美加電網(wǎng)大面積停電，普遍關(guān)注的焦點(diǎn)是電網(wǎng)的安全。而本文試從發(fā)電廠的角度，討論針對(duì)電網(wǎng)發(fā)生故障，電廠應(yīng)對(duì)的保護(hù)和控制，以在某種方面減輕電網(wǎng)故障范圍、縮短故障時(shí)間。
關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；發(fā)電廠；汽輪發(fā)電機(jī)組；一次調(diào)頻；OPC；FCB
     0　引言
     美國(guó)東部時(shí)間2003年8月14日15：06 美國(guó)俄亥俄州北部5條超高壓輸電線路陸續(xù)發(fā)生故障，目前認(rèn)為，由潮流大范圍轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的快速電壓崩潰，線路跳閘及系統(tǒng)解列后的頻率崩潰原因，輸電系統(tǒng)發(fā)生連鎖反應(yīng)，到16：11事故擴(kuò)大到美國(guó)東北部8個(gè)州，以及接壤的加拿大南部地區(qū)。發(fā)生了自1965年以來(lái)的北美洲最嚴(yán)重的停電事件，也是世界電力史上前所未有的。致使該地區(qū)近5000萬(wàn)人失去了賴以生存的電力供應(yīng)。 經(jīng)42時(shí) 49分后電力供應(yīng)才基本恢復(fù)。經(jīng)濟(jì)學(xué)家測(cè)算該事故造成的經(jīng)濟(jì)損失在每天300億美元。
美加電網(wǎng)大面積停電事故引起世界各國(guó)政府和電力工作者的關(guān)注，主要涉及的是國(guó)家能源鏈中的電力傳輸、電網(wǎng)可靠性、電力安全以及電力體制等問(wèn)題。
面對(duì)電網(wǎng)故障后的發(fā)電安全問(wèn)題，同樣引起我們?cè)趯氫搹氖码娏�工作人員的極大關(guān)注與反思。在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電廠控制系統(tǒng)做出了什么樣的應(yīng)對(duì)？為什么經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間機(jī)組才能恢復(fù)運(yùn)行，電網(wǎng)才完全正常？
     1　電力運(yùn)行可靠性的挑戰(zhàn)              
     1.1　電力系統(tǒng)的脆弱性
     從美加電網(wǎng)停電后僅 50 天，英國(guó)、澳洲、瑞士、意大利等工業(yè)國(guó)家先后發(fā)生大面積停電事故。這不會(huì)是偶然巧合。
就上海電網(wǎng)而言，最近一次重大故障發(fā)生在2002年2月19日，上海南橋變電站站控系統(tǒng)P13 的總線耦合器故障，造成斷路器頻繁分合閘，導(dǎo)致南橋、楊高兩站 15組500kV相關(guān)線路跳閘，上海南網(wǎng)與華東網(wǎng)解列，造成大面積停電。（2）     
就寶鋼而言，1988年3月30日與1999年8月13日先后發(fā)生了電網(wǎng)蘊(yùn)站、新站故障，造成寶鋼電網(wǎng)與上海電網(wǎng)解列，孤立運(yùn)行，造成程度不同的損失。我們注意到引發(fā)電網(wǎng)故障的原因各不相同，但表明其脆弱性就在身邊。
     1.2　寶鋼電網(wǎng)與上海電網(wǎng)系統(tǒng)的連接
寶鋼三期工程建成后，從2001年開(kāi)始，寶鋼電網(wǎng)與上海電網(wǎng)的連接結(jié)構(gòu)如圖1：
從目前看，該系統(tǒng)與上海電網(wǎng)有4回線聯(lián)結(jié)，較為可靠。但作為電廠還考慮到線路、變電站、電廠本身的檢修，寶鋼變電站及電廠本身可能突發(fā)的故障，網(wǎng)絡(luò)的可靠性就會(huì)下降。
     1.3寶鋼電廠在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中位置
