相關(guān)，如果廣東電網(wǎng)全網(wǎng)停電一周會(huì)對(duì)人們生活和經(jīng)濟(jì)造成很大影響，這是現(xiàn)代社會(huì)不可承受的，但這樣的大面積停電事故也會(huì)在現(xiàn)實(shí)中發(fā)生：2005年9 月26 日，因極端臺(tái)風(fēng)影響，全海南電網(wǎng)停電5 d；2008 年1 月13 日，因冰災(zāi)原因，湖南和貴州全網(wǎng)停電兩周。廣東電網(wǎng)容量大且更復(fù)雜，如果發(fā)生全網(wǎng)停電事故，恢復(fù)起來(lái)絕非易事。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故時(shí)，如何盡快恢復(fù)電網(wǎng)供電正常就全靠黑啟動(dòng)服務(wù)的機(jī)組了。具備黑啟動(dòng)服務(wù)的機(jī)組越多電網(wǎng)恢復(fù)會(huì)越快，當(dāng)然這也是要付出社會(huì)成本的。電網(wǎng)要合理安排好黑啟動(dòng)機(jī)組的分布，黑啟動(dòng)機(jī)組也要具有多樣性。目前水電機(jī)組是最好的黑啟動(dòng)電源，其次是燃?xì)鈾C(jī)組，而煤電機(jī)組的容量大，處于電網(wǎng)有利節(jié)點(diǎn)且方便帶動(dòng)本廠的其他機(jī)組恢復(fù)帶正常負(fù)荷，所以其黑啟動(dòng)一旦成功會(huì)對(duì)電網(wǎng)的恢復(fù)貢獻(xiàn)更太。因此，有必要探討超臨界機(jī)組的黑啟動(dòng)功能。

3 黑啟動(dòng)的補(bǔ)償和考核

3.1 黑啟動(dòng)的補(bǔ)償

黑啟動(dòng)（含F(xiàn)CB）服務(wù)費(fèi)用分為能力費(fèi)和使用費(fèi)。對(duì)于符合規(guī)定的黑啟動(dòng)機(jī)組，從試驗(yàn)合格次月開始按照每月R6（非FCB 機(jī)組30 萬(wàn)元/臺(tái)，F(xiàn)CB 機(jī)組1 萬(wàn)元/萬(wàn)千瓦）的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償黑啟動(dòng)能力費(fèi)。黑啟動(dòng)（含F(xiàn)CB）使用費(fèi)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為R7（480 萬(wàn)元/臺(tái)次）。

根據(jù)南方電網(wǎng)的黑啟動(dòng)的補(bǔ)償條款，假設(shè)600 MW 的機(jī)組，黑啟動(dòng)服務(wù)（具有FCB 功能）每月可補(bǔ)償60 萬(wàn)元。

3.2 申請(qǐng)黑啟動(dòng)功能的考核

黑啟動(dòng)功能考核的條款較多，一般來(lái)說(shuō)申請(qǐng)黑啟動(dòng)服務(wù)的機(jī)組必須按預(yù)定的時(shí)間完成，完成的機(jī)組必須驗(yàn)收?qǐng)?bào)備、申請(qǐng)了但不具備功能且無(wú)報(bào)備加倍考核，另外必須按照電網(wǎng)的要求定期檢查和試驗(yàn)。

總體上說(shuō)，申請(qǐng)了黑啟動(dòng)的服務(wù)就要加強(qiáng)管理，任務(wù)一定要按期、按質(zhì)完成。

4 實(shí)現(xiàn)FCB 功能對(duì)旁路系統(tǒng)的選擇

機(jī)組的汽機(jī)旁路系統(tǒng)是FCB 功能的基礎(chǔ)。機(jī)組要實(shí)現(xiàn)FCB功能至少要有70%容量的汽機(jī)旁路系統(tǒng)?？紤]到高負(fù)荷狀況下的發(fā)生FCB，主汽壓力要有更大的調(diào)節(jié)余度，不會(huì)發(fā)生主汽超壓、影響工質(zhì)的平衡。一般建議選100%的高壓旁路和65%的低壓旁路的串級(jí)旁路系統(tǒng)。目前，設(shè)計(jì)為黑啟動(dòng)功能的超臨界機(jī)組，汽機(jī)旁路系統(tǒng)一般選用三用閥旁路系統(tǒng)。選用100%的高壓旁路的三用閥旁路系統(tǒng)不但能實(shí)現(xiàn)提高啟動(dòng)特性和實(shí)現(xiàn)機(jī)組的黑啟動(dòng)功能，還能起到過熱器安全門作用，取代PVC 安全閥。

