引言
自从2001年美国加州大停电后，国内各电网公司大力研究电网大停电后“黑启动”的技术，发电机组在没有任务外来电源的条件下进行“黑启动”是极为困难之事，对火力发电机组更是难上加难试想如果在电网事故大停电时能保留部分电源点，避免被迫实施“黑启动”才能队复电网的被动局面，通过保存下来随时能向外供电的发电机组，“星星之火”逐步燎原，使电网队复，这是电网出现大停电不幸灾难之时的大幸之事正是火电机组的 FCB 功能，在电网崩溃时能使机组幸存下来 。
二、FCB的功能和作用
FCB( FAST CUT BACK ) ，是指火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，机组主变出线开关跳闸，不联跳汽机和锅炉，发电机带机组的厂用电运行，汽机保持3000r/min，锅炉快速减少燃料量，高低压旁路快速开启，实现机组仅带厂用电的“孤岛运行”另外发电机和汽机故障跳闸也可实施FCB功能，保持锅炉继续运行此时，机组辅机的电源快切到其他正常电源，锅炉快速减少燃烧率，高、低压旁路快速开启，如果是发电机出线部分故障跳闸，汽机仍可保持3000 r/min空载运行；如果汽机故障跳闸，则停机不停炉。
锅炉启动比较复杂，过程时间比较长，如果机组能做到非锅炉侧故障跳闸时FCB成功，维持锅炉运行，对电网和电厂都是有利的根据机组跳闸的统计和分析，绝大部分跳闸是保护误动作或很快能消除的故障，所以如果FCB成功，消除故障后，机组能很快队复发电，即有利于电网安全，也能节约锅炉重新启动的成本，又减少了锅炉跳闸造成的寿命消耗。
尤其电网侧故障时带厂用电的 FCB 功能，不仅能使机组随时队复供电，而且当电网大停电故障时，这些机组能快速有效地恢复电网，另外电网部分解裂时，电网合理设置和运行，使用 FCB 功能可能实现小区域电网的运行。
三、FCB的实施
FCB 功能是对机组设备、运行技术和控制性能重大挑战，是火电机组最难实现、风险最大的功能，由于 FCB 对设备的要求比较高、对控制要求比较高、试验安排比较困难、动作不当容易引起设备损坏，所以目前很少机组能实现 FCB 功能。
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3.1 FCB对机组工艺和设备的要求
如图1是机组简单的热力系统示意图，机组工质的循环如图2，机组正常运行时，机组工质的循环如图2“点划线”下部，锅炉产生的高温高压蒸汽经高压汽门进入高压缸作功，其排汽进入锅炉再热器升温，再经中压汽门进入中、低压缸作功，汽机把蒸汽的热能转换成机械能，并由发电机转换成电能供给电网。低压缸的排汽通过凝汽器凝结成水，并由凝泵和给泵把水打回锅炉。
FCB工况下，由于进入汽机的蒸汽大幅度减少或切断，原进入高压缸的蒸汽由高旁替代，原进入中、低压缸的蒸汽由低旁替代，如图2“点划线”上部，保持机组工质循环，保持机组能量平衡大部分机组的旁路系统用于配合机组启动，启动时首先旁路系统配合锅炉升温升压，汽机冲转、升速、并网、带初负荷，旁路系统维持高、中压缸的进汽参数。另外机组运行时旁路系统用作蒸汽压力过高时的泄压功能。
FCB 动作是对机组最大考验，汽轮发电机大幅度甩负荷，汽机热应力、轴系和转速会发生最大变化。锅炉汽水系统受到最大的冲击，同时承担快速减负荷( RUNBACK ）风险。汽动给水泵需要经历汽源切换，同时大幅度的转速变化，所有辅都将经历大幅度的变化过程这些设备任何一个出现问题，FCB 将会失败。
从图1可知，为了维持机组工质平衡和循环，汽机和旁路的蒸汽通流量之和要等于锅炉的蒸汽流量，为了维持机组能量平衡，流过汽机和旁路的蒸汽参数要与机组热力平衡的要求相匹配当FCB时，汽机瞬间快速关闭，旁路必须同步快速打开，满足锅炉蒸汽量流通要求，维持机组工质平衡，可见FCB要求旁路能快速打开，其速率与汽机调门的快关的速率相当，另外其容量要足够大。