寶鋼電廠是寶鋼股份公司這個(gè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，按能源先行原則率先投入生產(chǎn)的單元廠。1、2號(hào)350MW火力機(jī)組分別于1982年、1983年投入運(yùn)行。 1997年與1999年10月又相繼投入1臺(tái)145MW 聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)組，和1臺(tái)350MW的火力機(jī)組。寶鋼電廠發(fā)電總?cè)萘繛?195MW，受電網(wǎng)控制年發(fā)電量約在72億kWh。寶鋼股份用電主要依靠寶鋼電廠供給，目前用電負(fù)荷在800MW-1000MW之間。四期工程投產(chǎn)后將使負(fù)荷有階躍性上升。

 圖1：目前寶鋼電網(wǎng)基本連接圖

      若上海電網(wǎng)、寶鋼電網(wǎng)發(fā)生故障， 對(duì)寶鋼電廠機(jī)組帶來(lái)不可克服的擾動(dòng)，引起機(jī)組不穩(wěn)定；若寶鋼電廠的機(jī)組故障，電網(wǎng)對(duì)寶鋼的供電在數(shù)量上受限制，兩者都將給連續(xù)生產(chǎn)的鋼鐵企業(yè)帶來(lái)不堪設(shè)想的后果。
      再則，由于電力行業(yè)正在進(jìn)行新一輪電力體制改革，快步進(jìn)入市場(chǎng)化。由于要分?jǐn)偼顿Y、輸配、發(fā)供電各方的成本、利潤(rùn)，電網(wǎng)向?qū)氫摴╇姷碾妰r(jià)遠(yuǎn)高于寶鋼向網(wǎng)上供電的電價(jià)。所以電廠是否能確保安全發(fā)電不僅涉及到寶鋼股份的安全生產(chǎn)、能源平衡、環(huán)境保護(hù)，而且對(duì)其經(jīng)營(yíng)目標(biāo)都有 舉足輕重的影響。
      不僅如此，寶鋼這個(gè)大型鋼鐵企業(yè)在不斷發(fā)展擴(kuò)建過(guò)程中，應(yīng)具有基本戰(zhàn)略，這就是電源與電網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)有相對(duì)超前，電源、電網(wǎng)、用戶同時(shí)建設(shè)，其能源鏈就必定是薄弱的。
     2　電網(wǎng)故障后的電廠應(yīng)對(duì)
可靠的發(fā)電廠、完善的電網(wǎng)、精益的管理必定提高電力系統(tǒng)的可靠性，但對(duì)于數(shù)年一遇，甚至是數(shù)十年一遇的由電網(wǎng)固有的脆弱性帶來(lái)的系統(tǒng)故障，仍無(wú)法避免。一旦發(fā)生，電廠處在了被動(dòng)地位。在任何時(shí)間，由電網(wǎng)的故障性質(zhì)、范圍決定發(fā)電機(jī)組承受擾動(dòng)的程度，由電網(wǎng)恢復(fù)的時(shí)間決定電廠設(shè)備承受特殊工況下運(yùn)行的時(shí)間。
但我們認(rèn)為，電廠面臨電網(wǎng)故障亦應(yīng)有積極、有效的應(yīng)對(duì)。只要電廠在電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)，能保護(hù)發(fā)電機(jī)組，安全度過(guò)第一沖擊，機(jī)組繼續(xù)發(fā)電，即使僅帶廠用電。如此，起碼是避免電網(wǎng)故障的擴(kuò)大，再則是縮短電網(wǎng)故障恢復(fù)時(shí)間。
作為電廠可去思考和實(shí)踐的是，針對(duì)本系統(tǒng)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，分析電網(wǎng)可能故障的類型，設(shè)計(jì)、調(diào)試、完善應(yīng)對(duì)故障的自動(dòng)保護(hù)、控制策略。 原則首先是確保發(fā)電機(jī)組在故障發(fā)生、恢復(fù)的過(guò)程中的安全，機(jī)組在危及自身安全的工況下運(yùn)行，一旦設(shè)備損壞，電網(wǎng)也就成了無(wú)米之炊。所以它要求發(fā)電機(jī)組的熱工、繼電保護(hù)系統(tǒng)及整定值要正確、完善。 機(jī)組在良好保護(hù)下，才有條件討論以下的應(yīng)對(duì)：
1）當(dāng)電網(wǎng)突然故障解列時(shí)，發(fā)電機(jī)組不能跳閘，否則將可能導(dǎo)致電廠停電事故。而停電后的保護(hù)發(fā)電設(shè)備將成為風(fēng)險(xiǎn)巨大的工作，它全靠備用的柴油發(fā)電機(jī)組、蓄電池組、電源切換等系統(tǒng)的萬(wàn)無(wú)一失。且電廠全停后，就要承受等待外來(lái)電、汽源等能源的時(shí)間，它將延長(zhǎng)電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)間，可能引發(fā)更大故障。
