FCB试验电气风险分析

FCB试验电气风险分析

郑加能

广东红海湾发电有限公司广东汕尾516623

摘要：对广东红海湾发电有限公司3号机组FCB试验过程中的风险进行分析，并结合电气设备实际，提出了防止试验过程中厂用电失去的三道防线预控措施。为同类型发电厂进行FCB试验提供参考。

关键词：FCB;试验

1引言

根据相关文献规定，当接入电网机组容量与所接入电网容量比小于1/8时，认为机组所在电网为无穷大电网，否则认为机组所在电网为小电网。实际上，由于自动装置动作、保护跳闸等各种原因，大容量机组所在电网解列，使机组不可避免出现接小电网运行情况。严重时机组所接入电网主开关跳闸，要求机组具备带自身厂用电孤岛运行能力。国内有大容量电厂机组带小电网运行的相关试验。机组具备带自身厂用电孤岛运行能力是机组FCB功能的一项基本要求。

90年代以后，随着我国互联互通大电网格局逐步形成，相关部门对燃煤机组是否具备带自身厂用电孤岛运行能力未做出强制要求，此后新建机组大多不具备FCB功能。随着美加大停电、印度南部电网解列、2007年河南电网局部解列事件出现，相关部门认识到燃煤机组具备FCB功能的重要性，具备FCB功能的呼声也越来越高。近几年国内已有多家电厂成功开展了机组FCB功能改造与试验。

广东红海湾发电有限公司经充分调研并结合现有设备的实际情况，在2015年对其3号机组（660MW）进行机组FCB功能改造工作。电气专业针对机组突然转厂用电孤岛运行期间机端电压稳定、机组FCB后与电网再并网点、FCB孤岛运行期间及FCB再并网过程机组及主设备安全进行了专门分析，分别进行了至励磁系统机组并网反馈信号、装设FCB后再并网点5031开关同期控制设备、加装主变闪络保护与非同期合闸保护等改造工作。

因FCB试验具有很高风险，特别是要确保FCB失败后，厂用电不失去，保证风机、水泵等辅机能够正常工作，避免因厂用电失去而导致设备损坏事故的发生。本文就FCB试验过程中电气风险点进行分析，并提出了有效的防护手段，供同类型机组FCB试验参考。

2系统概述

广东红海湾发电有限公司一期工程2X600MW+2X660MW机组采用发电机-变压器单元接线方式接入500kV系统，设由1台110kV停机/备用变压器。500kVGIS配电装置采用3/2接线方式，有3个完整串，3号机组接入500kVGIS第三串变变串。

3号发电机出口装有断路器，作为机组正常并网解列点，发电机断路器经离相封闭母线与厂高变高压侧、主变压器低压侧直接连接。

3号机组FCB改造即为使机组具备如下功能。外部电网故障后，快速跳开3号主变压器高侧5031开关与5032开关、3号机组转为带厂用电孤岛稳定运行，期间锅炉燃烧稳定、汽机转速稳定在3000rpm、发电机及厂用电电压维持在额定值附近；外部电网恢复正常带电后，3号机组与外部电网并网运行，实现快速恢复对外供电的目的。

3厂用电三道防线

3号机组FCB试验过程如下：锅炉负荷在40%以上时，模拟电厂A/B套稳控装置动作发出切3号机组命令，跳开3号主变高侧5031开关、5032开关，将3号机组转为带厂用电孤岛运行；同时通知热工等专业执行相应的调整，维持锅炉管道压力与温度、汽机转速等参数安全稳定运行。

对于电气专业，跳开3号主变高侧5031开关、5032开关时，机组将突然甩去对外供电负荷，维持发电机端电压与厂用电电压稳定尤为重要；虽然跳开3号主变高侧5031开关、5032开关时同时撤销了至励磁系统的机组并网反馈信号，若励磁系统调整失灵，则将引起机端电压异常。

在机组机端电压异常情况下，六大风机等主辅机厂用电电源同时异常。厂用高压备用电源正常情况下，机组6kV厂用电需尽快安全切换至厂用高压备用电源；若厂用高压备用电源异常或者机组6kV伏厂用电切换异常失败，则需尽快启动柴油机组，将机组380伏保安段尽快切换至柴油机组供电，为保障主设备安全停运的辅助设备提供紧急后备电源。

最严重情况，机组380伏保安段电源切换至柴油机组失败，则需要220伏直流系统及UPS设备可靠运行，提供汽轮机润滑油直流事故油泵、发电机密封油直流事故油泵、汽动给水泵直流事故油泵等直流电源。同时，应保证UPS系统供电连续性，避免UPS电源中断导致DCS、NCS系统设备损坏或者数据丢失。

4机端电压异常防范措施

机组突然甩去对外供电负荷转FCB运行初期机炉电调整异常时，自动跳发电机出口开关、灭磁开关，联跳6kV工作电源开关，为厂用电切换至高备变创造条件。

机组转FCB失败后，随后机组电气等参数变化与9.22台风期间1、2号机组变化情况相似，出现发电机端电压下降，汽轮机转速下降，锅炉MFT等情况。因此，电气FCB触发信号存在期间若检测到锅炉MFT信号，则认为机组FCB失败，应动作联跳机组出口开关、灭磁开关，联跳6kV工作电源开关，为尽快将厂用电切换至高备变创造条件。

