斯坦纳瑞项目FCB工况下DEH控制系统的改进

周海

摘 要

火电厂快速减负荷（fast cutback，FCB）功能是大型机组不可缺少的重要安全保障，通过对波黑斯坦纳瑞300MW燃煤机组FCB功能控制要求的分析，对DEH控制系统的改进。

【关键词】300MW FCB DEH 改进

1 引言

波黑斯坦纳瑞电站地处波黑北部，为东方电气在欧洲的第一个火电项目，该电站为波黑及相邻欧洲国家供电，为保证波黑地区电网及电厂运行安全，发电机组需要具备孤岛运行的FCB功能（Fast Cut Back）。

斯坦纳瑞电厂机组为1×300MW亚临界燃煤机组，汽轮机为东方汽轮机有限公司生产的N300-16.7/538/538。东方汽轮机有限公司在引进和广泛吸收国、内外先进技术的基础上，生产出新一代与300MW等级汽轮机配套的全电调型DEH控制系统。控制系统硬件采用ABB公司最新开发的具有世界先进水平的S+系统。

2 DEH在FCB运行中存在的问题

（1）由于企业内部电网与外部电网解列可能性十分复杂，无法给出准确的与外网解列信号，很多情况下只能通过事发后电能质量参数以及汽轮机运行参数得知，往往因为处理不及时造成机组超速或低周波跳闸。

（2）在与外网解列瞬间，为能快速控制机组转速，常规控制系统需要人工调整负荷设定值。由于人工调整慢、随机性较大，不能快速控制负荷及时稳定运行工况。

（3）超速控制策略设置不合理。当机组发生甩负荷时，不仅要保证机组转速不能超过安全规定值，还需尽快稳定运行工况，保证厂用电供给。

3 DEH控制系统的改进

3.1 DEH电网解列信号选择

波黑斯坦纳瑞电站只有一个高压出口开关，故直接选择高压出口开关的辅助接点送给DEH和DCS作为电网并网解列信号。

3.2 DEH防止超速回路

机组正常运行时，突然瞬间全甩外部电网负荷或者发电机解列，机组会出现转速飞升。为防止超速，DEH瞬间触发OPC动作。由于FCB动作也是靠并网开关判断，所以DEH使用的是和甩负荷相同的0PC动作回路。

OPC超速保护回路具体逻辑如下：当机组负荷大于45Mw时，FCB或脱网信号触发OPC动作1.5秒，等转速降到允许值3060r/min时OPC动作结束。并且DEH的TP800卡件本身具备OPC保护功能。

3.3 FCB时DEH转速控制回路

在FCB时，汽轮发电机立即转为转速控制方式，确保整个过渡过程的转速变化在允许范围内，并在过渡过程结束后维持转速稳定，这对汽机的转速控制提出了较高要求。励磁调节系统要保证发电机电压。

甩负荷时，发电机的磁力突然接近零或到零，汽机高中压缸的调节汽门快速关闭，由于调门的关闭速度小于发电机甩负荷，汽机的转速会出现飞升。其飞升幅度取决于机组当时出力，出力越大飞升幅度越大。其飞升幅度还取决于调门快关时间，快关时间越长上升幅度越大，另外还取决于调门关闭的严密性和汽輪发电机的转动惯量。由于带厂用电的FCB比3000RPM空载时发电机甩负荷量小些，所以汽机转速飞升幅度也小。在汽机转速回降时，调门重新开启应及时，避免出现汽机转速过低，一般汽机转速在一分钟左右能达到稳定。

如果汽机转速飞升过大，汽机会因超速而跳闸，过低的转速不能维持所带辅机的正常运行，带厂用电的FCB失败，辅机可以快切到其他电源继续运行，汽机过渡到空载3000RPM的运行方式。

3.4 DEH系统优化

为保证甩负荷过程中，汽轮机转速调节品质符合要求，该项目转速PID控制器采用比较强的PI参数控制回路。该工程使用ABB最新的S+系统，其中BTC控制器的扫描周期为100ms，转速PID的参数设置为：Gain=0.35，P=0.2，I=6，伺服卡使用的是ABB最新的VPM810卡件，卡件设置PI参数为：KP=20，KI=80。

为保证机组转速飞升不要过大，需要控制调门的快速关闭时间。斯坦纳瑞电厂DEH控制调门快速关闭时间的方案如下：

继电器硬回路直接控制油动机的快关电磁阀直接带电排油。继电器硬回路包括软件OPC动作（控制器）、TP800 OPC动作、TP800 PLU动作。ABB专用TP800卡件.TP800是具有微处理器的智能模件，能够独立与控制器工作，保护响应时间小于8ms，通过SIL3安全保护认证.能够提供多种保护功能（103%OPC，超速停机，预估停机，解列甩负荷保护，3种功率负载不平衡保护（RSPLU，EVA，CIV）。

实测阀门关闭时间如表1。

由于FCB工况时，机组蒸汽参数较高，为了更好的控制转速，特将DEH的阀门流量曲线进行了优化。

该工程的中调门流量指令=总流量指令×3。优化的中调门流量曲线如图1。

优化的高调门（单阀模式）流量曲线如图2。

4 FCB试验及FCB数据分析

4.1 FCB试验

机组FCB试验前，先完成了机组的甩负荷试验，试验的成功可以证明锅炉在大幅度快减负荷后能够稳定运行，汽机的调速系统能够在瞬间失去负荷的极端工况下保证汽轮发电机不超速，能够维持3000rpm的转速。斯坦纳瑞电厂甩负荷、FCB试验情况如下：

（1）2016年2月28日成功完成150MW和300MW工况的甩试验

（2）2016年2月29日成功完成300MW工况的FCB试验，在没有任何事先人工干预的情况下机组负荷由试验前的298MW瞬间至带厂用电的27MW，汽机转速最高3124rpm，最低2973rpm，10秒后稳定在3000rpm，大约14min后，机组重新并网，试验非常成功。

4.2 100%FCB数据分析

此次FCB试验的可以看出DEH的响应速度，及转速控制能力都满足要求。

5 结束语

FCB能使电网大事故时保存部分电源点、还可能保存一块区域电网，为电网的恢复奠定了基础。FCB能在出线、汽机、发电机故障消除后很快重新并网供电，减少了机组的电量损失、节约了锅炉重新启动的成本，减少了锅炉跳闸造成的寿命消耗。由于机组FCB的技术难度较大，其动作的成功率较低，而且使用不当可能损坏机组设备。所以需要投入力量对有可能实现FCB的机组进行研究、改进和试验，使FCB功能可靠投运。

本文旨在通过对波黑斯坦纳瑞电厂实例，阐述机组FCB的意义，对DEH功能进行优化。

参考文献

[1]孔繁林.FCB工况下汽机DEH控制系统的改进[J].青海电力，2015（09）.

[2]冯伟忠.大机组实现快速甩负荷的现实性及技术分析[J].动力工程，2008（04）.

[3]倪安华.大型火电机组FCB功能的探讨[J].安徽电力，1995（02）.