机组快速减负荷（Fast Cut Back，简称FCB）是 指并网机组或电网发生故障时，机组主变开关跳 闸、锅炉快减燃料量（维持最低稳燃负荷，保持主蒸 汽参数稳定），汽轮机维持额定转速、发电机快速降 负荷（只带厂用电）的“孤岛运行”方式^[1]。具备FCB 功能的机组不但可以减少机组的故障停机次数，而 且在电网故障排除后，可以迅速并网回带负荷。通 过FCB功能试验可以检验机组在故障情况下各系 统间的协调控制能力以及各自动控制系统的调节 功能。

国电建投内蒙古能源有限公司布连电厂（以下 简称布连电厂）锅炉型式为超超临界、单炉膛、一次中间再热、变压运行、前后墙对冲燃烧、直流燃煤锅炉；汽轮机型式为超超临界、1次中间再热、3缸2排 汽、单轴、直接空冷、凝汽式机组；配备型号为QF⁃ SN-660-2型、水—氢—氢冷发电机。汽轮机旁路系 统为高、低压2级串联旁路系统，高压旁路为100% 容量，低压旁路为65%容量。

给水系统配置单台100%容量的汽动给水泵，给 水泵汽轮机型式为单缸、双流程、下排汽凝汽式（自 带水冷凝汽器），运行方式为变参数、变功率、变转 速。前置泵与汽动给水泵同轴布置于汽轮机的同 一侧。

给水泵汽轮机额定转速4934 r/min，额定输出 功率22 855 kW，驱动汽源有2个：1个为正常工作汽 源，蒸汽压力较低；另1个为备用汽源，蒸汽压力较 高，由高压管道调节阀控制。正常工作汽源采用主 机4段抽汽，汽轮机额定进汽压力1.179 MPa，温度 379.4 ℃，流量101 t/h，排汽压力5.6 kPa。调试、启动 汽源来自于辅助蒸汽系统，蒸汽压力0.5～1.6 MPa， 温度300～350 ℃，流量10～30 t/h。

再热冷段高压蒸汽、4段抽汽低压蒸汽和辅汽 联箱蒸汽在给水泵汽轮机速关阀前汇合，经低压调 节阀进入机组喷嘴室做功。汽源切换采用外切换 方式，在给水泵汽轮机外部管道中完成，切换系统 示意图见图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 给水泵汽轮机汽源切换系统示意图

FCB信号发出后，DCS发指令联开冷再至辅汽 调节阀前后电动门、辅汽至给水泵汽轮机供汽电动 门、冷再至给水泵汽轮机供汽电动门，关闭4段抽汽 至给水泵汽轮机供汽电动门。当进汽压力降低时， 由于给水泵汽轮机要维持一定转速运行，此时低压 调节门逐渐开启；开度＞85%时，联动开启给水泵汽 轮机高压调节门。高压调节门与低压调节门开度 按照设定的函数关系进行自动调节（低压调节门开 度85%～100%对应高压调节门开度0～100%）。当 给水泵汽轮机低压调节门开度＜85%时，联动关闭 高压调节门，完成汽源切换过程，给水泵汽轮机转 速由低压调节门指令控制，根据锅炉煤水比对锅炉 给水量进行调节。

给水泵汽轮机汽源切换过程中，可能会发生汽 源流量迅速降低或失去汽源等情况，造成给水泵汽 轮机转速骤降或“闷泵”现象，甚至会因锅炉给水流 量降至保护定值而触发锅炉给水流量保护MFT^{[2, 3, 4]}。

布连电厂660 MW超超临界机组锅炉给水流量 低保护动作逻辑：

（1） 任意煤层投运，锅炉给水流量信号（3取2） 低Ⅱ值，延时20 s，MFT首出；

（2） 或省煤器入口流量低Ⅱ值；

（3） 或锅炉给水流量信号（3取2）低Ⅲ值，延时 2 s，MFT首出；

（4） 或省煤器入口流量低Ⅲ值。

机组首次进行50%额定负荷FCB试验时，4段 抽汽汽源消失，给水泵汽轮机高、低压调节门快速 开启；高压调节门开启过程中，给水泵汽轮机转速 从3559 r/min最低降至3255 r/min；泵出口压力降至 17.78 MPa，低于汽轮机主汽压力（18.19 MPa），造成 汽泵“憋泵”现象；锅炉给水流量迅速由920 t/h降至 360 t/h以下，FCB试验14 s后给水流量低保护动作， 锅炉灭火。试验过程中给水系统主要参数变化过 程如图 2所示。

图 2(Figure 2)

图 2 FCB试验给水系统主要参数变化曲线

FCB功能动作后，4段抽汽断汽，因给水泵汽轮 机汽源切换仍按照低负荷切换方式进行控制，造成 锅炉给水流量下降至保护定值而引起锅炉灭火。 FCB工况时，给水泵汽轮机给水流量控制方式不合 理是造成此次故障的直接原因，需进行优化改进才能保证锅炉给水的稳定，避免事故的发生。

给水泵汽轮机汽源切换时必须保证给水的稳 定，由于该机组采用外切换方式，管道内压力的降 低滞后于管道内蒸汽流量的降低，出现了短暂的蒸 汽流量不足情况，导致给水泵汽轮机转速下降。机 组FCB发生时，FCB信号应直接作用于冷段至给水 泵汽轮机的高压调节阀上，以使该调节阀在接受到 FCB信号后能够立即跟踪管道内的压力，实现系统 内给水压力的自动调节^{[5, 6]}。

