黑启动.wps
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1、黑启动”升级版“FCB 功能”方案美国东部时间 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
2、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。FCB 系统及辅机设备配置FCB 功能是个系统工程,要实现其功能,必须从初步设计开始就将其定位。这个要求贯串机组各相关系统的设计和设备选型的整个过程,规范了其必须满足的基本条件以及对控制系统的逻辑要求。为了有利于 FCB 功能的实现,外高桥三电厂工程 1000MW 机组系统和重要辅机配置如下:1.1 100高压旁路配置国内大部分亚临界和超临界都选择 2535容量的旁路,主要用于机组启动,汽机冲转前将其关闭,也称启动旁路。这种机组难以实现 FCB 功能,原因是机组在 100甩负荷时,由于启动旁路容量只有 2
3、535,大量的多余蒸汽只能从安全门向空排放,工质无法达到全部回收,故无法继续维持锅炉运行。外高桥三厂1000MW 超超龄界机组采用欧洲技术,配置由德国 Bopp & Reuther公司设计供货提供的 100BMCR 的高压旁路系统,这种容量配置的旁路系统既能用于各种工况的启动,也能满足机组大幅度甩负荷和停机不停炉的运行方式,且由于高压旁路具有 100%BMCR 容量的快速泄压功能,无需再装设过热器安全阀。但在采购时仍需说明具备安全阀功能,因为具备安全阀功能的高压旁路阀配置是不同的,为达到安全阀功能,阀门配有专用压力保护装置,确保锅炉压力超限时快速开启,完全代替安全阀。具有安全门功能的高压旁路在
4、欧洲必须通过 TUV 安全认证。1.2 65低压旁路100调节型再热器安全门配置传统的低压旁路容量为 35左右,外高桥三厂 1000MW 超超龄界机组采用 65BMCR 容量的低压旁路100BMCR 容量的再热器安全门组合配置(由德国 Bopp & Reuther 公司设计供货)。原则上 50的低压旁路也可以实现 FCB 功能(如外高桥二期 900MW 超临界机组),但 65的低压旁路更有利于热力系统的工质平衡和凝汽器水位的稳定。因为当发生 100FCB 时,进入再热汽管道的蒸汽量约为 116(100主蒸汽16高旁减温水),其中 50从安全门排入大气,其余通过低旁排入凝汽器,一半以上的工质得到
5、回收。外高桥二期 900MW 机组在做 100FCB 试验时发现由于50的低旁容量偏小,FCB 发生后,由于超过 50的蒸汽从再热器安全门放掉,工质大量损失而未及时补充,凝汽器水位几乎到达危险值。1.3 汽源快速切换的汽动给水泵组汽动给水泵的汽源正常时来自汽机抽汽,当 FCB 发生时,为防止超速,汽机调门迅速关小,抽汽压力骤降,此时给水泵汽轮机的汽源必须快速切换才能维持给水泵转速,确保锅炉给水流量。通常的给水泵汽机为防止高低压汽源互相串汽,汽源大多采用外部切换,即先切断低压汽源,再投入高压汽源,造成短时间断汽,给水泵转速下降无法维持给水量。另外,大部分电厂还配有电动给水泵,但由于电动给水泵启动
6、时间较长,也无法满足给水量。且在满负荷发生 FCB 时,由于高压旁路需要大量减温水,给水泵出口实际流量大于 FCB 发生前的流量。外高桥三厂采用德国 ALSTOM 公司生产的具有内切换功能的100容量的专用小汽轮机。低压汽源(汽机第 5 级抽汽)和高压汽源(冷再蒸汽)分别经不同的调门引至与之参数匹配的调节级喷嘴组,两路汽源可以单独带至满负荷,也可同时运行,不存在切换问题。在 FCB 发生抽汽汽源失去时,冷再蒸汽调门快速开启维持转速,从而使给水泵转速控制平稳,给水流量波动较小。1.4 大容量除氧器鉴于外高桥二期 900MW 机组 5 分钟储水能力的除氧器在满负荷 FCB 试验时显现的明显水量不足
