熔盐储热项目变压器低压侧断路器设置分析_周飞.pdf

上海电气技术 ，（）收稿时间：第一作者简介：周飞（），男，博士，高级工程师，主要从事发电厂热能控制工作熔盐储热项目变压器低压侧断路器设置分析周飞高峰陈予伦胡高斌兀鹏越蔡西忠蒋柯江苏国信靖江发电有限公司江苏泰州 西安热工研究院有限公司西安 摘要：基于某发电厂熔盐储热项目电气系统，针对这一项目电气系统变压器低压侧不设置断路器这一问题，从标准规范、安全性影响、运行方式等方面进行分析。通过分析得出结论，对于所研究的熔盐储热项目，电气系统变压器低压侧不设置断路器对系统的安全无实质性影响，具有较高的可行性。关键词：熔盐储热；变压器；断路器；设置；分析中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，：；分析背景近年来，随着风电、光伏等大规模新能源发电系统的并网，电网频率的波动越来越大，极大影响了电网的安全稳定运行。由此，电网的调频能力至关重要。熔盐储热技术凭借响应速度快、可调节性强、成本低廉、环境友好等优点，可以与火电机组联合进行自动发电控制调频，成为当前电网电源结构下的一种新兴技术。熔盐储热系统使用电厂高压厂用变压器作为电源，经开关柜、变压器等电气设备与电加热器连接，将来自低温罐的熔盐加热后存储到高温罐中。笔者针对熔盐储热系统变压器低压侧不设置断路器，直接与电加热器相连这一问题，从标准规范、安全性影响、运行方式等方面进行分析，最终得出结论。系统介绍江苏某发电厂基于熔盐储热的调频调峰项目电气系统接线如图所示。其中，母线采用两段单母线接线方式，分别为 熔盐段母线和 熔盐段母线。熔盐段母线新建回 电源进线、回熔盐变压器出线，熔盐段母线新建回 电源进线、回熔盐变压器出线。每台熔盐变压器高压侧设置 高压断路器，低压侧新建 回电加热器调功支路，每个调功支路设置一台塑壳断路器。研究所涉及的熔盐储热电气系统，其变压器低压侧拟不设断路器。对此问题，笔者从标准规范、安全性影响、运行方式等方面进行分析。标准规范分析分析现行标准中与本次研究相关的内容。火力发电厂厂用电设计技术规程、大中型火力发电厂设计规范、小型火力发电厂设计规范 对低压厂用变压器低压侧是否设置断路器并没有进行规定。及以下变电所设计规范 规 ，（）上海电气技术图熔盐储热项目电气系统接线定，变压器二次侧电压为 及以下的总开关，宜采用低压断路器，当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。接线形式火电厂的厂用电通常采用暗备用接线方式，如图所示。图暗备用接线方式暗备用接线适用于一级、二级负荷的供电系统，变压器同时供电，母联断路器平时断开，两段低压母线分列运行。根据 相关条款，当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器，即当采用暗备用接线形式时，变压器低压侧必须采用断路器。但是，本次研究电气接线方式中，母线负荷为三级负荷，采用单一电源供电，不再设置暗备用电源，无自动切换备用电源的要求，因此变压器低压侧不是必须采用断路器。管理方式根据 相关条款的说明，变压器低压侧总开关采用低压断路器时，可在低压侧带负荷切断电源，断电后恢复送电也比较及时，这对电工管理范围以变压器为分界的企业来说尤为必要，因为这样可减少往返联系，缩短恢复供电和停电时间。可以看出，仅在 中涉及到变压器低压侧配置断路器，其理由是为了用电企业管理上的方便，而不是出于安全性的考虑。本次研究所涉及项目，低压厂用电系统和 高压厂用电系统同属于电厂管理，不存在以变压器为分界进行管理的要求，断电后恢复送电较为方便，并无设置断路器的需求。综合以上分析，现行设计标准对变压器低压侧设置断路器并未有强制性规定，本次研究所涉及项目与火电厂有所区别，变压器低压侧不设置断路器有自身的合理性。安全性分析 倒送电可能性发电厂低压厂用变压器的低压侧设有联络开关，发电厂低压厂用变压器低压侧设有断路器。