2）機(jī)組瞬間自動(dòng)將負(fù)荷降到與外界負(fù)荷相適應(yīng)的范圍，它可能是帶發(fā)電機(jī)組在最低負(fù)荷運(yùn)行；針對(duì)寶鋼電網(wǎng)而言，只要寶鋼電網(wǎng)尚未瓦解，它可能是帶寶鋼的基本負(fù)荷運(yùn)行。
3）若寶鋼電網(wǎng)故障解列，則發(fā)電機(jī)組應(yīng)能帶廠用電運(yùn)行，一旦電網(wǎng)恢復(fù)，機(jī)組能以min數(shù)量級(jí)迅速加負(fù)荷，滿足用戶的需求。
依此原則，機(jī)組控制系統(tǒng)應(yīng)對(duì)的技術(shù)方案是：
     3　一次調(diào)頻
     3.1　一、二次調(diào)頻原理
      一次調(diào)頻是電網(wǎng)發(fā)供電及用電之間的重要平衡方式。電網(wǎng)周率由并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻功能共同承擔(dān)，具有足夠的一次調(diào)頻能力的電網(wǎng)，可以保證在瞬息萬(wàn)變的負(fù)荷下有穩(wěn)定的周率。 但為了發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行的穩(wěn)定，電網(wǎng)一次調(diào)頻的能力是有限的。所以還需要由電網(wǎng)調(diào)度發(fā)指令，命令相關(guān)機(jī)組增減負(fù)荷以使供需平衡，即二次調(diào)頻。
     3.2　電網(wǎng)故障時(shí)一次調(diào)頻的作用
電網(wǎng)的一次調(diào)頻過(guò)程是個(gè)隨機(jī)過(guò)程，電力系統(tǒng)所調(diào)節(jié)的負(fù)荷分量主要是短周期（0.2-1Hz）的隨機(jī)變動(dòng)負(fù)荷。根據(jù)該特性， 一旦上海電網(wǎng)故障，寶鋼電網(wǎng)    單獨(dú)運(yùn)行，在目前兩網(wǎng)負(fù)荷潮流下，電廠機(jī)組能夠應(yīng)對(duì)的功能首先是一次調(diào)頻。

     設(shè)定機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷1000MW，寶鋼電網(wǎng)負(fù)荷為800MW，則200MW余額有可能不觸發(fā)OPC動(dòng)作，利用一次調(diào)頻來(lái)克服。若1、2、3號(hào)機(jī)組按4%的不等率運(yùn)行，獨(dú)立網(wǎng)周波將為50.38 Hz。此時(shí)調(diào)度能及時(shí)通過(guò)電廠值長(zhǎng)，通過(guò)二次調(diào)頻即人為減負(fù)荷，即可迅速恢復(fù)電網(wǎng)周率。
      目前寶鋼電廠的一次調(diào)頻還未作如此事故預(yù)想，所以有4%負(fù)荷變動(dòng)的上下限。如果為適應(yīng)故障工況， 可開(kāi)放上限至額定負(fù)荷，下限至50%負(fù)荷。只要機(jī)組負(fù)荷大于70%，均應(yīng)依靠一次調(diào)頻功能應(yīng)對(duì)。一次調(diào)頻功能分別設(shè)置在汽機(jī)DEH側(cè)與協(xié)調(diào)控制MCS側(cè)，其中汽機(jī)側(cè)是快速系統(tǒng)，試驗(yàn)表明，其響應(yīng)在2～3sec內(nèi)，作用時(shí)間約為20sec, MCS側(cè)指令則要延遲20sec。
     4　OPC保護(hù)
      OPC（Turbine Over speed Protection Control）保護(hù)是針對(duì)汽輪機(jī)組在受到外界擾動(dòng)，主要是指電網(wǎng)或是汽輪發(fā)電機(jī)自身故障，急甩負(fù)荷時(shí)，瞬間關(guān)閉汽輪機(jī)的高中壓調(diào)節(jié)汽門，避免機(jī)組超速跳閘，可能維持運(yùn)行的功能。
     4.1　汽機(jī)負(fù)荷急減將導(dǎo)致汽機(jī)跳閘
