浅析FCB过程关键控制技术陶苗苗

浅析FCB过程关键控制技术陶苗苗

陶苗苗

（山西启光发电有限公司山西晋中030600）

摘要：根据已有的FCB控制经验，分析总结了DEH系统、蒸汽系统和给水系统的关键控制技术。针对FCB过程的技术要求，归纳各电厂控制策略的优劣，提出控制相关系统的技术关键。

关键词：火电机组、FCB、关键技术、控制策略

快速甩负荷（FCB）功能是电网故障后的紧急应对措施，该功能可以在发电机并网开关断开时，快速甩掉全部对外负荷，带厂用电“孤岛运行”[1]。

1DEH系统FCB技术分析

FCB过程中汽轮机调节系统需要完成两项重要的任务：一是保证机组发电功率能快速平稳的趋于厂用电值，二是超速保护系统在保证转速不超过危机遮断值的同时使转速稳定趋于额定值。

1.1汽轮机转速控制分析

从DEH的调频特性来分析FCB过程，当FCB发生后机组即处于单机运行，根据DEH系统的设计原则，控制系统将切除功率给定值，仅由转速回路来控制机组的转速变动。机组即只保留了一次调频能力而去除了二次调频，但是通过对一次调频特性可以知道一次调频是有差调节，在FCB过程由频率的偏差来调节汽轮机功率去适应外界负荷的变化，转速最终稳定值都存在一定的偏差，而产生偏差的原因则是因为单机转速运行方式下二次调频功能的缺失[2]。因此，可以看出二次调频在FCB过程中的重要作用，只有给定了功率给定值为厂用电负荷值，

保证功率平稳过渡到厂用电，并且保证机组转速为3000r/min。

1.2转速控制技术关键

FCB发生后，转速控制技术的关键如下：

（1）在FCB过程中，一次调频对FCB过程转速控制起着重要的作用，转速不等率δ越小调节效果越好，转速稳定速度越快。适当增大一次调频能力用较小的频率波动来调节机组功率，是抑制转速飞升的良好策略。

（2）二次调频功能对于FCB转速控制是不可缺少的，若采用机组功率给定值跟踪实际负荷值，则可以保证转速的无差调节，即可自动实现二次调频功能。二次调频在FCB过程中的自动加入和适时退出可以作为转速控制研究的方向。

（3）目前国内的超速保护逻辑主要有五种功能如表1所示[3]。FCB初期汽轮机系统所表现出的特点有：并网开关断开、功率负荷不平衡、加速度变大、转速变大。对于前三个特点可以用具有预警性的LDA、PLU或ACC功能来控制，而转速变大可以在预警性动作执行后用OPC功能进行最后的守卫，因此OPC与其它保护功能搭配是转速控制的有效手段。

（4）对于具有预警性的超速保护动作，无论阀门关闭时间过长或过短，都易造成转速的二次飞升，因此应根据各厂汽轮机系统的状况来寻求阀门关闭时间的最优值。

（5）抽汽逆止阀的关闭看似减少了汽轮机的抽汽而导致转速更大的飞升实际上反而会发生蒸汽倒吸的现象，使转子超速。因此，FCB过程中抽汽逆止阀的关闭时必要的。

2蒸汽系统FCB技术研究

FCB初期，由于高中压调门的快速关闭，且锅炉系统甩负荷迟延惯性大，会造成主再热蒸汽憋汽在蒸汽管道内，若不及时控制则易导致蒸汽超温超压使FCB动作失败。

2.1旁路系统控制分析

在FCB过程中并非旁路容量越大控制效果越好。即便是100%容量的旁路也无法回收全部工质，还会由于旁路容量过大造成再热安全阀开启。而旁路减温阀温度测量滞后，会导致开启速度变慢，因此印尼电厂将高旁开度作为高旁减温回路的前馈量，使高旁减温阀开度可以随高旁开启而快速打开[4]。上海外高桥三厂加大了除氧器水箱的储水量，可以缓解FCB过程中旁路用水量增大的问题[5]。