5 機(jī)組FCB 功能設(shè)計(jì)時(shí)需特別注意選型配置

（1）電氣大聯(lián)鎖設(shè)計(jì)。原MFT（主燃料跳閘）條件中，電機(jī)跳閘直接引發(fā)MFT、跳鍋爐和汽機(jī)。為了提高運(yùn)行的靈活性，可在發(fā)電機(jī)配置出口斷路器。在發(fā)電機(jī)未投入時(shí)（出口斷路器斷開），10 kV/3 kV 廠用電可直接由主變壓器/廠用高壓變壓器500 kV 電網(wǎng)（圖1）。因此，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行中斷BI 時(shí)，發(fā)電機(jī)通過T2 帶廠用電運(yùn)行，即FCB 工況。而當(dāng)斷開B2 時(shí)，則由500 kV 線路側(cè)通過BI、TI 向T2 供廠用電。所以，主變壓器出口開關(guān)BI 不參與機(jī)爐電大聯(lián)鎖。

圖1 實(shí)現(xiàn)FCB 功能的電氣大聯(lián)鎖設(shè)計(jì)

（2）再熱安全門的配置。以前再熱安全門是二位式，現(xiàn)在可以選調(diào)節(jié)閥的安全門。從外高橋三期的使用情況來(lái)看，調(diào)節(jié)式安全不但節(jié)約工質(zhì)，而且使用效果也好于二位式安全門。

（3）汽動(dòng)給水泵的配置。原機(jī)組設(shè)計(jì)中，一般是兩臺(tái)50%的汽泵和一臺(tái)50%的電泵備用。當(dāng)機(jī)組發(fā)生FCB 時(shí)，汽泵的工作汽源需從抽氣（低壓汽源）切至冷再或輔汽（高壓氣源）。在汽源切換的過程中，汽泵出力會(huì)有所波動(dòng)，鍋爐的壁溫必然會(huì)有一個(gè)從超溫至低溫的過程，這對(duì)水冷壁的管材影響極大。汽動(dòng)給水泵汽源的切換是FCB 功能能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，外高橋三期汽泵采用獨(dú)立式一臺(tái)100%汽泵很好地解決了這一難題。

（4）除氧器的配置。除氧器水箱是整個(gè)汽水循環(huán)的主要的蓄水和緩沖環(huán)節(jié)，它在超臨界機(jī)組中起到很大作用。除氧器的容量一般為5 min 的鍋爐蒸發(fā)量，但在機(jī)組FCB 時(shí)會(huì)明顯感覺到容量不足。外高橋三期1000 MW 機(jī)組將除氧器容量提高到6 min的鍋爐蒸發(fā)量，效果明顯改善。

（5）高壓缸排汽閥的配置：當(dāng)機(jī)組在FCB 工況時(shí)，由于高缸進(jìn)汽量較小，如果高壓缸排汽通流不足則不能帶走鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量，隨著FCB 工況持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，高壓缸排汽溫度會(huì)持續(xù)升高。高壓缸排汽閥通流的配置對(duì)FCB 的持續(xù)時(shí)間起到至關(guān)重要的作用。

6 黑啟動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

需要采取科學(xué)方法來(lái)恢復(fù)電網(wǎng)故障，通常方法有低電壓、全電壓以及零起升壓恢復(fù)3 種。實(shí)際上，無(wú)論采用何種電壓恢復(fù)方法，都必須解決臨過電壓?jiǎn)栴}。研究發(fā)現(xiàn)，采用全電壓方式完成對(duì)電網(wǎng)安全恢復(fù)，在整個(gè)充電恢復(fù)階段，形成的過電壓將變大（接近相電壓2～3 倍），這雖然一般不會(huì)威脅絕緣，但很容易會(huì)出現(xiàn)過電壓保護(hù)動(dòng)作，這同樣需要引起注意；而采用零起升壓恢復(fù)，則需要考慮操作緩慢的問題，這在許多場(chǎng)景并不適用。因此，采用低電壓修復(fù)的整體效果會(huì)較好，可以彌補(bǔ)上述兩種情況的不足，既不會(huì)造成設(shè)備損害，也不會(huì)發(fā)生停電等異?，F(xiàn)象（表1）。