      大容量的汽輪機(jī)組具有相對(duì)較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)子飛升時(shí)間常數(shù)。寶鋼電廠350MW汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子在額定蒸汽作用下從0 r/min上升到3000r/min僅需6.7-6.8 sec時(shí)間。同時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的加速度與汽機(jī)蒸汽動(dòng)力矩Mt和發(fā)電機(jī)磁阻力矩Me有如下關(guān)系：
帶350MW負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組突甩負(fù)荷時(shí)，巨大能量瞬間將使汽輪機(jī)組超速。作為機(jī)組的最基本保護(hù)，汽輪機(jī)危機(jī)保安器動(dòng)作（在沒(méi)有OPC保護(hù)時(shí)），它的設(shè)定動(dòng)作值在額定轉(zhuǎn)速的110%，即轉(zhuǎn)速飛升到3300r/min時(shí)，汽輪機(jī)跳閘。
     4.2　OPC保護(hù)原理
     OPC的動(dòng)作原理如下圖:

圖3: 汽輪發(fā)電機(jī)組的OPC保護(hù)動(dòng)作原理

      由圖可知, 一次中間再熱的汽輪機(jī)組在下述情況下, 運(yùn)行參數(shù)進(jìn)入圖中陰影區(qū), OPC動(dòng)作。
1）利用當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí), 汽機(jī)中壓缸參數(shù)滯后發(fā)電機(jī)參數(shù)的特性, 即檢測(cè)到中壓缸進(jìn)汽壓力所代表的汽機(jī)瞬時(shí)功率大于發(fā)電機(jī)電流所代表的發(fā)電機(jī)功率60%, 表示機(jī)組已處甩負(fù)荷狀態(tài)，OPC動(dòng)作；
2） 當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的107%時(shí), 它亦表示機(jī)組已處甩負(fù)荷狀態(tài)，OPC動(dòng)作；
3） 在以上兩種邊界狀態(tài)中間的任何落在陰影區(qū)的狀態(tài)，OPC動(dòng)作。
OPC動(dòng)作, 汽輪機(jī)的高、中壓調(diào)節(jié)汽門將脫離正常的負(fù)荷控制而瞬間關(guān)閉, 防止甩負(fù)荷導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。動(dòng)作后，機(jī)組的功率、轉(zhuǎn)速瞬間返回非陰影區(qū), OPC 隨即恢復(fù), 高、中壓調(diào)節(jié)汽門立即接受負(fù)荷指令進(jìn)行控制。
     4.3　OPC保護(hù)成功的核心
      汽輪發(fā)電機(jī)組具有OPC功能
1）首先是保護(hù)機(jī)組使其在甩負(fù)荷瞬間，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制在危機(jī)保安器動(dòng)作前，不至跳閘；
2）對(duì)于處電網(wǎng)中的一臺(tái)機(jī)組，重要的作用是，從100%負(fù)荷甩至廠用電負(fù)荷運(yùn)行；
3）對(duì)于寶鋼電網(wǎng)一臺(tái)機(jī)組，存在寶鋼網(wǎng)孤立運(yùn)行的可能，則要求從100%負(fù)荷甩至某一負(fù)荷運(yùn)行。
對(duì)于后兩者，要求在發(fā)電機(jī)組在如此的擾動(dòng)過(guò)程中，維持在一定周率內(nèi)運(yùn)行，要做到非常之困難。但它確是發(fā)電和用戶兩端的要求：
發(fā)電設(shè)備：根據(jù)汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子的末級(jí)葉片進(jìn)入共振帶，振動(dòng)應(yīng)力劇增引起葉片斷裂，固對(duì)機(jī)組運(yùn)行周率有嚴(yán)格限制，如寶電機(jī)組47．5Hz-大于47.0Hz僅允許運(yùn)行1min。 電網(wǎng)用戶：大型的泵與風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備，如寶鋼1期，功率為7.5MW的高爐鼓風(fēng)機(jī)為保護(hù)葉片進(jìn)入共振帶而斷裂的整定值是48.5 Hz 0.1 sec 跳閘。
