搜索
火力发电厂FCB试验及存在问题分析发表时间:2002-4-18作者：哈尔滨泛微电子工程公司丛昕摘要：术文在分析燃烧天然气和渣油锅炉的FCB功能、逻辑及难点的基础上，深入剖析了伊朗阿拉克电厂FCB试验过程及存在的问题。并结合调试实践，给出具体解决对策及其应用效果引言FCB(FASTCUTBACK)是机组快速甩负荷至带厂用电运行，也就是我们常说的小岛运行。FCB控制的基本功能是：当机组在正常工况下运行时，若由于发电机解裂，机组的FCB功能将自动投运，快速甩负荷并带厂用电稳定运行。在机组甩荷过程中，能保证机组运行参数的变化在安全范围内，而且不引起停机停炉保护动作，不危及设备安全，以便有可能较快的重新并网发电。由于国内电网的容量都很大，而且水电和火电相互并存，因此对火电机组装设FCB功能并没有特别强调。在伊朗，由于电网的容量比较小，抗干扰的能力差，比较容易出现电网瓦解事故。因此．特别强调机组的FCB功能，对新建机组都要求具备FCB功能。伊朗阿拉克电厂安装了四台325MW机组，锅炉、汽轮机和发电机都是由中国东方电气集团公司生产。锅炉的燃烧器分三层前后墙对称布置，每层设8个燃烧器．采用前后墙对冲燃烧方式，主燃料是天然气和渣油。热控DCS选用的是德国西门子公司生产的TELEPERM—XP系统，DEH是东方汽轮机厂生产的DEH-Ⅲ系统，火检装置采用哈尔滨泛微工程公司研制的ZHJ系列火焰检测器。1FCB逻辑FCB是机组在异常工况下的负荷控制，集模拟量控制和开关量控制于一体，是一种复杂的复合控制系统。它需要BMS、MCS、DEH、旁路控制系统以及发电机励磁调节系统等协调工作、共同来完成。1．1FCB的动作条件FCB的动作条件是发变组出口230kV电气开关跳开。FCB发生后，该信号保持到锅炉负荷指令降至FCB规定的锅炉目标负荷指令时消失。1．2MCS(1)MCS内，当FCB发生时锅炉的降负荷率自动改变为100％MCR／MIN，锅炉降负荷的目标值改变为30％MCR。(2)FCB发生时，汽包水位保护定值将自动由原来的：士250mm改变为：十340mm和一320mm。该状况一直保持10分钟。(3)FCB发生时，给水调节系统自动由三冲量控制改为单冲量控制。如果两台给水泵运行，FCB发生80秒后自动停其中一台。1．3BMS在BMS内，当FCB发生时立即切除C层外侧的4只燃烧器；延时9秒后，自动切除C层内侧的4只燃烧器；再延时15秒后，如果投运的燃烧器数量还大于12只，自动切除B层外侧4只燃烧器。1．4DEHFCB发生后，DEH将瞬时快速关闭所有调节阀，同时自动将功率调节方式切换为转速调节方式，并维持机组转速3000rpm运行。如果FCB后，汽轮机转速波动较大，可以采取手动干预的方式(手动在线修改转速控制的PI参数)使机组转速尽快稳定。1．5旁路控制系统FCB发生时，高压旁路控制系统切换到手动控制方式，由操作人员根据主汽压力和汽轮机高排压力手动控制高旁阀门开度。低压旁路控制仍然在自动方式，如果需要可以切换到手动方式控制。1．6电气系统(1)FCB发生时，高厂变带厂用负荷，灭磁开关不跳闸；发电机励磁调节系统(AVR)将快速减磁，维持机端电压稳定，等待机组重新并网。(2)FCB后，电气过频保护、低频保护以及发电机失步保护只跳发变组出口开关不跳发电机。2FCB的难点FCB发生后，对汽包水位控制、炉瞠燃烧控制以及汽轮机转速控制等影响比较大。在机组甩负荷过程中，很容易出现燃烧不稳定炉膛灭火、汽轮机超速、汽包水位越限等现象，从而引起机组保护动作，使FCB控制失败。2．1汽包水位汽包水位是锅炉汽水物质是否平衡的标志，即给水量和蒸发量之间的平衡。当FCB发生后，主蒸汽流量由于汽轮机的调门快速关闭而大幅度突降，而给水流量的下降速度相对要慢一点，从而造成汽包汽水的严重不平衡，引起汽包水位的大幅度波动，因此FCB后，汽包水位控制的难度比较大，可以通过快开高压旁路减弱主汽流量下降速度的方法，来减小汽包水位的变化幅度。2．