大型机组搞FCB 都有哪些误区？

阐述了具备FCB功能机组有独特的安全性和经济性优势,指出了配置FCB必备的基本条件。分析了FCB功能在工程应用中常见的5类误区,提出机组配置FCB功能的原则,并进行了实例对比分析运用。

原文发表于：《仪器仪表用户》2018年第4期 作者：王 杰，王晓华 浙江浙能温州发电有限公司

原文标题：大容量汽轮发电机组FCB应用误区分析与对策

0 引言

汽轮发电机组FCB（Fast Cut Back）的功能作用是当机组运行中突发对电网的输出电功率中断，FCB可实现发变组解列后汽轮机和锅炉维持运行，发电机独立带厂用电系统稳定运行。待外部故障消除，电功率输出条件恢复后，机组迅速重新并网。如送出方式采用双母线接线的发变组，当所连接母线故障解列后依靠FCB功能实现“孤岛”运行，将输出回路倒排至另一母线即可重新并网，在此过程中汽轮机和锅炉避免了一次启停。机组的FCB功能对提高电网的稳定性和降低机组的运行成本有积极的作用。

到目前为止，国内火电机组只有小部分大容量机组实现了FCB功能，并成功完成100%负荷的FCB过程试验。其他国家的情况是：美国的火力发电机组不论电网事故还是电厂内部故障，应对措施基本上是直接停止机组运行而不考虑FCB功能，日本和德国出口型机组一般具备FCB功能并完成了FCB功能试验。另外，中国出口至中东和东南亚等国家的大型火电机组,由于这些国家的电网都比较小，抗干扰能力差，容易出现电网瓦解事故。因此，特别强调机组的FCB功能，在商业合同中都规定了必须完成FCB试验。

考虑到具备FCB功能机组的独特优势，越来越多的机组在设计阶段就规划配置FCB功能及必备的辅助系统。很多已投产机组也计划进行相应的改造以实现FCB功能。但是，FCB功能未能成为中国火电机组的标准设计和标准配置，在这些项目的实施过程中可能会陷入一些误区，达不到预期目的，甚至还存在安全隐患。

1 FCB功能基本条件

机组FCB过程中发电机、汽轮机、锅炉及其辅助系统都将经历极其复杂的、恶劣的突变工况的考验，FCB功能目的是维持锅炉燃烧、控制汽轮机转速和发电机电压稳定，核心是快速、准确地控制能量平衡、工质平衡。因此，实现FCB功能的机组必须有以下条件和关键技术：

1）高、低压旁路系统及主再热蒸汽管道安全阀可满足FCB过程中多余工质的排放，且高、低压旁路阀及喷水阀具备快速开启功能。

2）锅炉燃料快速切除及稳燃技术。FCB动作后必须快速切除多余的燃料，控制燃料量、风量及给水量与高、低压旁路系统稳定排放能力配备。

3）甩负荷后汽轮机转速控制。FCB动作后汽轮机转速会出现飞升过程，汽轮机DEH系统能在几十毫秒内快速关闭调门，将汽轮机转速控制在3300r/min以下并能快速达到稳定状。

4）汽动给水泵汽源能快速切换，满足锅炉给水流量和压力的需要，维持锅炉水动力的稳定，并确保各受热面不超温。

5）除氧器和凝汽器热井容积及快速补水控制，应能满足再热器安全阀向大气排放大量蒸汽的要求[1]。

2 FCB功能应用误区

具备FCB功能的机组的优势在于：一是发电厂与电网中断电力传输，机组维持带厂用电系统运行而不需要外部电源作为起动/备用电源，降低了对外部电源的依赖程度，机组的自愈能力强；二是减少了启停次数，机组维持带厂用电系统运行的生产成本远低于重新起动的成本，提高了机组经济性；三是当电网瓦解后，维持运行的机组就是电网系统黑启动的“火种”，承担区域的启动电源，提高电网恢复速度。鉴于FCB如此突出的优势，很多观点认为应大规模推广，甚至是大容量机组必备的功能。事实上是对FCB功能的片面理解，机组是否配置FCB功能应综合、统筹考虑，在工程应用中应避免陷入误区。

