局域网运行中 FCB功能对机组系统的要求及对寿命的影响

门希华

（宁夏天元锰业集团有限公司，宁夏 中卫 755100）

1 引言

某公司智能局域网设计要求新建 2×350MW 超临界间冷机组必须具备 FCB 功能，即机组具有带厂用电运行的能力，项目概况及网架结构如图1所示。由于用户侧或线路出现故障而机组本身运行正常的情况下，主变出口开关跳闸，不联跳汽机和锅炉，发电机带机组厂用电运行，汽机转速保持在 3000r/min，锅炉快速减少燃料量，高低压串联旁路快速开启，实现机组仅带厂用电的“孤岛”运行方式。在外部故障排除后迅速再次带负荷，极大地缩短了再次带负荷的时间，减少了机组的启动次数。而且，即便是外部故障短时间无法排除，机组也能更安全地进行停机操作。

图1 项目概况及网架结构

2 为实现本工程项目机组 FCB功能，机组各系统需解决的问题及采取的措施

2.1 锅炉专业

锅炉专业需解决的问题及采取的措施包括：（1）根据汽机侧变更后的旁路容量（高旁容量为 70%，低压旁路容量为65%），核实对锅炉受热面的影响及采取的措施，并核实过热器 PCV 阀的总排放量≥30%BMCR（锅炉最大连续蒸发量）容量。措施：经锅炉厂设计核算从汽机旁路出来的蒸汽参数满足锅炉厂再热器入口的设计压力和设计温度要求，保证锅炉安全。在过热器出口增加 PCV 阀 （增加的 PCV 阀总排量定为20%BMCR 容量），整个过热器出口 PCV 阀的总排放量达到30%BMCR 容量满足要求。（2）锅炉再热器安全阀容量必须按照 100%BMCR 容量设计，再热器安全阀为可调式安全阀（再热器安全阀 FCB时设置逐级起跳，避免工质大量损失）。措施：目前锅炉厂已供货的安全阀为弹簧式安全阀，已无法变更。已要求锅炉厂在再热器出口增加 PCV 阀（PCV 阀总排量定为约 10%BMCR 容量），而且再热器 PCV 阀可设置成逐级起跳[1]。

2.2 汽轮机专业

本工程汽轮发电机组仪控设备现阶段配置是否满足完成FCB 功能？（要求：汽轮机液压系统宜采用动作灵敏的方案，多指调门尽量采用独立油动机控制，以避免调门重叠度影响调节性能。油动机在最大进油的条件下从全开到全关所需要的油动机时间常数小于 150ms，即 OPC 动作后主气门动作时间）。在伺服阀指令控制下全关和全开的时间小于 500ms。在OPC 电磁阀断电后，OPC 油压恢复时间小于 400ms。油泵和蓄能器容量应具有较大的裕量，液压系统动作对油压的影响不大于 5%。应配置双支 LVDT（线性位移传感器）。为了响应电网的快速变负荷要求，孤网运行的机网协调系统在每台发电机组配置了快速调频装置，要求汽轮机伺服阀和 OPC 电磁阀直接接受快速调频装置的指令。在并网之前，DEH 通过快速调频装置控制汽轮机调门。在并网之后，由快速调频装置根据电网控制的要求直接控制汽轮机调门和快关电磁阀。要求 DEH 系统通过硬接线与机网协调系统交换信号。要求 DEH 保留 15个模拟量输入信号，并分散在3块卡件中；保留9个模拟量输出信号，并分散在3块卡件中；保留6个开关量输入信号；保留13个开关量输出信号。

措施：本工程汽轮机调节系统油动机反馈装置选用磁致伸缩式 LVDT，可靠性很高，不需要配置双支 LVDT；本机组为新技术新工艺机型无 OPC 功能，每个油动机2个快关电磁阀，可以实现阀门的快关功能。快关后能够迅速打开阀门，具体时间满足要求；关于新增 IO 信号，在设计阶段已经增加满足要求。

2.3 发电机专业

发电机专业需要解决的问题和措施为：

1）发电机及其励磁系统应能够按照 0.85 的功率因数，在输出额定有功和无功功率的情况下长期稳定运行。其励磁应选用高性能的产品，以满足电网无功调节的要求。励磁系统应具有外部通信接口，以利用电网运行方式的分析和调整。

措施：本机组设计选型以及技术参数可以满足要求（外部通信接口为 MODBUS）。

2）发电机励磁系统必须具有增减磁信号粘连防错功能。

措施：本机组设计选型可以满足要求。

3）要求发电机组配供辅机设备具备低电压穿越能力。当发电机出口电压跌到 70%以下时，是否能维持并网运行 1.5s。

措施：本机组发电机出口电压跌到 70%以下时，励磁系统仍然能保证2倍励磁电流。辅机设备具备低电压穿越能力。

2.4 凝汽器专业

需核实高低压旁路容量发生（高旁容量改为 70%，低压旁路容量为 65%）变化且机组 FCB时，凝汽器三级减温减压器、凝汽器面积、尺寸是否发生变化。

措施：根据目前边界条件，经设计核实凝汽器三级减温减压装置、凝汽器面积尺寸不发生变化。

3 FCB对汽轮机寿命的影响

FCB 对汽轮机寿命的影响主要包括：

1）机组从满负荷突然降到辅助负荷（5%～10%），第一级温度瞬时下降大约 139℃;

2）过热器出口温度适应新的燃烧率，主汽温度降低，导致第一级温度在大约 15min 内进一步下降 111℃；

3） 第一级温度下降造成在最初瞬间后大约 10～15min 产生应力峰值，大约 1h 后应力慢慢降到零。如果保持辅助负荷1h 或更长时间，转子被迫冷却到一个新的平衡状态。为避免出现反方向的较大应力，随后的重新加负荷应按较慢的升负荷率进行。

对于本工程，汽轮机转子额定转速为 3000r/min，由满负荷突降到辅助负荷引起的应力峰值经 100～400 次完全的应力循环后，可造成转子出现初始裂纹，因而这种大小的单次循环将占转子正常负荷变化总疲劳寿命的大约 0.25%～1%，但是除非多次出现这种瞬态情况，这种寿命减少不算大。为使转子疲劳损伤积累为最小，通常建议机组运行甩负荷带厂用电的时间小于 5～10min，以在产生应力峰值之前恢复到原来的运行状态，建议仅在电力系统工况绝对必要时才在失去负荷后带辅助负荷运行。