劉紅軍

（國能錦界能源有限責任公司，陜西 神木 719319）

在當前碳中和背景下，火電廠企業(yè)面臨新能源高效消納和電力保供的雙重壓力，在調(diào)頻、調(diào)峰、備用等逐漸成為常態(tài)化的以市場化方式提供電力輔助服務市場中，快速停機、快速并網(wǎng)發(fā)電，既能滿足新能源高效消納，又能保障電網(wǎng)快速調(diào)峰及安全運行的需求。

1 某廠火電機組設備概述

1）汽輪機

汽輪機采用上海汽輪機有限公司設計制造的亞臨界、單軸、一次中間再熱、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機，是采用AIBT 技術(shù)及汽輪機整體結(jié)構(gòu)設計技術(shù)進行綜合升級改造的機組。其特點是采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，操作簡便，運行安全可靠。高中壓部分采用合缸順流結(jié)構(gòu)，低壓部分采用雙流反向結(jié)構(gòu)。汽輪機型號為：N630-16.7/538/538，高中壓及低壓部分均為雙層缸結(jié)構(gòu)。

2）DCS、DEH、TSI 及ETS

DCS 系統(tǒng)采用了和利時自動化有限公司的MACSV6.5.4分散控制系統(tǒng)，整套系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）等，DEH 采用西屋公司的Emerson 進行汽輪機的復位、啟動、調(diào)速、定速、帶負荷、負荷調(diào)節(jié)及DEH 超速等功能，TSI 采用本特利3500，實現(xiàn)機組振動監(jiān)測。ETS 為上海汽輪機配套生產(chǎn)，實現(xiàn)串軸、振動、EH 低油壓、低真空、低油壓等保護跳閘。

3）旁路系統(tǒng)

旁路系統(tǒng)設有高、低壓兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，即由鍋爐來的新蒸汽經(jīng)高壓旁路減溫、減壓后進入鍋爐再熱器，由再熱器來的再熱蒸汽經(jīng)低壓旁路減溫、減壓后經(jīng)三級減溫器減溫后進入熱井。高旁的容量、低旁的容量為高旁的蒸汽流量與噴水流量的和，即為鍋爐最大額定出力（BMCR）的30%。本旁路由CCI-SULZER 公司制造。

4）鍋爐

鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司制造的亞臨界參數(shù)∏型汽包爐。它采用控制循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒方式，燃燒器擺動調(diào)溫，平衡通風，固態(tài)排渣，全鋼懸吊結(jié)構(gòu)，緊身封閉布置的燃煤鍋爐。鍋爐鋼架為全鋼架、高強度螺栓連接，整臺鍋爐共設置18 層平臺，其中7 層剛性平臺。為便于操作，個別地方設置了局部平臺。除渣斗及空氣預熱器外，鍋爐所有重量都懸吊在爐頂鋼架上。鍋爐型號為：SG-2093/17.5-M910，配置6 臺直吹式制粉系統(tǒng)。

5）發(fā)電機及升壓站

發(fā)電機采用上海汽輪發(fā)電機有限公司生產(chǎn)的QFSN-600-2 型600MW 汽輪發(fā)電機。勵磁方式采用機端自并勵，勵磁系統(tǒng)為ABBUNITROL5000 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。發(fā)電機出口電壓20kV，通過主變升壓至500kV 并入系統(tǒng)。500kV 采用一臺半斷路器接線（即：二分之三接線）。發(fā)電機-變壓器組為單元接線接入500kV 母線。500kV 出線回路數(shù)共三回，500kV 系統(tǒng)為直接接地系統(tǒng)，變壓器的中性點直接接地。