可見(jiàn)，OPC保護(hù)成功的核心在于，在負(fù)荷劇變時(shí)，既要瞬時(shí)關(guān)閉汽輪機(jī)高、中壓調(diào)節(jié)汽門，精確限制轉(zhuǎn)速飛升，又要瞬時(shí)有控制地開(kāi)啟高、中壓調(diào)節(jié)汽門來(lái)適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷要求，任何毫秒級(jí)延遲引起的低周率，將導(dǎo)致OPC 動(dòng)作的實(shí)質(zhì)性失敗。
這對(duì)該保護(hù)涉及的各個(gè)系統(tǒng)，如對(duì)壓力、電信號(hào)等傳感器，對(duì)電磁閥、E/H轉(zhuǎn)換器等執(zhí)行器，對(duì)汽輪機(jī)整個(gè)液壓系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、回滯曲線等調(diào)節(jié)性能，提出了極高的要求，對(duì)控制邏輯的響應(yīng)時(shí)間與邏輯的周密性更是無(wú)須再提。
     4.4　寶鋼電廠OPC保護(hù)動(dòng)作的案例
     4.4.1　電網(wǎng)330事故
1988年3月30日，寶山地區(qū)蘊(yùn)藻浜變電站發(fā)生220kV母線短路，該點(diǎn)正處保護(hù)死點(diǎn)，導(dǎo)致蘊(yùn)站全停，即造成2215線路過(guò)負(fù)荷拉閘， 使寶鋼電網(wǎng)與系統(tǒng)解列。寶鋼電廠1、2號(hào) 機(jī)組負(fù)荷從660MW突降至250MW，由于汽輪機(jī)組OPC保護(hù)動(dòng)作，成功帶寶鋼孤立電網(wǎng)運(yùn)行。當(dāng)時(shí)電網(wǎng)系統(tǒng)如圖4：

圖4：1988年寶鋼與上海電網(wǎng)連接結(jié)構(gòu)圖

以當(dāng)時(shí)2號(hào)機(jī)組動(dòng)作過(guò)程，結(jié)合故障后的實(shí)動(dòng)試驗(yàn)，分析看其過(guò)程。當(dāng)日13點(diǎn)57分電網(wǎng)故障，瞬間機(jī)組負(fù)荷從330MW急減至200MW，轉(zhuǎn)速以115r/min/sec的加速度飛升，達(dá)到汽輪機(jī)液壓調(diào)速保護(hù)OPC系統(tǒng)的輔助調(diào)速器動(dòng)作值，(其整定值為加速度大于60- 120r/min/sec，轉(zhuǎn)速大于3060r/min), 0.7sec后，汽輪機(jī)高、中壓調(diào)門關(guān)閉，該過(guò)程周率最高至51.5Hz , 輔助調(diào)速器動(dòng)作1.3sec后恢復(fù)，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的滯后作用，調(diào)門實(shí)際關(guān)閉1.7sec。有200MW負(fù)荷的作用，使負(fù)加速度達(dá)120 r/min/sec，至使最低轉(zhuǎn)速達(dá)2886r/min, 造成瞬間最低周率48.1Hz，導(dǎo)致寶鋼電網(wǎng)重要設(shè)備低周率保護(hù)動(dòng)作跳閘。
此案例說(shuō)明，OPC正確動(dòng)作，不但機(jī)組未跳閘，并且還過(guò)渡到孤立電網(wǎng)運(yùn)行，這在一定意義上已相當(dāng)成功。但由于液壓調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性尚不能滿足330MW-0-200MW 的過(guò)渡過(guò)程設(shè)備對(duì)周率的要求，造成用戶設(shè)備跳閘。所以該系統(tǒng)仍需完善。
     4. 4. 2 　電網(wǎng)813事故
1999年8月13日帶寶鋼三期負(fù)荷運(yùn)行的新寶鋼變電站，220kV PT 故障，聯(lián)鎖正、付母保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致新寶變電網(wǎng)與系統(tǒng)電網(wǎng)解列。寶鋼電廠兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組，0號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)組與正值調(diào)試高峰的3號(hào)機(jī)組，與系統(tǒng)解列，帶寶鋼3期孤立電網(wǎng)運(yùn)行。當(dāng)時(shí)系統(tǒng)如圖5：

