智慧電廠干貨 | 火電燃煤機組問答FCB（1/3）

2003年8月14日美國和加拿大東部的大停電為全世界電力系統的安全敲響了警鐘，這次造成慘重經濟損失的停電事故暴露出美國電網和發電廠在系統、結構、設備安全性能方面的種種隱患。美國電力行業認為自己電網的容量足夠大，有充裕的機組后備容量，過高估計了電網系統的穩定性。就火力發電廠而言，在機組遭受事故時，不論這些事故源于電網或來自電廠內部，美國電力部門設計的應對措施基本上是直接停止機組運行，這次“美加大停電”未能在短時間內恢復運行反映出發電廠保護控制功能的缺失將對電網事故帶來嚴重后果。自1980年代我國有多家發電主機設備制造廠引進了美國大型火電機組的制造技術，安全控制方面存在的薄弱環節同樣體現在我們制造的設備上，應當引起國內電力行業的關注。

1 、 FCB是什么？

FastCutBacke,英譯中有多種表述，有采用直譯，“快速切回”，有采用意譯，“快速減負荷”。但說實話，能真實反映原意的應該是：鍋爐快速減出力（FCB）。就如同英文的Trip，翻譯成“跳閘”電廠里的人都明白，如果望文生義，翻譯成“旅行”，就離題萬里了。所以專業英文的確切含義，有時候還真是個技術活兒。

無論從邏輯功能、主要控制作用還是最終結果，FCB控制的對象主要是鍋爐。引發FCB動作的誘因是運行中的汽輪發電機組出口開關因故突然斷開，或是汽輪機或是發電機跳閘，而鍋爐側仍在正常運行狀態。再換一種說法，就是汽輪發電機組因故障，可能是外部電網、本機的電氣或汽機系統出現異?；蛉藶檎`操作，瞬間甩掉全部發電負荷，同一時刻鍋爐燃燒仍然維持著原有出力，鍋爐產生的強大蒸汽量和發電機對外供電的零負荷嚴重不平衡，如果不及時采取應對之策，后果就是運行參數超差引發機組全停。這種故障停機即為“非計劃停機”，不安全等級歸于“事故”，就電廠利益而言，發生“非計劃停機”意味著什么，大家心知肚明，攸關電廠全體員工的切身利益。誰能及時抑制這種異常工況帶來的后果呢？FCB呀，對，就是FCB。FCB即刻動作，能快速、安全地急降鍋爐出力，實現機組正常運行自帶廠用電或停機不停爐，從而避免機組的“非計劃停機”。

因此定義的FCB是指，機組在高于鍋爐最低穩燃負荷工況下正常運行時，因汽輪發電機組（內部）或電網（外部）突發故障造成發電機與電網解列，甩掉全部對外供電實發功率，但鍋爐尚未發生MFT（Master Fuel Trip－主燃料跳閘）的瞬間，用以快速減少鍋爐出力維持“發電機解列帶廠用電”或“停機不停爐”運行方式且過程中能確保熱力參數不超過保護動作值的超馳控制功能。

2 、 FCB的好處是什么？

功在電網、利在電廠。

(1)功在電網 在電網出現大面積停電事故時，發電廠利用FCB功能“保廠用電” 維持“孤島運行” ，有助于電網在最短的時間內恢復正常供電，其社會效益無法用簡單的數字來估量。例如，廣東某電廠，裝機容量700MW×2，設計有FCB功能：

1）2001年5月11日3：48時，因雷擊輸電線路，機組650MW負荷與電網解列，FCB功能將1號機組成功地轉為“發電機解列帶廠用電”方式，自帶負荷19MW，7：03時機組重新并網，孤島運行時間長達195分鐘。電網故障解除后，機組即刻帶負荷，電網很快恢復供電。

2）2004年5月29日，電網因外部輸電線路故障，2號機組發電機630MW負荷，與電網解列，機組成功實現“發電機解列帶廠用電”方式，運行時間65分鐘，自帶廠用電1.89MW。電網恢復正常，機組隨即對外供電。

FCB對電網運行安全的支持與擔當的社會責任，功不可沒。

(2)利在電廠

1）有利于提高機組運行安全水平 FCB能夠在控制機組脫離瀕臨全停的過程中保證熱力參數不超過 安全定值，維持預定的系統運行，給電廠帶來更多的安全。

2）有利于降低運行成本 在事故性質方面，與MFT相比FCB的觸發條件屬于“存在處理機會的故障”?！巴C不停爐”或“發電機解列帶廠用電”都維持著較高的運行參數，事故原因一經確認、消除，機組在熱態下重新啟動升負荷可節省大量時間和能耗，對降低運行成本十分有益。例如，同樣在前面提到的電廠：

①2001年8月，因1號機組汽機順控（TSCS）系統CPU故障，1號汽輪機和發電機跳閘，FCB成功地實現了“停機不停爐”。

②2002年5月，因2號機組分布式計算機控制系統（DCS）網絡故障，2號汽輪機和發電機跳閘，FCB成功地實現了“停機不停爐”。

3）有利于延長機組壽命 熱力機械壽命計算基本上是以金屬應力變化幅度和次數作為依據，應力是溫度的函數，鍋爐極端的變工況應該是滿負荷時突然發生MFT，溫度變化的幅度最大。如果不設計FCB功能，那么發生FCB的條件毫無疑問會引起鍋爐MFT，金屬應力變化幅度和次數肯定增加，有損設備性能。而成功的FCB，鍋爐（或機組）熱力參數運行在設計允許范圍內，比之MFT降低了設備損耗，等同于延長了使用壽命。