2 機爐電相關(guān)聯(lián)鎖、保護

2.1 鍋爐設置保護

1）手動MFT。

2）主汽流量大于8%ECR（147.9t/h）且發(fā)電機已并網(wǎng)時，汽機跳閘。

3）其他兩臺送風機跳閘，兩臺引風機跳閘，兩臺空預器主、輔電機均跳閘，火檢冷卻風/爐膛差壓低低，汽包水位高高、低低，爐膛壓力高高、低低，全燃料喪失等保護[1]。

2.2 汽機設置保護

1）汽機跳閘——負荷大于8%時鍋爐MFT（機跳爐）。

2）振動：相鄰瓦報警值0.125mm，本瓦0.254mm。

3）低壓缸排汽溫度≥121℃。

4）發(fā)電機出口開關(guān)跳閘。

5）其他背壓高，壓比，低油壓，EH 油壓低，差脹，背壓高，DEH 裝置失電等保護。

2.3 旁路聯(lián)鎖與保護

1）當機組在運行中有下列情況之一發(fā)生時，高壓旁路自動快關(guān)。

① 高旁調(diào)閥后蒸汽溫度1 ≥330℃，且品質(zhì)好。

② 高旁調(diào)閥后蒸汽溫度2 ≥330℃，且品質(zhì)好。

③ 高旁噴水調(diào)節(jié)門前壓力與高旁調(diào)閥前蒸汽壓力差小于1MPa 且兩個壓力點品質(zhì)好。

④ 低旁閥快關(guān)。

2）當機組在啟動或運行中有下列情況之一發(fā)生時，低旁自動快速關(guān)閉。

① 凝結(jié)水壓力小于再熱壓力0.3MPa。

② 低旁閥1 后蒸汽溫度1 ≥150℃，且品質(zhì)好。

③ 低旁閥2 后蒸汽溫度1 ≥150℃，且品質(zhì)好。

④ #1 排汽裝置背壓高≥35kPa。

⑤ #2 排汽裝置背壓高≥35kPa。

⑥ 熱井水位高（#1 熱井水位二取均大于1700mm，或#2 熱井水位二取均大于1700mm）。

3）旁路裝置具有下列聯(lián)動保護功能。

① 旁路噴水調(diào)節(jié)閥（或高旁噴水隔離閥）打不開，則對應旁路減壓閥關(guān)閉。

② 當?shù)蛪号月烽y快速關(guān)閉時，高旁不允許自動開、關(guān)，但可手動（遙控）快速關(guān)閉。

③ 高旁和低旁都是快關(guān)指令優(yōu)先，如果有快關(guān)，則快開和正常的操作都不起作用。

2.4 發(fā)電機（發(fā)變組）設置保護

采用國電南京自動化股份有限公司的產(chǎn)品，由3 個柜（A、B、C）組成。保護柜A、B 分別由DGT801B、DGT801C 組成，為電氣量保護，保護柜C 為DGT801F，為非電氣量保護。

主要保護配置有差動、定子繞組匝間短路，定子接地保護、轉(zhuǎn)子接地保護、失磁保護（阻抗原理）、失步保護、頻率異常保護、過激磁保護、過負荷及過電流保護、啟停機保護、阻抗保護、誤上電保護及斷路器閃絡保護，零功率保護等[2]。

發(fā)電機逆功率保護和程跳逆功率保護，發(fā)電機啟停機保護、發(fā)電機突加電壓、斷路器閃絡保護在機組沖轉(zhuǎn)前投入，機組啟動后退出。關(guān)主汽門壓板是機組解列后退出，發(fā)電機升壓并網(wǎng)前投入。勵磁系統(tǒng)故障壓板，發(fā)電機升壓并網(wǎng)前投入。零功率保護在機組并網(wǎng)60MW 投入。

3 現(xiàn)在采取的機組調(diào)峰備用操作

3.1 現(xiàn)在普遍采用的正常停機不停爐的主要操作流程

1）停機、停爐前操作票，備用汽源，等離子，全面吹灰，水位計校對，高壓啟動油泵、交流潤滑油泵、直流潤滑油泵、頂軸油泵，檢查其轉(zhuǎn)動正常，出口壓力正常，盤車電機空試等準備工作完成及確認。

2）設定目標負荷，負荷變化率5MW/min，主汽壓力變化率0.15Mpa/min，汽溫變化速率1℃/min ～1.5℃/min，停運制粉系統(tǒng)匯減負荷。

3）負荷50%～60%，穩(wěn)定30min，順序閥切換為單閥，提升空預器扇形板，投入等離子點火器，等離子拉弧。停運一臺電泵備用，調(diào)整蒸汽參數(shù)至滑停起始參數(shù)值：主汽壓力12MPa，主、再熱汽溫度500℃。

4）設定目標負荷30%～40%，負荷變化率不大于5MW/min，主汽壓力變化率0.15MPa/min，汽溫變化速率1℃/min ～1.5℃/min，按照滑停曲線進行降溫、降壓，降低負荷。到達30%～40%目標負荷后，穩(wěn)定運行30min，切換廠用電。根據(jù)汽輪機抽汽壓力情況逐步退出高加、低加，除氧器汽源切換為輔助蒸汽，切換軸封汽源為輔助蒸汽，切換主給水為旁路方式[3]。