表1 升壓試壓結(jié)果數(shù)據(jù)

黑啟動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果顯示：隨著勵(lì)磁電壓升高，現(xiàn)實(shí)中各測(cè)點(diǎn)電壓也會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)，同時(shí)有功、無(wú)功等也會(huì)呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)，發(fā)電機(jī)未發(fā)生白勵(lì)磁，可以滿足機(jī)組高質(zhì)量安全運(yùn)行要求。對(duì)于電廠來(lái)說(shuō)，如果配備了黑啟動(dòng)，就相當(dāng)于加了一層保護(hù)，當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)會(huì)自動(dòng)開啟生產(chǎn)自救的模式，這樣就可以在極短的時(shí)間內(nèi)將現(xiàn)有故障機(jī)組恢復(fù)，保證生產(chǎn)用電安全。

7 結(jié)論

（1）實(shí)現(xiàn)了FCB 功能的機(jī)組，就要申請(qǐng)黑啟動(dòng)服務(wù)。否則FCB 體現(xiàn)不出價(jià)值。

（2）追求FCB 功能，建議汽機(jī)旁路系統(tǒng)選100%高壓旁路和65%的低壓旁路；如果不追求FCB 功能，則可以考慮選用35%的高、低壓串級(jí)旁路。

（3）根據(jù)國(guó)內(nèi)FCB 試驗(yàn)失敗情況統(tǒng)計(jì)，80%的失敗原因是鍋爐給水流量低保護(hù)。這跟汽泵的汽源切換有關(guān)。外高橋三期給水泵采用一臺(tái)100%的獨(dú)立汽泵，解決了這一難題。建議重點(diǎn)調(diào)研外高橋三期成功經(jīng)驗(yàn)，據(jù)介紹外高橋7#、8#機(jī)組為1000 MW 的超超臨界機(jī)組，各方面都做的比較好，是我國(guó)超超臨界的標(biāo)桿機(jī)組。

（4）FCB 機(jī)組申請(qǐng)黑啟動(dòng)服務(wù)最大的不足是FCB 工況的持續(xù)時(shí)間能力問題。目前我國(guó)還沒有規(guī)定具體時(shí)間，國(guó)內(nèi)FCB 試驗(yàn)宣稱成功的案例持續(xù)時(shí)間大部分在30 min 內(nèi)，而歐洲國(guó)家要求持續(xù)時(shí)間達(dá)到12 h。

（5）FCB 機(jī)組作為黑啟動(dòng)電源是比較脆弱的。它存在兩個(gè)可靠性問題：一是機(jī)組能否在電網(wǎng)需要時(shí)可靠實(shí)現(xiàn)FCB 功能；二是FCB 工況的持續(xù)時(shí)間。對(duì)于火電機(jī)組來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)問題是客觀存在的。

（6）發(fā)生FCB 時(shí)，高壓缸排汽溫度上升是難題：當(dāng)機(jī)組發(fā)生FCB 時(shí)，高壓缸進(jìn)汽小，不足于帶走因鼓風(fēng)摩擦引起的熱量，引起高壓缸排汽溫度快速上升。雖然汽機(jī)保護(hù)未引入高壓缸排汽高保護(hù)，但高壓缸排汽溫度一旦上升高于500 ℃時(shí)，汽機(jī)必須打閘。高壓缸排汽溫度對(duì)FCB 的持續(xù)時(shí)間起到非常關(guān)健的作用。解決這個(gè)難題的辦法有兩個(gè)：一是機(jī)組發(fā)生FCB 時(shí)，切換至中壓缸作功，高壓缸排汽溫度的上升會(huì)得到減緩。但汽機(jī)能否實(shí)現(xiàn)中壓缸作功，還需汽輪機(jī)廠家確認(rèn)，如果廠家認(rèn)為中壓缸作功可行，熱工還需完善控制邏輯；二是設(shè)置高排通風(fēng)閥，增加排汽量，這是在設(shè)計(jì)汽機(jī)時(shí)就要考慮的內(nèi)容。