西门子F级联合循环机组国产化率提高后满负荷FCB 试验介绍

西门子F级联合循环机组国产化率提高后满负荷FCB 试验介绍

摘要：在电网出现突发性故障时,并网机组具备快速甩负荷(FCB)功能，可快速减负荷并迅速转为带厂用电作孤岛运行,随时可恢复对外送电,大大缩短电网恢复时间。简介了机组的配置，以及具备实现FCB功能的有利条件。同时还分析机组在国产化进程中出现的典型问题及解决方案，以及全真实运行工况100%负荷的FCB试验成功的情况。
关键词：蒸汽联合循环、国产化、FCB
引言
近年来，国际以及国内电力系统都加强了对电力系统可靠性的关注，强化应对大停电的各种措施。除加强电网建设外，发电机组的 FCB 功能的实现已引起国内电力系统越来越高的重视。事实上，电网内若有部分机组在电网故障时能快速减负荷并能自动维持转速并带厂用电作“孤岛运行”(FCB)，就能使其成为电网的“星星之火”而迅速“激活”网内其它机组并恢复对用户的供电。这对提高电网的安全性有着极其重要的作用。因此大机组FCB功能对于电网特殊事故处理和电网黑启动都具有十分重要的意义。
FCB的功能和作用
FCB（FAST CUT BACK），是指发电机组在电网或线路出现故障而机组本身运行正常的情况下，发变组出线开关（UCB）跳闸，不联跳发电机出口开关（GCB），发电机带机组的厂用电运行，实现机组仅带厂用电的“孤岛运行”。如果FCB成功，电网侧故障消除后，机组能很快通过UCB并网向系统供电，增强电网的可靠性，而且当电网大停电故障时，这些机组能快速有效地恢复局部电网供电。另外在特殊情况下，电网通过合理设置运行方式，使用FCB功能可能实现小区域电网的孤岛运行。
外高桥二期900MW超临界和三期1000MW超超临界火电机组在全真实运行工况100%负荷下FCB试验成功，证实了火电大机组实际FCB功能是完全可以实现的。随后国内煤电机组在设计时都引入FCB思想，但从试验结果的报道上看，真正全真实运行工况下试验成功，并可以实际应用的并不多。
新店电厂#1机组100％满负荷FCB 试验的成功，使其成为福建省网首个具备FCB功能的大型火电机组，也是该型机组国产化率提高后，国内首台成功实现FCB功能的燃气-蒸汽联合循环机组。
本次试验的成功，标志着新店电厂成为福建省电网黑启动的又一个电源支撑点，将福建省网黑启动电源由单一的水电机组扩展到火电机组。并成为《福建电网主系统黑启动方案》的有力补充和验证，为福建省黑启动预案的不断完善提供依据，将有利于调度运行部门事故情况下的紧急操作以及快速恢复送电。
机组基本配置
新店电厂是在国家发改委后续燃气轮机自主化依托项目，是福建省LNG一体化项目的主要子项目之一。一期工程为两台390MW的燃气－蒸汽联合循环机组。采用上海电气(SEC)从德国西门子引进的技术，单元机组包括一台燃气轮机、一台蒸汽轮机、一台发电机和一台余热锅炉，发电机位于燃气轮机和蒸汽轮机中间；燃气轮机和发电机为刚性联接，蒸汽轮机和发电机通过SSS离合器联接，燃气轮机可以作简单循环运行（见图1）。

图1：机组系统简单示意图
其主设备及部分主要辅助设备配置如下：
燃气轮机为西门子SGT-4000F 型、重型、干式低NOx 混合燃烧器、单缸设计, 压气机和透平同轴。
汽轮机型号为TCF1，三压、再热、凝汽式。“全周进汽式汽机”，无控制级，主要以滑压方式运行，与燃气轮机和发电机联轴，构成完整的单轴配置，汽机采用100%高压、中压和低压蒸汽旁路系统。
余热锅炉型为三压、再热、卧式、无补燃、自然循环余热锅炉。主要参数为：.高压部分：蒸发量 263.52 t/h，主蒸汽温度/压力566.3℃/12.63 MPa(a)；再热部分：蒸发量 311.76 t/h，再热蒸汽温度/压力551.7℃/2.97MPa(a)；
发电机型号为THDF108/53，为水-氢-氢冷却，额定功率为406MW，功率因数为0.85，配出口断路器（GCB）。
分散控制系统（DCS）和DEH采用南京西门子控制有限公司（SPPA）提供的T3000系统，其逻辑为SPPA西门子旧控制系统的TXP、95F和SIMADYN D逻辑国产化转换而来，属于第一次国产化应用。
机组FCB的设计
SSS离合器的特点
为实现燃气蒸汽联合循环机组单轴安装并且能够在不影响燃机和发电机正常运行的情况下从轴系中解列汽机，西门子公司采用了SSS离合器（同步自啮合离合器）。SSS 离合器是纯机械的装置，其所实现的功能，概括起来就是：当汽轮机转速倾向超过发电机转速时，离合器啮合，汽轮机并网；当汽轮机转速倾向相对发电机转速减少时，产生反向力矩，离合器脱开，汽轮机脱扣。
采用SSS离合器使机组运行方式更加灵活，启动时燃气轮机简单循环启动，加负荷速度较快，此时汽轮机处于盘车状态，不需要大容量的启动锅炉提供汽轮机冷却蒸汽。停机时汽轮机、燃气轮机依次停机，操作简单，参数过渡平滑。
由于采用了SSS离合器的设计，当FCB发生时，汽轮机立即脱扣，燃机进入简单循环并迅速甩负荷至只带厂用电，并进入速度控制模式。
100%容量的旁路系统
要实现当FCB发生时，汽轮机立即停止进汽，燃机进入简单循环并维持带厂用电的孤岛运行方式，除了具备SSS离合器的便利条件外，大容量旁路系统是必要前提。在起、停机或甩负荷（包括FCB）等工况下，由于燃机、锅炉在运行，锅炉产生的蒸汽必须通过旁路进入凝汽器。采用100%高、中、低压旁路后，在汽轮机满负荷脱扣时，锅炉产生的额定参数的蒸汽便可全部通过旁路进入凝汽器，从而保证燃机、发电机和锅炉维持长时间稳定运行。
GCB和UCB双同期点的设计

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