5提高6kV切换成功率的措施

3号机组厂用电切换采用南京东大金智生产的MFC2000-3A厂用电快速切换装置，厂用电快切装置只投入了长延时切换。事故情况下，6kV厂用电快切装置反应如下情况动作：

a）检测到6kV工作电源开关偷跳（识别开关位置接点）时，延时5秒发合6kV备用电源开关命令；

b）检测到6kV母线电压满足（电压小于75%Ue、持续1.0s以上）时，发跳6kV工作电源开关命令，在检测6kV工作电源开关已跳开情况下，延时5秒发合6kV备用电源开关命令；

规程及标准要求，为避免出现备用电源带6kV电动机成批启动时启动电流过大引起备用电源保护动作跳闸情况发生，在切换至备用电源前，应尽可能将6kV电机跳闸。

6kV电动机失动力电源后，转子电流逐步衰减为0。同时由于机械惯性存在，转子转速逐步下降，大批异步电机惰行过程中，呈现异步发电机特性，使6kV母线电压衰减过程延长。因异步电动机惰行特性存在，6kV母线电压衰减过程变得难以确定。

分析可知，若6kV母线电压从75%Ue降至45%Ue需要的时间大于2秒，则切换至备用电源前重要电机低电压保护未动作，将不可避免出现备用电源带大批重要电机自启动现象、备用电源跳闸、厂用电切换失败情况。若6kV母线工作电源开关偷跳至母线电压降至45%Ue需要的时间大于1秒，也同样存在厂用电切换后备用电源跳闸隐患。因此需要重新整定6kV厂用电快切装置长延时定值与6kV厂用电低电压保护定值间关系，或者启动6kV厂用电快切装置切辅机保护功能，保证事故情况下快切装置发合6kV备用电源开关命令前，6kV非重要电机、重要电机已全部跳开，确保厂用电切换安全性。

FCB试验前要检查3号机6kVA、B段快切装置运行的运行情况，压板投退是否正确。并进行切换试验；检查3号机6kVA、B段WDZ400综保装置运行情况。同时检查串联切换时重要电机电压保护动作情况。

6提高380V保安段切换至柴油发电机机成功率的措施

380V保安段作为机组紧急停机第二道保安电源，其供电连续性对于机组安全停机有着十分重要的意义。事故情况下，380V保安段切换至柴油机供电后，由于低压电机成批自启动（重启动），较大的启动电流引起柴油机跳闸、保安电源供电中断，国内已出现过类似的经验与教训。

3号机组380V保安段低压电机采用了苏州万隆ST500系列控制器，并启用了该控制器的失压重启动功能，上述低压电机在DCS系统也设置了重启动功能。为避免试验期间柴油机异常跳闸，需梳理DCS系统低压电机启动逻辑同时，将380V保安段低压电机设置为分批自启动，避免低压电机成批启动时柴油机异常跳闸。

FCB试验前72小时内对3号柴油机进行满载（1000kW），持续30分钟带负荷试验，检查柴油机性能是否满足要求；检查3号机汽机段、锅炉段、保安段备自投装置运行情况。

7提高交直流电源可靠性的措施

UPS供电可靠性关系NCS系统、DCS系统设备安全。FCB试验失败后，若6kV厂用电、柴油机保安电源切换失败，则DC220V直流系统、UPS电源则是保证机组安全停机的最后防线。220V直流蓄电池容量是否满足要求则是保证机组安全停机的最关键因素。需定期对蓄电池进行容量核对试验，具备条件时进行带负荷启动试验，验证蓄电池容量是否满足现场实际要求。

FCB试验前检查3号机组110V控制用直流系统运行情况，检查蓄电池组运行是否正常，蓄电池组、蓄电池进线开关、直流母线段三者间接线情况，蓄电池进线开关在合闸位置；检查3号机组220V动力用直流系统运行情况是否正常，检查蓄电池组运行正常，蓄电池组、蓄电池进线开关、直流母线段三者间接线牢固（目视检查）、蓄电池进线开关在合闸位置（目视检查）；检查3号机组UPS运行情况是否正常。

8结论

FCB试验为高风险试验项目，其功能一般也是为应对极端情况而设计的，因此对原来不具备该项功能的发电厂来讲，改造后进行试验，风险更高，更需要方方面面细致的考虑，以应对试验过程中的风险，就电气方面来讲，主要是防止试验过程中，尤其试验失败后厂用电失去的风险，通过对防止机端电压异常措施、提高6kV厂用电切换成功率措施、提高380V保安段切换至柴油发电机成功率的措施、提高交直流电源可靠性的措施三道防线分析后，可以把FCB试验过程中厂用电失去的可能性降到最低，从而大大降低了试验过程中的风险，实现了真正的风险可控。