4）有利于超臨界和超超臨界機組的節能 直流鍋爐工質水要求極高，如超臨界600MW機組鍋爐的鐵離子含量＜25μg／L，超超臨界1000MW機組鍋爐的鐵離子含量則＜10μg／L，銅離子含量＜2μg／L。機組因故停機，時間稍長爐水鐵離子很有可能超標，再重新啟動就要進行鍋爐沖洗，其經濟成本尤其是爐水的損耗、電耗、燃料消耗將大幅提高。成功的FCB在提高超超臨界機組安全性能的同時，對經濟運行也有重要貢獻。

5）有利于防止超臨界直流爐爆管 特別需要指出的是：從以往投產的超臨界或超超臨界直流爐爆管的教訓總結來看，鍋爐過熱器管材氧化皮堵塞是造成爆管的重要原因，而啟、停爐的次數與爐管氧化程度成正相分布，FCB功能則能最大限度的降低鍋爐非計劃停運，對防止鍋爐爆管有良好效果。

3 、 FCB的控制邏輯復雜嗎？

圖1 FCB邏輯原理圖

要說復雜也不復雜，說不復雜還真的不簡單，這要分兩方面來講。FCB的主控邏輯和觸發信號并不復雜，參閱圖1，只有兩種：

(1)機組負荷高于35％ECR，汽輪機因故障跳閘，但鍋爐沒有MFT，停機不停爐。因機組內部原因引發汽機跳閘而觸發FCB動作。

(2)機組負荷高于35％ECR，發電機因故障解列，但汽輪機轉速仍高于2950rpm，且鍋爐沒有MFT，發電機解列帶廠用電。因電網故障造成發電機解列觸發FCB。

但從FCB主控邏輯發出的指令，就不是一般的復雜了，可謂氣勢恢宏、百舸爭流。輸出邏輯采用多線程超馳控制，一條FCB動作指令，一時間并行發出160多條信號，開啟回路與參數容錯機制,驅動機組BMS、MCS、DEH、MEH、CCS、BPC等熱工控制系統和PCV閥。

FCB秒變工況聚焦

釜底抽薪，速減出力急降壓，

遞減制粉，雙磨維系爐火熾。

PCV迎峰起跳阻升勢，主汽排放正當時。

BPC快開，機、爐分離，

旁路貫通，過熱、再熱、復水成一體。

透平轉速欲竄起，

GV、ICV點剎， OPC立斷當機。

小汽機轉汽源，爐給水不間斷。

DEH轉OA， CCS爐跟隨。

非常工況非常手段，

給水沖量三變一，

燃燒、汽水SCS總動員，

MCS禁手動，AUTO強權，

定值改、限值變，偏差容錯報警放寬。

詳情會在后續文中一一道來。

4 、 FCB的難點是什么？

(1)運行工況嚴酷，成功的可能僅存瞬息

由于突發故障，機組立即失去全部負荷，FCB是在機組懸于全停邊緣的瞬間進行快速控制，控制系統的反應一定要足夠快速，3秒鐘定成敗。機、爐、電所有自動控制系統都要在極短時間內對方式切換、過程調節作出準確的協調反應，控制系統的反應必須要足夠精準，10秒鐘見好壞。

(2)運行參數趨近紅線，事故邊緣保運行保安全

機組大范圍甩負荷，各種參數變化幅度加大，在確保設備安全的前提下盡最大的可能維持機組運行，需要建立“安全容錯”機制。

(3)鍋爐過熱蒸汽壓力飛升

機組突然大幅度甩負荷，能量失衡，尤其高于75％額定負荷時，如果處置不當，鍋爐蓄熱和汽水潛熱會使過熱蒸汽壓力飛升而引發鍋爐MFT。

(4)鍋爐汽包水位波動

汽包壓力變化誘發的虛假水位和蒸汽流量信號的劇烈變化會引起三沖量水位調節的大幅波動。

(5)鍋爐燃燒強度突變

鍋爐燃燒強度變化最大可達60％，銳減燃燒率可以抑制壓力上升，但也可能引起燃燒劣化、爐膛滅火；緩減燃燒率爐膛火焰穩定，但又可能造成鍋爐超壓，燃燒率的變化要在鍋爐穩壓與爐膛穩燃之間取得平衡。

(6)汽輪機可能超速

發電機甩負荷的瞬間，鍋爐仍然在正常運行壓力，如不快速控制汽輪機轉速馬上會急速上升而超速跳閘。

5 、 FCB成功的標準是什么？

(1)鍋爐、汽機不超溫，不超壓；

(2)汽機不超速；

(3)機、爐安全運行帶廠用電。

(4)發電機跳閘，電氣系統自動轉換廠用電。

6 、 FCB的基礎條件是什么？

(1)鍋爐應具有較好的燃燒特性；

(2)汽輪機應具有低負荷運行性能；

(3)電氣系統切換廠用電快速可靠；

(4)容量合適的汽機旁路和鍋爐PCV閥；

(5)符合要求的熱工自動和超馳控制水平。

（未完待續）