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。
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
FCB功能依赖的是汽机旁路系统、汽机调速系统、锅炉给水系统、发电机励磁系统等系统的硬件支撑，更需要FCB触发、快速切断燃料、快速稳燃、甩负荷转速控制等控制逻辑的精准控制。新建机组的设计过程中以及机组改造过程中，往往会出现不合理的参考其他工程的设计和应用，对机组的实际接线及配套系统解析不全面，FCB功能设计不完善，产生新的安全隐患。如某发电厂新建两台660MW超超临界机组，采用无GCB的发变组单元接线方式，主母线为220kV双母双分段，11回出线。设计人员参考660MW机组配套500kV送出方式，在汽轮机ETS保护中电气联跳回路仅设置了发变组保护动作（二取一），未设置发变组开关分闸状态联跳，也未配置零功率切机保护，为FCB功能的实现提供了可能性。但是机组DCS系统并未配置完整的FCB触发逻辑。若220kV母线故障触发母差保护动作、发变组开关偷跳或误拉，运行人员手动处理不当极易造成汽轮机超速、锅炉长时间超压、发电机机端电压突升等严重事故。
2.5 误区五：脱离实际需要，盲目追求高指标
FCB功能实现的难度高且风险大，涉及机、炉、电、热等多专业，对于机组是最严峻的综合考验。一般具备FCB功能的机组要求完成50%、100%负荷下的FCB试验，很多资料（如文献[2]）都证明了50%负荷下的FCB过程中机组工况的变化激烈程度相对较弱，对辅助系统的要求较低。而在台风等特殊天气情况下，电网因用户骤减，机组一般都处于最低技术出力状态。只要机组能维持稳定运行，对于后期的电网系统恢复具有重要的“火种”作用。因此，机组中、低负荷水平下的FCB功能更具现实意义和实用价值，并且实现难度和代价要较高负荷状态下的FCB功能要小很多。
3 机组FCB配置原则
通过对上述机组FCB功能设计和改造过程中的常见误区的分析，得出了机组FCB配置的原则。
1）对电网系统稳定性的影响及黑启动的电源布点要求，是否要求机组具备FCB功能应由电网侧提出明确要求。如文献[2]广东电网对台山电厂#6机组提出FCB功能要求。
2）一般认为出线较少、线路较长；送出配电装置为户外的另外所处地区有特殊气候环境（台风、沙尘暴、冰灾等）的机组可配置FCB功能。
3）高压启动/备用变压器电源可靠性低的机组可配置FCB功能。如高压启动/备用变压器电源来自机组高压主母线，而出线数量少于4回。
4）应从电网及机组实际需求出发，确定FCB功能目标，全面剖析FCB过程，找出薄弱环节，制定切实可行的设备改造计划和技术措施。
表2 机组FCB功能基本条件对比
表3 机组FCB功能可行性对比分析
4 实例分析
浙南某发电厂“上大压小”工程扩建两台660MW超超临界机组（#7、#8机组），采用无GCB的发变组单元接线方式，主母线为220kV双母双分段。220kVⅠ段母线连接660MW、330MW机组各一台，6回出线，220kVⅡ段母线连接660MW、330MW机组各一台，5回出线。目前220kV双母合环运行，远景规划为分列运行，主接线如图1所示。对比已完成FCB试验的兰溪电厂#3机组，从主机及辅助系统配置情况来看, 某电厂#7、#8机组具备FCB功能改造的基本条件，详见表2。
参照机组FCB配置的原则对某电厂#7、#8机组和兰溪电厂#3机组进行对比分析。兰溪电厂送出通道及高压备用电源可靠性都低，选择一台机组配置FCB功能是必要的。文献[3]也表明了通过对热工和电气控制系统的改造实现FCB功能是可行的。但在现阶段的电网运行方式下，某电厂#7、#8机组送出通道及高压备用电源较可靠，无配置FCB功能的需求，应完善汽轮机ETS保护中电气联跳回路，消除安全隐患[4]。某发电厂地处浙江沿海地带，极易受台风的影响，台风期间输出线路跳闸频繁。根据“上大压小”工程送出方案的远景规划220kV母线将分列运行，主接线的可靠性将降低。因此，通过改造控制系统实现机组低负荷水平下的FCB功能是必要的和可行的，可行性对比分析见表3。
图1 某电厂一次主线图
5 结论
在保障电网、电厂安全稳定运行方面FCB功能是有重大作用的。科学、合理地运用机组FCB配置的原则，客观地分析电网及机组的实际情况，可以缩短改造周期，提高FCB成功率。可为电网和电厂带来巨大的安全效益和经济效益。
参考文献：
[1]郭萌,何亚刚,顾春玉,等．660MW超超临界机组快速甩负荷控制策略及其试验[J]．电力建设,2014,35(9)：97-102．
[2]宫广正．国产分散控制系统实现台山电厂1000MW机组FCB功能[J]．中国电力,2014,47(8)：107-111．
[3]王学根,腾卫明,舒畅．通过控制系统改造实现国产600MW超临界机组FCB功能[J]．中国电力,2009,42(10)：73-76．
[4]曹泉． 国外火电机组FCB试验的经验与教训[J]． 湖北电力, 2011,35(s2)：14-16(Ⅱ)：14-16．
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