陕西北元化工集团股份有限公司热电分公司
摘要：快速甩负荷功能的实现能够为电力系统稳定运行和故障恢复检修提供重要安全保障，加快火电机组的恢复速度。为此，文章在阐述火电机组快速甩负荷技术和快速甩负荷机组调节情况的基础上，接招了某火电机组自动模式快速甩负荷试验过程，验证在火电机组配置低容量旁路火电机组实现快速甩负荷的可行性，通过试验结果探究出影响火电机组快速甩负荷功能的因素，并就该机组实现快速甩负荷存在的问题做出进一步的分析。
关键词：火电机组；快速甩负荷；功能实现
从近几年我国发生的多起大停电事故情况来看，不管国家经济发展如何，都不可避免的存在发生大面积停电的可能性。为此，怎样在事故发生之后快速恢复用电、减少损失成为电网相关人员需要思考和解决的问题。其中，黑启动电源对黑启动和电网恢复有着十分重要的作用，为此需要合理选择黑启动电源，实现机组快速并网供电，从而在最大限度上缩短电网恢复时间，减少损失。
一、火电机组快速甩负荷技术
在电网出现严重故障的时候会导致火电机组主开关发生跳闸，机组和电网出现解裂。在电网出现故障的时候如果将火电机组切除，火电机组一般会进入到以下三种状态：第一，机组停机停炉。机组停机停炉主要是指锅炉内部的主要燃料发生跳闸。在这种情况出现之后，锅炉和汽机会出现停止工作的现象，励磁系统和调速系统会被关闭。第二，机组停机不停炉。在出现这种情况的时候汽轮机组、发电机组会停止运行，锅炉维持在最低负荷状态下运行。第三，机组不停机不停炉。在出现这种情况的时候 发电机和汽机都能够维持在基本运行状态，火电机组会被维持在用电孤岛运行阶段。
二、火电机组快速甩负荷工况发生和机组调节情况
（一）汽机控制
火电机组快速甩负荷工况发生之后，汽轮机的运作会转变为转速控制方式，这个时候需要要求过渡过程的转动速度变化被控制在允许的范围内。在发电机大幅度甩负荷的情况下，汽机的转动速度会出现不同程度的上升，这个时候会触发到超速保护控制单元动作，转速目标数值下降。
（二）旁路控制
在一般情况下，大容量机组的整个热力循环如图一所示，机组在正常运行的时候，锅炉燃烧内部产生的高温高压蒸汽会进入到高压缸做功，排气相应的进入到再热器中升温，之后进入系统中进行低压缸做功。汽机会将蒸汽的热能转变为机械能，并由发电机将转换成功的电能提供给电网。
图一：机组热力循环示意图
三、某火电机组快速甩负荷试验分析
（一）机组情况
某火电机组主机设备采用的是300MW级亚临界机组，锅炉为自然循环，一次中间再热，具体参数信息如下：蒸发量每小时1200吨；过热蒸汽温度和压力分别为541摄氏度和17.5Mpa；再热蒸汽温度和压力分别为541摄氏度和3.9Mpa；发电机是无刷励磁型的发电机，额定容量为412MVA。
（二）火电机组快速甩负荷试验
1、试验过程
在2017年6月22日11：23，以手动的方式拉掉1号机组的主要开关，快速甩负荷产生，（如图二A点所示）在10s范围内，机组负荷会在瞬间从352.1MW调节到13.4MW带厂用电运行，汽轮机的各个调节阀门会快速关闭，PCVC联开。汽轮机组转速在2.1s内达到每分钟3123r，转速下降之后超速控制逻辑复位中调节阀开启到预设的开度，第二次引发OPC动作。快速甩负荷信号产生之后，高低压旁路会快速打开参与压力调节，高排通风阀快速联锁打开，各个阶段抽汽逆止门联锁关闭，两台汽泵并列运行。
伴随再热汽冷端压力的降低，IV的开度不断增大，GV开启和IV共同控制转动速度，且在IV关闭之后转速快速下降到图二中的E点位置上，随后上升到图二中的F点位置上，后来经过六分钟实现成功并网。
图二：汽轮机转速曲线
2、试验成功的关键问题
第一，汽轮机数字电液转速控制。对于公司的技术机组，火电快速甩负荷机组的控制逻辑和OPC逻辑基本相同，在机组负荷超过30%的时候发电机主开关会突然断开，同时直接触发OPC，关闭所有高中压调节阀，这个时候转速可能还没有达到103%的动作转速，被称作是负荷预测功能。LDA位置在发出请求之后，OPC系统通过控制油压能够在快速的时间内关闭调节阀，避免因为转速扩大引起的危急遮断系统。第二，再热蒸汽冷端压力小于0.828MPa的问题。高压缸进汽要求再热蒸汽冷端压力低于0.828MPa。高压缸排气温度超过427摄氏度的时候，高压缸调节级后的压力和高排压力的比值要比1.7s小。为此，在火电快速甩负荷机组结束准备并网的时候要降低再热蒸汽冷端压力，使这个压力低于0.828MPa。第三，高压缸排气温度的控制。为了确保火电快速甩负荷机组的有效应用需要采取有效的措施避免高压缸排气温度快速上升。在机组甩荷之后，中压缸进汽控制转速，高压调解阀门在完全关闭少量漏气之后会进入到高压缸中，最末端叶片摩擦产生的热量无法及时消散，由此导致高压缸排气温度过高。针对这个问题，在最开始设计火电快速甩负荷机组的时候需要在排气管道上安装高排通风阀，并尽可能增大通风阀的通径。经过试验操作证明，甩负荷后到并网之前，通过快速打开高排通风阀能够有效降低高压缸排气温度。第四，强化对锅炉燃烧的控制。火电快速甩负荷机组实现的重要条件是降低锅炉负荷，从实践操作情况来看，通过快速减少燃料能够在最大限度上降低锅炉负荷，伴随而来的是主汽压力的快速提升。第五，运行操作经验。火电快速甩负荷机组功能的成功需要主系统、辅系统的多方参与，并由相关人员结合实际情况来调整重要运行参数。为此，在火电快速甩负荷机组动作之后，运行人员要能够快速、准确地对机组运行状态做出综合评估，结合评估结果进行相应的操作。但是从实际运行情况来看，因为一些突发性问题，火电快速甩负荷机组运行会出现一些故障问题。为此，对于拥有仿真培训系统的电厂，需要其充分利用自身条件，通过仿真培训来强化运行人员的火电快速甩负荷机组运行操作经验。
结束语
综上所述，火电快速甩负荷机组功能的实现和有效利用能够在一定程度上减少电网大面积停电之后黑启动、快速恢复用电的损失。但是从近几年 火电快速甩负荷机组应用管理发展实际情况来看，我国和国外先进国家相比仍然存在较大的差距，特别是需要在管理服务政策和技术规范等方面进一步强化建设，为火电快速甩负荷机组试验操作提供充足理论支持，实现电网安全发展。
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论文作者:谢常永
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
标签：机组论文; 火电论文; 负荷论文; 快速论文; 转速论文; 高压论文; 电网论文; 《防护工程》2018年第34期论文;