为保证机组在FCB工况下能够稳定运行，对锅 炉给水流量控制方式及给水泵汽轮机汽源切换方 式进行如下优化：

（1） 机组FCB试验时，给水泵汽轮机控制模式 首先进入到FCB模式。给水泵汽轮机控制原理见 图 3所示。

图 3(Figure 3)

图 3 给水泵汽轮机控制原理图

（2） 超驰开启高压调节门至一定开度，自动调 节（维持）给水泵汽轮机进汽压力为FCB动作前压 力，防止因抽汽断供而导致汽源瞬间缺失；

（3） 另一方面，低压调节门根据煤水比控制进 汽流量，通过控制给水泵汽轮机转速来调节锅炉给 水流量。

（4） FCB试验结束后，在保证给水泵汽轮机汽 源供应正常的情况下，可手动复位FCB。复位后，高 压调节门可按照一定速率缓慢关闭，同时由低压调 节门调节锅炉给水流量。

（5） 机组进行FCB试验时，为保证给水泵的正 常出力，应满足试验工况下锅炉给水流量及压力要 求，给水泵汽轮机高调节门应快速开启至一定开 度。

为保证给水泵汽轮机的汽源切换顺畅、平稳， 应在FCB试验前找出机组各负荷工况下FCB信号 触发后给水泵汽轮机高压调节门的最佳阶跃开度， 确保试验过程中给水泵汽轮机转速不发生巨幅波 动^{[7, 8]}。

（1） 维持机组负荷不变，确定给水泵汽轮机只 有冷段汽源供汽工况下给水泵稳定运行时高压调 节门的开度值。机组自50%额定负荷起，在各个负 荷工况点模拟机组FCB试验工况，进行4段抽汽汽 源和冷再汽源的切换试验。

（2） 给水泵汽轮机正常供汽汽源为4段抽汽， 保持机组负荷不变，开启冷再至给水泵汽轮机供汽 管道疏水门暖管，暖管充分后逐渐开启冷再至给水 泵汽轮机供汽电动门至全开。由于混入了高压汽 源，给水泵汽轮机低压调节门应适当关闭，进行给 水泵汽轮机转速调节。

（3） 给水泵汽轮机运行稳定后，逐渐关闭4段 抽汽至给水泵汽轮机供汽电动门，此时给水泵汽轮 机高压调节门逐渐开启，进行给水泵汽轮机进汽压 力调节。

（4） 4段抽汽至给水泵汽轮机供汽电动门全关后，完成4段抽汽和冷段汽源的切换过程。

（5） 给水泵汽轮机运行状态稳定后，记录对应 负荷下给水泵汽轮机高压调节门的开度值、冷段压 力、4段抽汽压力等数据。根据运行工况，布连电厂 机组试验时共记录了330～660 MW7个工况点的数 据，见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 机组不同负荷工况下对应的给水泵汽轮机 各汽源压力和高压调节门开度

表 1 机组不同负荷工况下对应的给水泵汽轮机 各汽源压力和高压调节门开度

通过给水泵汽轮机冷段汽源和4段抽汽汽源切 换试验，根据给水泵汽轮机不同负荷点只有冷再供 汽情况下的高压调节门开度数据,绘制了给水泵汽 轮机高压调节门开度与机组负荷关系，见图 4所示。

图 4(Figure 4)

图 4 高压调节门阶跃开度与机组负荷关系

由图 4可以拟合出高压调节门阶跃开度与机组 负荷的线性关系为：y=0.0333x+12.847，其中，y 为机 组FCB 时高压调节门阶跃开度，%；x 为机组发生 FCB信号时的负荷值，MW。机组触发FCB时，高压 调节门阶跃开度与机组负荷由试验得出的函数关 系决定,如机组在600 MW负荷工况下触发FCB，给 水泵汽轮机高压调节门阶跃开度指令应为32.83%。

给水泵汽轮机汽源切换及给水控制方式经过 优化后，机组负荷为337 MW时进行了FCB试验，试 验过程中给水系统主要参数变化情况见图 5所示。

图 5(Figure 5)

图 5 337MW负荷FCB试验给水系统参数变化曲线

（1） 试验时，DEH系统接收到FCB信号后，给 水泵汽轮机立即转入FCB模式，给水泵汽轮机高压 调节门阶跃开启至24%后转入压力控制调节模式， 低压调节门则根据锅炉水煤比进行转速调节。

（2） 试验开始瞬间，给水泵汽轮机转速从3578 r/min最低降至3296 r/min，然后升至3688 r/min，最 后逐渐稳定在3340 r/min，锅炉给水流量从981 t/h 最低降至581 t/h，最后回调稳定在745 t/h。

（3） 试验过程中，给水泵汽轮机转速及锅炉给 水流量未出现大幅波动现象，满足机组FCB工况稳 定运行要求。给水泵汽轮机汽源切换过程参数具 体变化情况见表 2所示。

表 2(Table 2)

表 2 给水泵汽轮机汽源切换过程中参数变化情况

表 2 给水泵汽轮机汽源切换过程中参数变化情况

试验过程中，给水泵出口压力始终大于汽轮机 主汽压力，瞬间最小差压为1 MPa，过程中基本维持 在1.5 MPa左右，控制系统可以稳定进行给水调节， 汽源切换正常，FCB试验成功。

给水泵汽轮机汽源切换及给水流量控制方式 是决定机组FCB成功的关键，汽源切换必须做到正 常、无扰动^[9]。机组甩负荷或进行FCB试验时，信号 触发后需保证锅炉的最低给水量，防止省煤器入口 流量低引发MFT。布连电厂给水泵汽轮机汽源切 换及给水流量控制方式经优化后，可以满足甩负荷 及试验工况的要求，能够实现机组FCB后汽动给水 泵运行稳定的目的。