5）繼續(xù)按照負荷變化率不大于5MW/min，主汽壓力變化率0.15MPa/min，汽溫變化速率1℃/min ～1.5℃/min，停運制粉系統(tǒng)匯減負荷。負荷降低到15%時，檢查汽機低壓缸噴水自動投入，檢查汽機本體疏水打開，負荷達到10%時，穩(wěn)定運行30min，投入發(fā)變組保護屏誤上電、啟停機、閃絡保護，檢查各運行參數(shù)無異常，確認機跳爐大聯(lián)鎖退出，啟動交流潤滑油泵，檢查油壓正常，關(guān)閉鍋爐側(cè)主再熱汽減溫水。

6）快速減負荷到零，調(diào)節(jié)無功到零，汽輪機手動打閘，發(fā)電機逆功率保護動作解列。

7）檢查發(fā)電機功率到零，發(fā)變組出口開關(guān)和滅磁開關(guān)跳開，定子三相電流為零，定子三相電壓為零，轉(zhuǎn)子電壓、電流為零，TV、GV、RV、IV 及各段抽汽逆止門均關(guān)閉，檢查低壓旁路自動開啟，泄壓至零后手動關(guān)閉，高壓旁路處于關(guān)閉狀態(tài)，確認機組轉(zhuǎn)速下降。

8）機組轉(zhuǎn)速降至2200r/min，查頂軸油泵運行，否則手動啟動頂軸油泵運行，頂軸油母管壓力10MPa ～13MPa。

9）機組轉(zhuǎn)速降至400rpm 以下時，確認高、低壓旁路系統(tǒng)退出，再熱壓力為零，關(guān)閉所有至凝汽器的疏水門，啟真空破壞閥破壞真空，轉(zhuǎn)速到零投入連續(xù)盤車。記錄惰走曲線并與典型惰走曲線相比較，記錄大軸偏心度、盤車馬達電流，傾聽機內(nèi)無異音，真空到零后停止軸封供汽。

10）滑壓匯減負荷，機組有功功率接近零，汽機打閘，采用逆功率保護動作解列發(fā)電機滅磁，鍋爐MFT 或者鍋爐不滅火，開啟旁路維持備用。

3.2 此種調(diào)峰備用方式優(yōu)缺點

此種停機調(diào)峰備用方式由于機組有功、無功到零，汽輪機打閘、發(fā)電機解列可以有效防止汽輪機超速，但是這種方式操作量大，并且汽輪機惰走時間內(nèi)轉(zhuǎn)子經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速共振區(qū)域，過臨界轉(zhuǎn)速時間長，影響轉(zhuǎn)子壽命。另外惰走期間，由于泊桑效應，轉(zhuǎn)子伸長，需要時刻關(guān)注差脹情況，特別是動葉進汽邊和靜葉背弧間隙，防止動靜軸向碰磨[4]。短時間停機不超過4 個小時再次啟動、沖轉(zhuǎn)，機組處于熱態(tài)及極熱態(tài)之間，沖轉(zhuǎn)參數(shù)難以控制，一般采用負溫差啟動，轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)時再次經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速共振區(qū)域，再次影響轉(zhuǎn)子壽命損耗。假如沖轉(zhuǎn)速度控制不當，溫差、應力控制不當，嚴重情況下有可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)子動靜碰磨。

4 發(fā)電機解列滅磁、鍋爐保持燃燒、汽輪機維持空轉(zhuǎn)的主要操作

4.1 汽輪機旁路切除情況

1）維持汽輪機旁路切除方式（高壓缸模式）。

2）備用汽源，等離子，全面吹灰，水位計校對，高壓啟動油泵、交流潤滑油泵、直流潤滑油泵、頂軸油泵，檢查其轉(zhuǎn)動正常，出口壓力正常，盤車電機空試等準備工作完成及確認。

3）設定目標負荷，負荷變化率5MW/min，主汽壓力變化率0.15Mpa/min，汽溫變化速率1℃/min ～1.5℃/min，停運制粉系統(tǒng)匯減負荷。