2.1 误区一：对机组在电网中的地位及作用定位不准确

近几十年来，电网规模也越来越大，结构越来越复杂。机组的并网、解列过程在很大程度上改变了潮流走向，其对系统稳定性有影响，特别是容量较大的机组。从电力系统运行可靠性的要求出发，正常运行时系统的静态稳定储备系数Kp要求为15%～20%。若系统故障，部分设备退出运行，为了尽量不间断对用户供电，允许Kp短时降低，但不应小于10%，并应尽快采取措施恢复系统正常运行。机组具备FCB功能可较快填补系统功率静态储备的不足，提升Kp值。定位机组在电网中的地位及作用，应在综合评估电网结构坚强度的情况下，准确评价机组容量对系统静态稳定储备影响。[汽机监督]

对电网而言，具备FCB功能机组另外一个重要作用是作为黑启动的电源。区域中的水电机组或小型火电机组，加上具备FCB功能大容量机组，使黑启动机组布点在容量维度和空间维度上有了更加灵活的选择度。但是，鉴于电网系统的复杂性、FCB功能的额外投资等因素，FCB机组的布点方案优化问题亟待解决。FCB功能对机组热力和电气设备要求很高，改造费用较高。此外相较常规机组，FCB机组的维护费、检修费等支出高得多。因此，确定FCB机组数量、地理位置及机组容量必须在追求尽量缩短黑启动时间的同时，兼顾改造机组FCB功能的总支出和经济收益。

2.2 误区二：对机组与主接线的适配性分析、论证不充分

电气主接线是根据建设规模、机组容量、运行灵活性、可靠性等方面综合考虑，经过详细分析比较后确定的。根据DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》相关规定，目前大容量机组较为常规的方案是：单机容量600MW机组采用3/2断路器接线、500kV出线、GIS配电装置；单机容量300MW机组采用双母线接线、220kV出线、AIS配电装置。

3/2断路器接线是一种没有多回路集结点、一个回路由2台断路器供电的双重连接的多环形接线，具有很高的可靠性和灵活性。其主要优点有：正常运行时，2组母线和全部断路器都投入运行，从而形成多环形供电，运行调度灵活；当任一台断路器故障或失灵时，只断开与其相邻的2个回路，不会导致全厂停电；任一台断路器检修时均不影响正常供电。3/2断路器接线适用规模为（2～6）回出线及2组主变压器，出线回路数太多时， 投资太大， 一般不采用。当3/2断路器接线出线较少且线路较长时，其输出通道的可靠性较低。

双母线接线方式的优点为：当单个母线发生故障时，可将故障母线的负荷转移到非故障母线当中，连接单元断电时间较短；母线检修前，可以通过倒排将负荷转移到运行母线，运行方式调整较灵活；当连接单元的断路器失灵时，还可以用母联断路器临时代替。双母线的接线方式每一单母线为回路集结点，可靠性较3/2断路器接线差，适用于出线较多的情况。

主接线的形式、出线数量等直接影响了机组有效电功率送出的可靠性，高压启动备用变压器的电源来源直接关系厂用电系统可靠性和机组是否具备再次启动的能力。关于主接线的可靠性模型和研究方法非常多，计算方法还不统一，且缺乏符合中国实际情况的元件可靠性指标和可操作的可靠性判据。目前，可靠性的评估一般以定性分析为主。

2.3 误区三：对具备FCB功能机组的经济性分析较片面

具备FCB功能的机组对锅炉、汽轮机及辅助系统的可靠性、安全性要求较高，较无FCB功能的机组工程造价增加较大，如进行改造费用也较大。根据初步测算，有技术人员初步测算过，660MW超超临界机组在机组全寿命周期内发生（5～8）次电网事故即可收回次投资成本。实则应考虑FCB过程的成功率。是不是FCB试验成功了即可一定能实现FCB过程，对于FCB试验而言，目前尚无明确的国际标准和国内标准可以遵循和借鉴，所以试验方案和结果评估存在一定分歧。FCB试验的目的是考核在电网突发事故的情况下，机组能否快速甩负荷并转入孤岛运行。由于这种突发事故通常不会有任何先兆，所以FCB试验时机组应处于全真运行工况，试验前不应对机组运行工况或控制系统采取任何临时性干预措施，在试验时唯一的操作就是将电气主开关拉闸。但对试验过程中是否允许人为干预，业界内有较大争议。根据相关的文献，目前国内及出口机组完成FCB试验的有20多台，详见表1，只有3个电厂的机组实际动作经历，15次触发过程有8次成功，成功率仅为53%。

表1 FCB功能机组统计

Table 1 Statistics of FCB functional units