圖5：1999年新寶變3期電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

      當(dāng)日，3號(hào)機(jī)組帶350 MW滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，19點(diǎn)48分機(jī)組負(fù)荷突降，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速突升，OPC保護(hù)動(dòng)作。從事件記錄 SOE（Sequence  Of  Events） 看到OPC動(dòng)作過(guò)程：
19 ：48 ：59sec ：065ms        OPC   動(dòng)作
19 ：48 ：59sec ：268ms        汽機(jī)無(wú)負(fù)荷 GV（高壓調(diào)門） 全閉
19 ：48 ：59sec ：392ms        汽機(jī)無(wú)負(fù)荷 ICV（中壓調(diào)門）全閉
19 ：49 ：00sec ：813ms        OPC 復(fù)歸                    
3號(hào)機(jī)組OPC系統(tǒng)動(dòng)作精確，完全適應(yīng)了再帶負(fù)荷的要求。從模擬趨勢(shì)記錄看到，負(fù)荷從350MW瞬間甩到43MW，并以sec級(jí)速度返回到了孤立電網(wǎng)所需要的230MW。在如此大范圍負(fù)荷急速增減過(guò)程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化僅為 3003-3100-2982-3060 r/min，（即51.7-49.7Hz）。說(shuō)明該OPC系統(tǒng)與整個(gè)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功，所有傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制邏輯運(yùn)作優(yōu)良。                   
 但由于當(dāng)時(shí)3號(hào)機(jī)組正處調(diào)試階段，部分重要保護(hù)邏輯還尚未開(kāi)始調(diào)試。 系統(tǒng)方面寶鋼電網(wǎng)的低頻減載系統(tǒng)也未調(diào)試投用，通訊尚不暢，孤立電網(wǎng)運(yùn)行8min后，2臺(tái)發(fā)電機(jī)組低頻保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致運(yùn)行失敗。
     5　FCB 保護(hù)
以上討論如何應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障給電廠發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的第一沖擊，它是以事故后10sec內(nèi)的瞬態(tài)過(guò)程為研究對(duì)象。下面討論電網(wǎng)故障后發(fā)電機(jī)組特別是電站鍋爐的應(yīng)對(duì)，它基本上是以事故后5min內(nèi)過(guò)程為研究對(duì)象。
     5.1 　FCB觸發(fā)原理
FCB（Fast Cut and Back）即是針對(duì)電網(wǎng)（或發(fā)電機(jī)組）故障，設(shè)計(jì)的保護(hù)和控制邏輯。其意義是，快速減負(fù)荷，故障消除，快速恢復(fù)負(fù)荷。
該保護(hù)觸發(fā)的原因：一是發(fā)電機(jī)主變開(kāi)關(guān)52G 跳閘， 二是任何原因?qū)е碌钠�輪機(jī)高、中壓調(diào)節(jié)汽門全閉。原理邏輯如下圖：
高壓調(diào)門（GV1-GV4）全閉
中壓調(diào)門 （ICV左右）全閉    
電機(jī)主變出口開(kāi)關(guān)（52G） OFF