4）負荷50%～60%，穩(wěn)定30min，順序閥切換為單閥，提升空預器扇形板，投入等離子點火器，等離子拉弧。停運一臺電泵備用，調(diào)整蒸汽參數(shù)至滑停起始參數(shù)值：主汽壓力12MPa，主、再熱汽溫度500℃。

5） 設定目標負荷30%～40%，負荷變化率不大于5MW/min，主汽壓力變化率0.15MPa/min，汽溫變化速率1℃/min ～1.5℃/min，按照滑停曲線進行降溫、降壓，降低負荷。到達30%～40%目標負荷后，穩(wěn)定運行30min，切換廠用電，根據(jù)汽輪機抽汽壓力情況逐步退出高加、低加，除氧器汽源切換為輔助蒸汽，切換軸封汽源為輔助蒸汽，切換主給水為旁路方式。

6）繼續(xù)按照負荷變化率不大于5MW/min，主汽壓力變化率0.15MPa/min，汽溫變化速率1℃/min ～1.5℃/min，停運制粉系統(tǒng)匯減負荷，負荷降低到15%時，檢查汽機低壓缸噴水自動投入，檢查汽機本體疏水打開，負荷達到10%～15%時（避免壓比1.7 動作），穩(wěn)定運行30min。

7）負荷降低到5%～10%時，運行人員聯(lián)系熱控人員強制高排通風閥開啟條件，手動開啟高排通風閥，關(guān)閉高排逆止門。

8）運行人員聯(lián)系熱控人員強制開啟高低旁。緩慢開啟低旁，開啟高旁至20%及以上（注意高旁開度最好維持20%及以上，防止高旁門芯沖刷）。保留一臺制粉系統(tǒng)煤量18t/h ～28t/h，用旁路來控制機組負荷緩慢降低。

9）投入發(fā)變組保護屏誤上電、啟停機、閃絡保護、退出主汽門關(guān)閉壓板，檢查各運行參數(shù)無異常，確認電跳機、機跳爐大聯(lián)鎖退出。

10）隨著機組負荷逐漸降低，逐漸關(guān)閉汽機高壓調(diào)門，直至到零。

11）在機組負荷接近到0MW 瞬間手動打閘發(fā)變組跳閘按鈕，發(fā)電機解列滅磁（解列發(fā)電機）。

12）發(fā)電機解列瞬間主要關(guān)注汽輪機轉(zhuǎn)速是否飛升。轉(zhuǎn)速飛升超過3090Rpm，OPC 超速保護未動作時，手動打閘汽輪機。

13）發(fā)電機解列后，等到汽輪機高壓調(diào)門控制汽輪機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定（3000Rpm）后，維持高、低旁運行，防止再熱器干燒。

14）最終方式為DEH 維持汽輪機3000Rpm 空轉(zhuǎn)，鍋爐維持燃燒。

15）其他操作步序依照規(guī)程執(zhí)行。

此種運行方式原理：采用不帶旁路模式及高壓缸控制模式停運。不在旁路模式時汽輪機采用高壓缸調(diào)門來控制負荷，中壓調(diào)門全開不參與調(diào)節(jié)，解列后OPC 首先強制關(guān)閉高壓調(diào)門7.5s（可以設定為12s）來有效控制汽輪機不超速，然后高壓缸調(diào)門逐漸開啟來控制汽輪機轉(zhuǎn)速。操作員在DEH 上退出旁路模式，依靠關(guān)閉汽輪機閥位指令的方式來匯減負荷。

4.2 汽輪機旁路不切除情況（高、中壓聯(lián)合模式）

1）汽輪機旁路投入模式（高、中壓聯(lián)合模式）。

2）備用汽源，等離子，全面吹灰，水位計校對，高壓啟動油泵、交流潤滑油泵、直流潤滑油泵、頂軸油泵，檢查其轉(zhuǎn)動正常，出口壓力正常，盤車電機空試等準備工作完成及確認。

3）設定目標負荷，負荷變化率5MW/min，主汽壓力變化率0.15Mpa/min，汽溫變化速率1℃/min ～1.5℃/min，停運制粉系統(tǒng)匯減負荷。

4）負荷50%～60%，穩(wěn)定30min，順序閥切換為單閥，提升空預器扇形板，投入等離子點火器，等離子拉弧。停運一臺電泵備用，調(diào)整蒸汽參數(shù)至滑停起始參數(shù)值：主汽壓力12MPa，主、再熱汽溫度500℃。