2锅炉燃烧控制FCB后，由于锅炉的大部分燃烧器相继快速被切除，同时锅炉送风量跟随锅炉负荷指令突降，炉瞠压力波动比较大，锅炉燃烧极不稳定，很可能会出现炉膛压力超过允许值，从而导致保护动作，机组停运。对于燃油锅炉来说，燃料量控制是根据锅炉指令来调节燃油流量，因此还存在另外一个问题；即：FCB后由于部分烧烧器快切，会导致燃油母管压力的快速上升；当燃油母管压力上升到保护定值，会导致OFT(油燃料跳闸)动作，机组停运。2．3汽轮机转速控制FCB的发生，主要是电网瓦解引起。由于发电机的出口开关突然断开，DEH系统从负荷控制切换到转速控制，为了保证机组不超速调门首先快关，然后为了维持机组3000rpm运行调门又要打开，从而极有可能引起转速大幅度波动或振荡。在这种情况下，就需要人为干预，比如说采取改变转速调节的PI参数等措施，如果转速得不到控制仍波动较大，只好打闸停机。另外根据试验规定，如果机组转速波动幅度超过额定转速的5％(即：低于2850rpm或高于3150rpm)，则试验不成功。3FCB试验为使机组装设的FCB功能在发电机跳闸时真正发挥作用，做好FCB的功能试验并在试验的基础上对FCB逻辑进行改进是必要的。为了保证试验的安全，同时提高试验成功的可能性，整个试验分两步进行。首先进行甩50％负荷的FCB试验，在该试验成功的基础上，对试验过程中出现的问题进行分析并采取相应的措施，然后再进行甩100％负荷FCB试验。3．1FCB试验成功的定义当发电机出口电气开关断开时，FCB试验开始，如果机组带厂用电运行超过两分钟后并网成功，则试验成功，但如果因电网不允许并网或并网操作时间太长无法带负荷并网，维持小岛运行15分钟后打闸停机，这也可以确认为试验成功。3．2FCB试验前必须进行的相关试验在进行FCB试验前必须进行的相关试验在进行FCB试验之前，下列试验必须完成并合格。(1)汽轮机超速保护试验(包括：机械超速、110％电超速和103％电超速)；(2)汽轮机阀门活动试验；(3)旁路阀门活动试验；(4)抽汽逆止门活动试验；(5)锅炉安全门、PCV阀、对空排汽门活动试验。3．350％甩负荷小岛试验试验前机组状况：负荷180MW，主汽压力13．5MPa，汽包水位一10mm～十10mm，炉膛压力1．9KPa，送风量333m3／s。当倒计时到“ONE时，操作人员打开发变组出口230KV开关，试验开始：汽轮机所有调门首先快关，机组转速瞬间冲到3090rpm，OPC保护动作，转速开始下降，然后在2940～3080rpm之间波动，两分钟后稳定下来。高旁控制切换到手动，由于高旁控制阀没有及时打开，主蒸汽压力一直保持上升趋势，最高上升到19．5MPa，直到过热器安全门和PCV都动作后，主蒸汽压力才有所下降。低压旁路控制在自动方式，再热汽压一直比较稳定，没有出现超压现象。给水调节系统自动切换到给水调节阀控制，汽包水位在试验开始的初期有一个快速下降过程，最低降到一250mm。然后维持在一100mm～+100mm之间波动。锅炉的部分燃烧器按FCB逻辑相继退出运行，最后保留12支燃烧器稳定投运。在整个试验过程中，锅炉压力波动不大，火检装置投运也比较稳定。但在燃烧器的快切过程中，燃油母管的压力波动较大，几乎接近OFT燃油母管压力高保护整定值。FCB后，机组带厂用电(大约15．6MW负荷左右)稳定运行。5分钟后，机组终于重新并上网，试验成功。3．4100％甩负荷小岛试验试验前机组状况：负荷315MW，主汽压力16．5MPa，汽包水位一10mm～十10mm，炉膛压力5．1KPa，送风量493m3／s。当操作人员打开发变组出口230KV开关，试验开始。汽轮机所有调门首先快关，机组转速瞬间冲到3100rpm，OPC保护动作，转速开始下降，然后在2890～3220rpm之间波动。高旁控制切换到手动并保持一定开度，主蒸汽压力一直保持上升趋势，最高上升到18．3MPa，但当过热器安全门和PCV都动作后，主蒸汽压力才开始下降。