      發(fā)電機(jī)負(fù)荷>30%                                         FCB 發(fā)生
FCB許可條件  
        MFT未發(fā)生                                                            

  
圖6： 一般FCB構(gòu)成邏輯

      我們應(yīng)指出，如圖6所示的FCB觸發(fā)邏輯，針對(duì)處于大電網(wǎng)中的電廠是適當(dāng)?shù)模�但�?duì)于寶鋼電廠存在孤立電網(wǎng)運(yùn)行的可能，該邏輯就存在問(wèn)題。
      330、 813兩次電網(wǎng)故障的共同特點(diǎn)，都要求寶鋼電廠機(jī)組在經(jīng)受了與系統(tǒng)解列的沖擊后，仍需帶孤立電網(wǎng)運(yùn)行。在此環(huán)境下，OPC 保護(hù)動(dòng)作后，汽輪機(jī)高、中壓調(diào)節(jié)汽門瞬時(shí)關(guān)閉將導(dǎo)致FCB動(dòng)作，它將自動(dòng)減載 95% -100%，與孤立電網(wǎng)的負(fù)荷要求是完全不符的。
      因此，電廠更改了3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)高、中壓調(diào)門全閉后觸發(fā)FCB的條件。而當(dāng)汽機(jī)調(diào)門全閉后形成發(fā)電機(jī)逆功率運(yùn)行，則有逆功率檢測(cè)繼電器完成發(fā)電機(jī)跳閘，觸發(fā)FCB保護(hù)。
     5.2　FCB保護(hù)動(dòng)作
FCB同時(shí)向汽輪機(jī)和鍋爐側(cè)，發(fā)出一系列指令，從滿負(fù)荷減到5%或0%負(fù)荷運(yùn)行。
     5.2.1　汽輪發(fā)電機(jī)側(cè)
FCB動(dòng)作，立即解除汽輪發(fā)電機(jī)側(cè)的負(fù)荷指令進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制。即汽機(jī)根據(jù)予置的4% 的 不等率進(jìn)行速度控制，以維持3000r/min為目標(biāo)，負(fù)荷指令僅跟蹤實(shí)際值。它保證了發(fā)電廠孤立系統(tǒng)運(yùn)行的周率。
     5.2.2　發(fā)電鍋爐側(cè)
      與350MW汽輪機(jī)所匹配的是1160T/H ,17.26MPa/3.81MPa，541℃ /541℃亞臨界一次中間再熱發(fā)電鍋爐。它要承受100%負(fù)荷瞬間減至5%或0%的負(fù)荷沖擊，關(guān)鍵控制技術(shù)在于：
1）快速釋放危險(xiǎn)的多余能量
FCB聯(lián)動(dòng)電動(dòng)安全門（PCV）強(qiáng)制開(kāi)啟10sec,然后切回自動(dòng)控制，迅速釋放過(guò)熱蒸汽能量；汽包安全門則做后備保護(hù)。
為應(yīng)付FCB 特殊工況，機(jī)組特別設(shè)計(jì)有30%鍋爐額定蒸發(fā)量的旁路系統(tǒng)。FCB強(qiáng)制開(kāi)啟高壓旁路閥5sec, 然后切回自動(dòng)控制。它起分級(jí)釋放能量、冷卻再熱器、回收工質(zhì)、維持熱力循環(huán)的重要作用，旁路系統(tǒng)動(dòng)作的正確與否，決定了FCB成功與否。
2）燃料急減并穩(wěn)定燃燒
FCB 發(fā)生時(shí)鍋爐至少可以在30%旁路容量負(fù)荷運(yùn)行。但問(wèn)題在燃燒的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。根據(jù)FCB前燃料品種、數(shù)量，自動(dòng)順序切除有關(guān)燃燒器。在燃燒擾動(dòng)中影響安全的低熱值氣體燃料BFG 切除；COG亦切除；有關(guān)煤層；并聯(lián)動(dòng)相關(guān)的輕油燃燒器投入穩(wěn)燃。燃料量則由調(diào)節(jié)負(fù)荷切換為定值控制。
3）穩(wěn)定鍋爐汽包水位