容量足够大旁路系统是实现FCB的前提，目前外高桥二期二台900MW机组和外高桥三期二台l000MW机组的旁路系统按欧洲大机组的要求配置，高压旁路设计100% BMCR，此旁路兼作高压安全门，但出于投资的考虑，低压旁路没有设计 100% BMCR，低压旁路容量为50% BMCR，另配再热安全门，由于这种旁路系统容量能通过锅炉最大出力的汽量，所以能很好地满足FCB的功能要求，2004年9月外高二期＃6机组在满负荷时进行了FCB试验，2007 年3月#7机组进行了全面FCB试验，成功实现了FCB 功能。
目前大部分机组配置的是35% BMCR 旁路系统，这种旁路系统主要用于机组启动。如果要实现 FCB 功能，锅炉出力在发生 FCB 时必须快速降至旁路能通过的最流量，一般锅炉不投油最低能运行负荷为 40 % BMCR，可见即使锅炉能快速下降至 40 % BMCR ，旁路系统容量也不够，考虑 5% BMCR 蒸汽泄放阀也快速打开，容量上勉强可以满足 FCB 的要求，但由于锅炉的热惯性，锅炉负荷不可能快速从近满负荷下降到 40 % BMCR ，所以锅炉的蒸发量下降速率也达不到要求，所以配这种旁路系统的机组 FCB 成功的可能性很小。
热力系统设计时应考虑 FCB 时的工质平衡和回收，如果低旁容量不能达到 100 % ，应尽量增加蒸汽的使用量，有一个高加的汽源来自冷再，增大此高加的容量有利于实现 FCB 另外除氧器在 FCB 时正常的抽汽汽源失去，可能考虑使用冷再蒸汽代替，这样即解决了 FCB 时除氧器的汽源问题，同时有利于 FCB 时的工质平衡回收。
3.2 FCB 的控制
即使机组工艺和设备能满足 FCB 的要求，要可靠实现 FCB 仍有较大的困难，FCB是火电机组最难的控制功能，它几乎涉及到所有的机组控制系统，这里分汽机、旁路、锅炉等方面来说明 FCB 的控制方案。
非汽机跳闸的 FCB 时汽机控制转速，维持汽机转速3O00RPM；旁路控制机组的汽温和汽压，维持机组工质和能量和平衡；锅炉快速减负荷使蒸发量不超过旁路的容量。
3.2.1 FCB 的汽机控制
在非汽机跳闸的 FCB 时，汽轮发电机立即转为转速控制方式，确保整个过渡过程的转速变化在允许范围内，并在过渡过程结束后维持转速稳定，这对汽机的转速控制提出了较高要求励磁调节系统要保证发电机电压。
甩负荷时，发电机的磁力突然接近零或到零，汽机高中压缸的调节汽门快速关闭，由于调门的关闭速度小于发电机甩负荷，汽机的转速会出现飞升其飞升幅度取决于机组当时出力，出力越大飞升幅度越大其飞升幅度还取决于调门快关时间，快关时间越长上升幅度越大，另外还取决于调门关闭的严密性和汽轮发电机的转动惯量由于带厂用电的 FCB 比 3O00RPM 空载时发电机甩负荷量小些，所以汽机转速飞升幅度也小在汽机转速回降时，调门重新开启应及时，避免出现汽机转速过低，一般汽机转速在一分钟左右能达到稳定。
如果汽机转速飞升过大，汽机会因超速而跳闸，过低的转速不能维持所带辅机的正常运行，机过渡到空载带厂用电的 FCB 失败，辅机可以快切到其他电源继续运行，汽3000RPM 的运行方式。
3.2.2 FCB 的旁路控制
旁路可视作一个减温减压器，其控制功能和性能是 FCB 成功的关键 FCB 动作时，汽机进汽调门快关时，旁路以相当的速度快速打开高、低旁路，取代汽机的蒸汽通道，锅炉带旁路运行，保证锅炉出口蒸汽有出路，锅炉不超压。在汽压队复后，控制汽压和汽温，满足机组的运行要求。高旁控制主汽压力，其配备的减温水控制高旁的出口汽温；低旁控制中压缸进汽压力，同样其配备的减温水控制低旁的出口汽温。汽压如何过渡到 FCB 下机组运行要求是重要的，对于汽机要求的汽压比较低，但汽压变化过快过大对锅炉的运行不利。
对于 100% BMcR 的旁路系统，其流通量控制可跟随锅炉的蒸发量，随着锅炉蒸发量的减小而减小对于 35 % BMCR 的旁路系统，旁路系统基本开足，FCB 动作前期还要通过蒸汽泄放阀释放掉部分工质，机组主要通过锅炉减负荷来达到工质和能量的平衡。
3.2.3 FCB 的锅炉控制
如果是100% BMCR 的旁路系统，锅炉侧控制任务比较轻，如外高桥二期和三期的旁路系统，一旦 FCB 发生，锅炉可以按 RB 控制方式使锅炉蒸发量降至50％。但实际的热负荷的降低有数分钟的惯性延迟，此时仍有可能会使再热器超压而导致迅速开启再热安全门，再热安全门的打开会带走一定的工质，造成工质循环不平衡，在满负荷的情况下，只消数分钟便会造成工质链中断而导致机组跳闸，所以如何使锅炉负荷迅速降至 50 ％以下并稳定运行，及时补充工质，亦是 FCB 成功的关键之一。
