储能调频系统接入火力发电厂6kV及400V保护配置

涂春雷谢光辉 陈春明

中国电建集团江西省电力建设有限公司 江西南昌 330001             

摘要:储能系统保护配置直接关系到火力发电厂和储能设备运行正常可靠，进而影响到火电厂和储能电站的安全与稳定，近几年，越来越多火电厂改造增加储能调频系统，为保证火电厂的安全经济运行，我们应对储能调频电站配置可靠性、灵敏性、选择性、速动性都很好的保护装置。本论文对储能系统设计方案进行概述，同时分析了变压器保护、高压电源线保护、零序电流保护、母线保护、辅助用电保护，最后通过项目案例进行了介绍。

关键词:储能调频；保护；配置

1、引言

新能源发电的迅速崛起，改变了电力系统中传统能源的占比，光伏、风电等新能源电站的发电波动性和随机性使得电网短时间的能源不平衡进一步恶化，甚至有些地区的火力机组不得不日内启停，电化学储能由于调频速度快，容量可调，联合火力发电机组，成为了很好的调频资源，目前国内众多的火电厂改造，以增加储能系统来提高机组调频能力。

为了保证厂用电系统安全运行，应及时有效的隔离储能调频系统本身发生的各类故障，当储能调频系统内部发生各类故障时不会引起其所接入机组的设备发生误动与损坏，根据厂用电接线、储能系统接线、变压器容量及电压等级等因素，对接入的火力发电厂的储能调频系统装设满足运行要求的快速、灵敏、有选择性、可靠的继电保护装置。

2、电气一次系统方案

以某10MW/5MWh的储能调频项目为例，储能调频系统以四路电力电缆分5MW/2.5MWh和5MW/2.5Mwh分别接入火电厂2台机组厂用6kV母线Ia段、Ib段、IIa段、IIb段，两台机组选择其中一台响应电网AGC运行模式，储能系统的辅助用电电源由双电源切换开关柜并通过两回电缆线路分别接入火电厂0.4kV低压母线。

3、储能调频系统保护

火电厂6kV各段至储能系统的馈线开关需配置综合保护、差动保护和测控装置，主要包括以下配置：高压侧速断、过流保护、差动保护、高压侧负序过流保护、高压侧接地保护、低压侧接地保护、过负荷保护和干式变压器非电量保护，且新增的保护定值需与上一级保护合理配合。

3.1 储能调频系统变压器保护

电力变压器以差动保护或速断保护、瓦斯保护做为主保护，以过流、过负荷、油温等作为后备保护，其中高压侧速断、过电流、零序过电流保护采用微机型综合保护装置安装在高压开关柜内。变压器低压侧母线进线的过电流，可由高压侧过电流保护实现，低压侧断路器具备电流瞬动保护、高压侧开关联调低压侧开关。低压断路器配置脱扣器，过电流保护还可由低压断路器的脱扣器实现。

3.1.1 纵联差动保护

纵联差动保护装置由变压器两侧的电流互感器和继电器等组成，两个电流互感器串联形成环路，电流继电器并接在环路上。因此，电流继电器的电流等于两侧电流互感器二次侧电流之差。

在正常情况下或保护范围外发生故障时，两侧电流互感器二次侧电流大小相等，相位相同，因此流经继电器的差电流为零，但如果在保护区内发生短路故障，流经继电器的差电流不再为零，因此继电器将动作，使断路器跳闸，从而起到保护作用。

3.1.2 电流速断保护

用于变压器绕组内部及引出线上的相间短路故障，变压器电流快速切断时，会在变压器内部产生很大的感应电压，可能击穿变压器绕线的绝缘层，发生事故，电流速断保护瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸。

3.1.3 瓦斯保护

用于保护变压器内部故障及油面降低。800kV及以上的油浸式变压器应装设，轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸，干式变压器没有瓦斯保护。

3.1.4 温度保护

干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度取决于变压器绕组绝缘的安全可靠，绕组温度超过绝缘耐受温度使得绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，通过预埋在低压侧绕组最热处的PT100热敏电阻检测温度信号，将温度信号以4mA-20mA的模拟量输出。当绕组温度达到某一数值（90℃），系统自动启动风机冷却，温度低于某一数值（80℃），系统自动停止风机。当绕组温度超过某一高温度值（125℃），系统输出超温报警信号，若温度继续上升到某值（150℃），输出信号使二次保护动作，变压器跳闸。

3.1.5 过电流保护

变压器流过超过其额定电流时，过电流保护装置动作，切断电流，保护变压器，主要概况为两点：1、外部故障时，仅断开故障侧断路器，对另外两侧的运行无影响；2、内部故障时，可起到后备保护。

3.1.6 过负荷保护

400kVA以上的变压器，当数台变压器并列运行或者单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。

3.2 高压电源线保护

储能调频系统接入火力发电厂6kV厂用电的馈线通常采用电缆线路，一般电缆线路的长度在几百米不等，需根据线路的长度及负荷情况配置相应的保护。

3.2.1 光纤差动保护

储能调频系统至发电厂6kV母线的馈线距离不长，但高压电源线路电流保护在灵敏度、选择性及动作时间不能满足要求，需配置纵联差动保护，纵联差动保护可采用微机型差动保护装置，考虑线路长度过长、电流互感器二次负荷过大，不能满足电流互感器误差要求，同时考虑储能调频系统的接入不能影响机组的运行，必须配置光纤差动保护。

3.3 零序电流保护

零序电流保护是利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。

中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，利用零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。零序过流保护不反映三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。

3.4 母线保护

储能辅助调频系统处于充电工况时，当检测到6kV段母线低电压时，可主动退出运行。

3.5 380V辅助用电保护

380V配电柜需配置继电保护装置，保护功能包括过电流保护，过压、欠压保护，接地不保护，过负荷保护、后加速保护等。

4、继电保护装置配置

（1）6kV变压器进线柜由变压器保护测控装置实现，具备三段过流保护、高压侧零序过流保护、低压侧零序过流保护、过负荷、零序过压保护、低电压保护、手合加速保护、非电量保护。

（2）母线采用母线电压保护测控装置，具备带电压并列、解列功能、低电压保护、过电压保护、零序过压保护、PT 断线判别、非电量保护。

（3）储能设备出线6kV线路采用光纤差动综合保护测控装置，具备光纤电流差动保护、三段式过流、二段式方向零序保护及告警、过流加护保护和零序加速保护、过负荷保护、低压/周减载功能、三相重合闸功能、小电流接地功能、TV断线判别。

（4）380V储能开关柜由低压线路保护测控装置实现，具备过电压保护、过电流保护、电流不平衡保护、过负荷、后加速保护、接地保护。

5、结论

本文对储能调频系统接入火力发电厂6kV厂用电的一次系统方案进行了介绍，概述了变压器保护、高压电源线保护、零序保护、母线保护、辅助用电保护，并通过项目案例介绍了继电保护装置的配置方案。

通过本论文研究，对储能调频系统接入火力发电厂保护配置有了深入细致的了解，为后续储能调频项目设计提供依据，但本论文并未对定值进行分析计算，为后续储能继电保护的研究提供了技术参考。

参考文献

[1]董美艳.AGC储能辅助调频系统在燃煤火力发电厂的应用[J]. 大科技，2020（16）：42-43.

[2]王涛.电厂储能调频系统项目电气二次专业的设计要点[J].光源与照明，2022，（08）：150-152.

作者简介：涂春雷（1988-2），本科学历，中级工程师，机电一体化，主要从事机电工程EPC总承包工作。

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