汽包水位不但是鍋爐、汽輪機(jī)負(fù)荷平衡的標(biāo)志，又是機(jī)組安全運(yùn)行的根本。 汽機(jī)負(fù)荷急減造成鍋爐汽包壓力急升，汽包進(jìn)水困難，負(fù)荷急減又造成汽包需水量減少，為此 FCB聯(lián)動(dòng)切換汽動(dòng)給水泵的調(diào)速系統(tǒng)為定值控制，聯(lián)動(dòng) 電動(dòng)給水泵啟動(dòng)，向汽包強(qiáng)制進(jìn)水；由于負(fù)荷急減引起汽、水的不平衡，汽包水位的自動(dòng)控制由3沖量轉(zhuǎn)為水位單沖量控制。  
4）機(jī)組協(xié)調(diào)解除偏差保護(hù)，強(qiáng)制定值、自動(dòng)控制
因?yàn)镕CB 要在事故發(fā)生時(shí)數(shù)秒，數(shù)分種內(nèi)完成數(shù)十項(xiàng)緊急操作，由人工完成是不可能的。根據(jù)FCB試驗(yàn)得到的對(duì)象模型，將有關(guān)鍋爐運(yùn)行的重要控制切換為定值控制或自動(dòng)控制，它們的正常是FCB成功的基礎(chǔ)。
     5.3　FCB 是對(duì)機(jī)組控制水平綜合指標(biāo)
FCB功能是對(duì)電廠鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組，特別是協(xié)調(diào)機(jī)組運(yùn)行的整個(gè)熱工控制系統(tǒng)的綜合考驗(yàn)。機(jī)組在電網(wǎng)故障時(shí)，要在秒級(jí)時(shí)間內(nèi)，從100%負(fù)荷突降到帶廠用電或空負(fù)荷維持運(yùn)行，汽輪機(jī)調(diào)速、鍋爐燃燒的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定等，任一細(xì)節(jié)出問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致失敗。
     6　結(jié)論
綜上所述，若寶鋼電廠4臺(tái)機(jī)組帶負(fù)荷1000MW 運(yùn)行，以下給出電網(wǎng)故障時(shí)的應(yīng)對(duì)方案：

 
表1：   電網(wǎng)故障電廠控制應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障可能類型 寶鋼電廠負(fù)荷可能余量 寶鋼電廠機(jī)組應(yīng)對(duì) 周率變動(dòng)可能范圍 機(jī)組應(yīng)對(duì)過(guò)渡時(shí)間
上海/寶鋼電網(wǎng)解列 50～200MW（寶鋼高負(fù)荷） 一次調(diào)頻 ≤ +0.5Hz 1min
上海/寶鋼電網(wǎng)解列 200～500MW（寶鋼低負(fù)荷） OPC動(dòng)作+負(fù)荷跟蹤 ≤ ±1Hz 2min
系統(tǒng)全停特殊故障 900MW OPC +FCB帶廠用電運(yùn)行 ≤ +1.5Hz 10min
1）在當(dāng)前寶鋼-上海負(fù)荷潮流下，發(fā)生寶鋼電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，一次調(diào)頻功能是重要的應(yīng)對(duì)。目前機(jī)組一次調(diào)頻功能正常，但應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障尚存在問(wèn)題。主要是作用范圍目前限制在±14MW，顯然不能適應(yīng)故障調(diào)頻工況。應(yīng)進(jìn)一步研究放寬上下限帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)與利益。
2）當(dāng)寶鋼電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)組的OPC功能是極重要的應(yīng)對(duì)。3號(hào)機(jī)組該系統(tǒng)良好，1、2號(hào)機(jī)組有待完善，主要是汽機(jī)調(diào)門重新開(kāi)啟時(shí)間有延遲問(wèn)題。
3）當(dāng)發(fā)生電廠電輸送不出的嚴(yán)重情況，電廠要成功實(shí)現(xiàn)FCB，帶廠用電運(yùn)行。這需要付出代價(jià)，在機(jī)組檢修與運(yùn)行中做大量細(xì)致的試驗(yàn)與完善工作。
4）電廠機(jī)組的檢修策略要適應(yīng)寶鋼電網(wǎng)安全性的要求，電廠機(jī)組的管理要上臺(tái)階，使電廠機(jī)組的安全性可靠性進(jìn)一步提高。