正常运行时，汽动给水泵的汽源来自汽机抽汽，甩负荷后，抽汽压力迅速跌落要使汽动给水泵维持运行，必须迅速将其切至备用汽源，好在由于高压旁路的快速开启，作为备用汽源的冷再热蒸汽依然存在。汽泵汽源快速由抽汽切换至冷再对 FCB 成功是十分重要的，若汽源切换失败，发生汽泵跳闸 FCB 成功就比较困难了。因为即使电动给水泵及时启动，由于带液力藕合调速装置的电动给水泵启动到出水的时间较长（通常要20多秒），直流锅炉煤水比的平衡也容易被破坏而导致锅炉跳闸。
对于 35 % BMCR 的旁路系统，一旦 FCB 发生，锅炉必须以最快的速度把燃烧率降到锅炉最低不投油的出力（40 % BMCR )，锅炉能否在这种情况不熄火将是首先面临困难由于锅炉较大的热惯性，即使旁路和蒸汽泄发阀快速全开，汽压仍会大幅度上升，尤其机组在近满负荷时发生 FCB，汽压上升幅度会导致蒸汽安全门动作，锅炉存活的可能性很小。另外此时汽压会有大幅度的变化，再加上汽泵的汽源切换，汽水系统也会面临很大的困难，汽包炉可能发生汽包水位越限 MFT ，直流炉可能发生给水流量低或分离器温度高 MFT 所以配 35 % BMCR 的旁路系统的机组 FCB 成功率较低。
四、FCB 服务电网
带厂用电的 FCB 成功，如果电网正常，机组很快能重新并网，队复供电如果电网出现大停电事故，如何利用 FCB 存活下来的机组逐步队复电网哪？
首先电网应合理设置形成一个小电网，并使此小电网处于空载状态，机组主开关合闸，电网侧逐步增加负载，机组利用汽机的调速功能控制小电网的频度，机组励磁调节系统控制小电网电压，旁路控制机组的汽温汽压，锅炉蒸发量保持稳定。当负荷的增加较大时，可以启动电网内的其他机组，随着电网的容量增加，电网的频率逐步过度到由电网调度统一控制，机组切换到负荷控制方式，但仍保留较强的一次调频功能，旁路逐步关闭，机组逐步队复到正常的运行方式。
目前机组的控制依据电网侧有电，所以在主开关合闸后机组进入负荷控制方式，电网的频率由电网统一控制，所以需要增加小电网的频度控制功能机组如何满足能小电网运行的控制要求需要深入的研究和试验。
需要研究和设计一个性能优良的汽机调速系统，它应能在负载较大幅度变化时能稳定小电网的频度。需要研究用于小电网运行的励磁调节系统，和电网的运行方式需要优化旁路控制系统，使其在汽机负荷大幅度变化时能可靠保证机组的汽温汽压，并且使机组平衡过渡到正常的运行方式。
再引伸一下，如果电网发生重大事故时，一个小区域与大电网解裂，形成一个小电网，此区域内有 FCB 能力的机组完全有可以使这个小电网保存下来。对于一个具有自备发电厂的大型企业，它供给电网电量较小，如果电网事故时，与电网解裂，孤网运行，由于机组甩负荷的幅度较小，更容易利用类似机组 FCB 功能在电网大事故时保存本区域电网。
五、结语
1) FCB 有利于电网和电厂
FCB 能使电网大事故时保存部分电源点、还可能保存一块区域电网，为电网的队复奠定了基础。FCB 能在出线、汽机、发电机故障消除后千即陕重新并网供电，减少了机组的电量损失、节约了锅炉重新启动的成本，减少了锅炉跳闸造成的寿命消耗。
2) FCB 队复电网的控制策略需要研究
目前机组的 FCB 功能不能满足电网大停电后的队复要求，需要深入研究 FCB恢复电网的控制策略和运行技术。
3）大容量旁路系统是 FCB 成功的前提
没有大容量旁路系统，难以实现机组 FCB ，所以机组应设计大容量旁路系统采用大容量旁路系统可以取消过热器和再热器的安全门、取消蒸汽泄放阀，所以投资增加不大，同时电网应适当给补偿有 FCB 功能的机组
4）提高机组 FCB 的成功率
由于机组 FCB 的技术难度较大，其动作的成功率较低，而且使用不当可能损坏机组设备所以需要投入力量对有可能实现 FCB 的机组进行研究、改进和试验，使 FCB 功能可靠投运。
作者简介：沈丛奇，男，华东电力试验研究院副总经理。长斯从事火电厂过程控制方面的工作，在火电厂热工控制方面有较高的技术水平。承担过大型火电厂控制系统的调试、功能设计和DCS控制逻疆组态等工作。