7、,外高桥三厂 1000MW 机组采用无头除氧器,且其正常水位至低低水位之间的贮水量大于锅炉最大连续蒸发量 (BMCR)时 6 分钟 的给水消耗量,完全满足100FCB 时锅炉的用水需求。不同于传统国内设计,外高桥三厂的除氧器设计了冷再加热汽源。当 FCB 汽机抽汽切断时切换至冷再汽源,确保了除氧器的加热和压力。同时也回收了一部分再热汽工质,减轻了低压旁路的负担,有利于汽水系统的循环平衡。1.5 始终运行的 7 号高压加热器外高桥三厂配置了 6 号、 7 号、 8 号三级单列高压加热器。 6 号和8 号高压加热器的汽源来自汽机抽汽, 7 号高压加热器来自冷再汽源,当 FCB 发生汽机关小调门时,
8、6 号和 8 号高压加热器的汽源被切断,但 7 号高压加热器仍可运行,且同样由于回收了一部分再热汽工质,也减轻了低压旁路的负担,而且由于 7 号高压加热器仍在运行,进入锅炉的给水温度不至于降得很低,大大减少了对锅炉的扰动。7 号高加除了逐级正常疏水以及至凝汽器的危急疏水,专门设计了至除氧器的越级疏水。因为在 FCB 时取至汽轮机抽汽 6 号和 8号高加汽源被切断,退出运行,使 7 号高加无法依靠正常逐级疏水维持运行,而疏水至凝汽器由于真空因素易产生虚假水位,且造成热量损失。1.6 凝泵和凝结水补水泵容量的选择为保护凝汽器不超温,FCB 时热再蒸汽通过低压旁路时需要大量的减温水流量,凝泵容量的设
9、计要考虑 100FCB 时低旁的减温水量。外高桥二期 900MW 机组凝泵容量略微偏小,在 100FCB 试验时,凝结水流量骤然增大,在自启动备用泵后流量仍然超过双泵上限流量保护值, 造成凝泵大流量跳闸。FCB 发生时由于再热器安全门的开启,部分蒸汽排入大气未得到回收,凝汽器水位会下降,故应考虑适当的凝结水补水泵容量以加大对凝汽器的补水量。2. 控制系统对 FCB 功能的实施2. 控制系统对 FCB 功能的实施FCB 的全称为 Fast Cut Back(快速甩负荷)。FCB 发生时,机组参数剧烈变化,除了设备选型配置合理,各系统之间的密切配合非常重要,这完全依靠控制系统的合理设计,充分考虑本
10、体设备的特点和系统的交叉影响,其目的都是维持机组的工质平衡和能量平衡,确保参数平稳变化不超限。以下简要说明外高桥三厂对各主要设备和系统的控制策略。2.1 高压旁路控制考虑到旁路与机组的密切关系以及调试时期对旁路控制要求修改的便利性,外高桥三厂 1000MW 机组旁路逻辑纳入 DCS 控制系统,极大地加强了旁路与锅炉、汽机间的联系,增加了逻辑修改的灵活性。 旁路控制大致分启动模式、溢流模式和压力控制模式。 FCB信号会触发高压旁路阀快开泄压数秒,然后切换至压力控制模式。2.2 低压旁路和调节型的再热器安全门控制FCB 后低压旁路进入压力控制模式,按给定的设定值运行。由于外高桥二期二位式的再热器安
11、全门易造成泄压过头不可控,外高桥三厂的再热器安全门采用调节型和全开型结合方式。如压力超过溢流压力设定值,则调节开启;如压力超过快开压力设定值,则快速开启。既照顾到压力小幅波动,也确保了压力急剧超限时快速安全开启功能。2.3 除氧器压力控制回路为了防止除氧器在失去抽汽的汽源后而压力大幅突降,甚至引起给水泵的汽蚀,冷再至除氧器的调压门需要接受 FCB 的前馈信号,快速提前动作。而对于没有设计冷再至除氧器这路管道的机组,也必须考虑类似的手段以防止除氧器压力突降。2.4 7 号高压加热器7 号高压加热器在机组发生 FCB 后维持一定的给水温度,其好处是不仅部分工质得到回收,疏水在排入除氧器后又实现了热