低压旁路控制在自动方式，再热汽压力由于高旁打开有一个上升过程，但没有出现超压现象。给水调节系统自动切换到给水调节阀控制，汽包水位在试验开始的初期有一个快速下降过程，最低降到-270mm。然后维持在一200mm～+200mm之间波动。锅炉的部分燃烧器按FCB逻辑相继退出运行，最后保留8支燃烧器稳定投运。燃油母管的压力波动较大，但没有引起OFT动作。FCB后，机组带厂用电稳定运行。3分钟后，机组终于重新并上网，试验成功。4FCB运行试验存在的问题及对策4．150％甩负荷试验出现的问题在机组成功并上网后不久，机组因汽包水位低MFT动作机组停运。主要原因是：高压旁路控制阀没有及时打开(高旁喷水压力低保护动作而禁止高旁打开)，而且稳定锅炉燃烧投运的燃烧器数量12只太多，从而引起汽包压力一直是上升趋势；当汽包压力上升到趋近给水压力时，给水压力不足于克服高度差阻力，给水流量基本为零，导致汽包水位低MFT动作机组停运。另外，燃油母管压力波动比较大，因此对燃油控制系统需要调整。4．2采取的措施根据50％甩负荷试验存在的问题，为确保在进行100％甩负荷试验取得成功，采取了如下措施，当然这些措施是否恰当，提出与大家商榷。(1)针对汽包水位波动较大的措施a．FCB发生时，锅炉的目标负荷指令从35％MCR改为25％MCR，必要时可以手动改为20％MCR。b．FCB后，用于稳定锅炉燃烧的燃烧器数量从12只减到8只。c．解除高旁的“喷水压力低禁止开高旁”的保护。d．FCB发生时．汽包水位保护的整定值改变保持20分钟(原来是10分钟)。(2)针对燃油母管压力波动较大的措施a．FCB发生后，燃油控制系统的整定参数自动改变(控制速度变快)，以适应FCB的要求。b．燃油控制系统仍采用流量调节，当燃油母管压力上升到一定值，快关一下燃油调节阀。c．对BMS的FCB后快切燃烧器逻辑进行修改，即：燃油母管压力太高不允许切燃烧器。5结论FCB的控制比较复杂，牵连的系统比较多，对机组的运行工况影响比较大，而且整个控制过程持续的时间比较短。本文在明确FCB功能、FCB逻辑的基础上，结合伊朗阿拉克电厂具体实践，对FCB试验的过程及影响FCB试验成功的问题进行了探讨，有如下结论：(1)探讨了影响FCB试验成功的因素，不但为FCB试验成功提供直接参考，而且对FCB的设计具有指导作用。(2)在给出了FCB试验成功的定义、FCB试验前须具备的条件、FCB试验前的机组状况的基础上，剖析了50％甩负荷试验和100％甩负荷试验的过程。为国内相关试验提供参考。(3)针对试验过程中存在的问题，给出了具体的解决对策及其应用效果。伊朗阿拉克电厂的FCB试验过程及其成功经验为国内相关试验具有重要参考意义。引言美国东部时间2003年8月14日15：06美国俄亥俄州北部5条超高压输电线路陆续发生故障，目前认为，由潮流大范围转移导致的快速电压崩溃，线路跳闸及系统解列后的频率崩溃原因，输电系统发生连锁反应，到16：11事故扩大到美国东北部8个州，以及接壤的加拿大南部地区。发生了自1965年以来的北美洲最严重的停电事件，也是世界电力史上前所未有的。致使该地区近5000万人失去了赖以生存的电力供应。经42时49分后电力供应才基本恢复。经济学家测算该事故造成的经济损失在每天300亿美元。美加电网大面积停电事故引起世界各国政府和电力工作者的关注，主要涉及的是国家能源链中的电力传输、电网可靠性、电力安全以及电力体制等问题。面对电网故障后的发电安全问题，同样引起我们在宝钢从事电力工作人员的极大关注与反思。在电网发生故障时，电厂控制系统做出了什么样的应对？为什么经过很长时间机组才能恢复运行，电网才完全正常？1电力运行可靠性的挑战1.1电力系统的脆弱性从美加电网停电后仅50天，英国、澳洲、瑞士、意大利等工业国家先后发生大面积停电事故。这不会是偶然巧合。就上海电网而言，最近一次重大故障发生在2002年2月19日，上海南桥变电站站控系统P13的总线耦合器故障，造成断路器频繁分合闸，导致南桥、杨高两站15