2.2旁路系统控制技术关键

FCB发生后，旁路系统的控制应具备以下特点：

(1)高低压旁路减压阀应配有可靠的触发逻辑，在2-4秒内快速开启。高低压旁路快开的触发逻辑可以引入超速保护的逻辑进行触发。

(2)为保护再热器和凝汽器，高低压旁路减温减压阀需有如图1所示的连锁逻辑。

图1旁路阀门连锁逻辑

Fig.1thechainlogicofbypassvalve

(3)在高低旁开启时，为保证足够的减温喷水量，因而，凝结水到除氧器的总量也大幅度减少，由于除氧器储水量有限，一段时间后若不及时增加补水，则会影响给水泵出力。

(4)正常情况下，旁路系统处于滑压跟踪溢流模式，在FCB过程中当主再热蒸汽的压力逐渐稳定后，应将旁路系统切至压力控制方式。FCB过程中旁路系统投自动的触发信号应进行合理的设定。

3给水系统FCB技术研究

给水系统FCB过程应尽量达到三项要求：一是确保充足稳定的给水量；二是防止给水温度大幅降低；三是保证相关辅机设备稳定运行。

3.1给水控制技术分析

(1)高低压加热器控制

抽汽逆止阀关闭后，保留#2高加投入运行对给水加热[6]。通常加热器的危机疏水设计至凝汽器，会造成热量损失。部分机组设计了至除氧器的越级疏水，在实现热量回收的同时还能提高除氧器温度。

(2)除氧器控制

由于所有低压加热器的停运，进入除氧器的水温大幅下降，导致除氧器的用汽量急剧增加，因此汽源快速切换且投入定压控制方式，可以保证除氧器的加热和压力，有利于汽水循环的平衡[7]。在FCB发生时，防止除氧器压力降低可增加冷再至除氧器调门的前馈信号。FCB发生后，部分工质流失，旁路需要大量减温水，此时应及时对除氧器进行补水，保证水位稳定。

(3)给水泵控制

国内很多机组都采用两台汽泵和一台电泵的组合，并且汽泵汽源多为外切换。当FCB过程抽汽压力迅速跌落时，则需要快速切换汽源至高压汽源。只有低压汽源切断后才能投入高压汽源，切换时间较长会造成小汽轮机的短时间缺汽。又恰逢高压旁路阀门打开，给水泵又要负担高压旁路的喷水量，因此FCB过程中给水流量的需求是增大的。因此汽轮机的给水系统很容易出现不稳定现象[8]。

3.2给水技术控制关键

(1)FCB过程为保证给水量稳定，汽动给水泵的提前调节是关键。采用FCB信号直接触发给水汽轮机调门开启，或引入前馈信号来提前增大给水流量，都是保证给水稳定的良好策略。

（2）为保证给水温度的稳定，FCB过程有必要保留一路高加继续运行，此时除氧器也起到一定的加热作用。

（3）在FCB发生时增加各控制回路冷再热蒸汽调门开度的前馈信号，可以极大地改善汽源切换速度慢的问题。

（4）FCB初期为使除氧器稳定运行，启用备用凝结水泵并开大辅助蒸汽至除氧器的阀门开度可以快速稳定除氧器的压力、水位。

4结论

FCB带厂用电功能在危机时刻可以避免巨大的经济损失，是利于电网且利于电厂的双赢举措，本文分析了FCB过程火电机组重要系统的控制策略并总结出了相应的控制技术关键，最终目的是希望针对不同配置的机组实现一套明确的标准化流程，使它成为国内机组的必备功能。

参考文献

[1]邓彤天，王迪，周云龙.火电机组FCB关键控制技术综述[J].电站系统工程，2014，30(5)：69-72.

[2]冯伟忠.大机组实现快速甩负荷的现实性和技术分析[J].动力工程，2008，28(4)：532-547.

[3]霍军旗.汽轮机岛运行控制技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[4]王海涛.印尼INDRAMAYU电站330MW机组FCB控制功能的优化[J].热力发电，2012，41(11)：59~66.

[5]冯伟忠.1000MW超超临界机组FCB试验[J].中国电力，2008，41(10)：62~66.

[6]周世杰，徐同社，苏乾.‘[J].自动化博览，2013，(12):82~85.

[7]WeijianHuang，XiZhang，ZhenyunZhang.ResearchandStudyofFCBTestBasedonConventionalConfiguration[C].IEEEInternationalConferenceonElectronicsCommunicationsandControl，2011:4448~4450