12、量回收,同时提高了除氧器的温度。因此确保 7 号高压加热器在 FCB后的正常运行非常重要,要谨防高旁快开、冷再压力迅速减低、引起 7 号高压加热器虚假水位而发生加热器跳闸的情况。2.5 凝结水泵对 1000MW 机组而言,满负荷 FCB 时低旁减温水流量超过1000T/h,对凝泵是个严峻的考验。在 FCB 发生时应触发备用凝泵提前开启,确保减温水量和至除氧器的凝结水流量。同时为了确保凝汽器水位在正常范围,也有必要改进自启动逻辑将凝结水补水泵提前开启。2.6 DEH 控制逻辑FCB 时 DEH 由压力控制回路或功率控制回路切到转速控制回路,其任务发电机负荷突降后确保汽机不超速,维持汽机 3000
13、 转运行,为处于孤岛运行的厂用电提供动力。2.7 协调控制系统FCB 时锅炉的任务是将热负荷快速降到 50,采取手段调节好煤水比,控制锅炉风量、炉膛压力在适当范围。比如由于旁路打开,锅炉主汽压力下降较快,为了防止直流锅炉在 FCB 后主蒸汽温度的大幅下降,需要在 FCB 时减小给水指令对燃料指令的滞后时间,比较快速地减小锅炉给水指令。此外,二次风量变化的速率也应明显小于煤量变化的速率。3. FCB 数据分析3. FCB 试验及机组正常运行中发生的 FCB 数据分析3.1 FCB 试验机组 FCB 试验前,必须先完成机组的 RB 试验和甩负荷试验,100%RB 试验的成功可以证明锅炉在大幅度快减
14、负荷后能够稳定运行,甩负荷试验成功则证明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。外高桥三厂 RB、甩负荷、FCB 试验情况如下:1)2008 年 3 月 12-13 日成功完成 1000MW 工况的磨煤机、 风机RB 试验2)2008 年 3 月 15-16 日成功完成 750MW 和 1000MW 工况的甩负荷试验3)2008 年 3 月 17 日成功完成 750MW 工况 FCB 试验4)2008 年 3 月 18 日进行了 1000MW 工况 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 1009MW 瞬间至带
15、厂用电的 34MW,汽机转速最高 3162 rpm,最低 2951 rpm,45 秒后稳定在 3000rpm,大约 7min 后,机组重新并网,试验非常成功。3.2 机组正常运行中发生的 100FCB 数据分析FCB 试验成功后即正式投用。08 年 4 月 8 日外高桥三厂 7 号机组在 1000MW 满负荷正常运行时,由于发电机转子接地误动作引起发电机跳闸,触发 FCB,首次验证了在正常运行中机组 100FCB的成功,FCB 功能在机组实际运行中也接受了考验,各主要参数运行都比较平稳。以下对机组 FCB 前后的各主要参数进行对比分析。(1)燃料、风量、炉膛负压参数FCB 发生时,锅炉指令、燃
16、料量指令、风量指令基本同 RB,炉膛风压变化也类似,本文不作详述。(2)主蒸汽和再热蒸汽参数FCB 发生后主蒸汽压力瞬间由 26.3Mpa 串高至 28Mpa,高旁快开 3 秒后泄压至 26.7Mpa,而后转入压力控制模式,压力趋于平稳。低旁调节开启进入压力控制,高旁和低旁的压力控制总体理想。调节型的再热器安全门#1 和#4 在 FCB 发生 16s 后开出,约 80s 后完全关闭,由于压力未继续上升,安全门#2 和#3 未开启。(3)给水流量变化FCB 后给水泵汽轮机汽源快速切换至冷再汽源,给水泵转速最低跌至 4006rpm(较前降低了 218rpm),9S 后恢复正常;高加出口给水流量从
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