5）設定目標負荷30%～40%，負荷變化率不大于5MW/min，主汽壓力變化率0.15MPa/min，汽溫變化速率1℃/min ～1.5℃/min，按照滑停曲線進行降溫、降壓，降低負荷。到達30%～40%目標負荷后，穩(wěn)定運行30min，切換廠用電。根據(jù)汽輪機抽汽壓力情況逐步退出高加、低加，除氧器汽源切換為輔助蒸汽，切換軸封汽源為輔助蒸汽，切換主給水為旁路方式。

6）在DEH 閥位指令410 時投入旁路模式，這時候負荷約200MW，采用高、中壓調(diào)門聯(lián)合調(diào)整負荷。

7）在高低旁開啟的時候，匯減負荷，停運制粉系統(tǒng)。在DCS 上逐漸關(guān)小閥門指令，匯減負荷到15%時，檢查汽機低壓缸噴水自動投入，檢查汽機本體疏水打開，負荷達到10 ～15%時（避免壓比1.7 動作），穩(wěn)定運行30min。

8）負荷降低到5%～10%時，運行人員聯(lián)系熱控人員強制高排通風閥開啟條件，手動開啟高排通風閥，關(guān)閉高排逆止門。

9）投入發(fā)變組保護屏誤上電、啟停機、閃絡保護、退出主汽門關(guān)閉壓板，檢查各運行參數(shù)無異常，確認電跳機、機跳爐大聯(lián)鎖退出。

10）在DEH 閥位指令關(guān)閉到零，機組負荷接近到0MW，瞬間手動打閘發(fā)變組跳閘按鈕，發(fā)電機解列滅磁（解列發(fā)電機）。

11）發(fā)電機解列瞬間主要關(guān)注汽輪機轉(zhuǎn)速是否飛升。轉(zhuǎn)速飛升超過3090Rpm，OPC 超速保護未動作時，手動打閘汽輪機。

12）發(fā)電機解列后，等到DEH 控制汽輪機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定（3000Rpm）后，維持高、低旁運行，防止再熱器干燒。

13）最終方式為DEH 維持汽輪機3000Rpm 空轉(zhuǎn)，鍋爐維持燃燒。

14）其他操作步序依照規(guī)程執(zhí)行。

此種運行方式原理：帶高、低壓旁路聯(lián)合模式，在高、低旁開啟情況下，汽機負荷調(diào)節(jié)采用高中壓調(diào)節(jié)汽門來控制負荷。在發(fā)電機出口開關(guān)斷開情況下，OPC 首先強制關(guān)閉高中壓調(diào)門7.5s（可以將此時間調(diào)整為12s）來有效控制汽輪機不超速，強制關(guān)閉時間到后逐漸開啟高中壓調(diào)門來維持汽輪機額定轉(zhuǎn)速。

4.3 優(yōu)缺點分析

1）優(yōu)點：發(fā)電機解列滅磁，鍋爐保持燃燒，汽輪機維持空轉(zhuǎn)可以快速解列機組，快速進行并網(wǎng)[5]。

2）在火電機組當天停、啟調(diào)峰運行在節(jié)假日已經(jīng)成為常態(tài)的情況下，短時間發(fā)電機解列滅磁，鍋爐保持燃燒，汽輪機維持空轉(zhuǎn)可以減少運行人員操作，降低人員誤操作幾率，減少汽機轉(zhuǎn)子惰走和沖轉(zhuǎn)兩次經(jīng)過臨界共振轉(zhuǎn)速的可能，減少汽輪機再次沖轉(zhuǎn)油水品質(zhì)化驗等一些弊端，降低負溫差啟動汽輪機動靜碰磨的幾率，提高轉(zhuǎn)子的壽命。

3）提高機組快速適應電網(wǎng)負荷并網(wǎng)需求。

4）缺點是在高中壓聯(lián)合調(diào)節(jié)匯減負荷過程中，閥門指令與實際負荷可能不對應，從而造成負荷擺動。

5 結(jié)論

在短時間停機調(diào)峰輔助服務中，機組完全可以采取發(fā)電機解列滅磁，汽輪機維持3000Rpm/s 空轉(zhuǎn)，鍋爐維持燃燒的運行方式來多爭取調(diào)峰服務的收益及滿足電網(wǎng)快速啟動并網(wǎng)帶負荷的需求。