若低压厂用变压器低压侧不设置断路器，则当联络开关合闸时，会导致倒送电。因此，对于低压侧设有联络开关的接线方式，必须配置低压侧断路器，这样可以保证系统的安全性。本系统中，变压器低压侧未设置联络开关，不存在倒送电的可能性，因此不会影响系统的安全性。继电保护影响对变压器低压侧设置断路器和不设置断路器两种情况进行对比分析。保护配置（）设置断路器。根据 厂用电继电保护整定计算导则 相关条款，低压厂用变压器低压侧开关采用断路器本体脱扣器保护，即长延时过电流保护和短延时过电流保护。其中，长延时过电流保护实现过负荷保护，短延时过电流保护实现短路保护。另外，根据 相关条款，低压厂用变压器高压侧综合保护可设置第一段电流速断保护和第二段定时限过电流保护。（）不设置断路器。根据 相关条款，低压厂用变压器综合保护可设置三段过电流保护，第一段为电流速断保护，第二段为定时限过电流保护，第三段为低压厂用变压器、低压母线及下一级设备经过渡电阻短路故障电流小于定时限过电流保护动作电流的辅助保护。第三段可采用反时限过电流保护。上海电气技术 ，（）定值整定（）设置断路器。长延时过电流保护，动作电流按避开低压厂用变压器低压侧额定电流整定。动作时间按与下级保护最长动作时间配合计算，并且应避开大容量负荷供电段上过负荷持续时间，包括电动机最长自启动时间。以 变压器为例，低压侧额定电流为 ，则低压侧断路器长延时动作电流可取 的 倍，实际可根据脱扣器的设置范围进行取值。短延时过电流保护应与下级瞬时或短延时保护最大动作电流配合整定，同时应避开所带负荷的过负荷电流，包括所带电动机整组自启动电流。短延时保护一般采用定时限动作方式，动作时间应当与下级短延时保护最长动作时间配合计算。以 变压器为例，低压侧额定电流为 ，则低压侧断路器短延时动作电流可取 的倍，实际可根据脱扣器的设置范围进行取值。短延时动作时间可取，灵敏因数约为。低压厂用变压器的电流速断保护按避开变压器低压侧出口三相短路时流过保护的最大短路电流整定，同时应避开变压器励磁涌流。当低压厂用变压器高压侧采用断路器时，动作时间可取。以 变压器为例，速断保护动作电流按避开低压侧出口三相短路时流过高压侧的最大短路电流 整定，可取 的 倍，动作时间可取。过电流二段动作电流按避开低压厂用变压器所带负荷的过负荷电流整定，包括需要自启动的电动机最大启动电流。动作时间按与下一级过电流保护，通常为低压侧断路器短延时保护的最大动作时间配合整定。以 变压器为例，高压侧额定电流为 ，则过电流二段动作电流可整定为 的 倍，动作时间按与低压侧断路器短延时保护配合整定为，灵敏因数约为。（）不设置断路器。低压厂用变压器的电流速断保护按避开变压器低压侧出口三相短路时流过保护的最大短路电流整定，同时应避开变压器励磁涌流。当低压厂用变压器高压侧采用断路器时，动作时间可取。以 变压器为例，速断保护动作电流按避开低压侧出口三相短路时流过高压侧的最大短路电流 整定，可取 的 倍，动作时间可取。过电流二段动作电流按避开低压厂用变压器所带负荷的过负荷电流整定，包括需要自启动的电动机最大启动电流，动作时间按与过电流一段动作时间配合整定。以 变压器为例，高压侧额定电流为 ，则过电流二段动作电流可整定为 的倍，动作时间按与 馈线瞬时保护配合整定为，灵敏因数约为。过电流三段通常采用极端反时限动作特性，动作电流按避开厂用变压器高压侧额定电流或正常最大负荷电流计算，动作时间按避开所带负荷的过负荷电流持续时间计算。以 变压器为例，高压侧额定电流为 ，则过电流三段动作电流可整定为 的 倍。故障分析短路故障分析如图所示。故障点分别为变压器点、母线点、调功器点。图短路故障分析当短路故障位于点，即变压器内部或其引出线处时，变压器高压侧配置的速断保护或过电流 ，（）上海电气技术保护动作，切除发生故障的变压器，与变压器低压侧是否配置断路器无关。当短路故障位于点，即加热器或其进线处时，加热器进线塑壳断路器的瞬时脱扣保护动作，切除发生故障的加热器，与变压器低压侧是否配置断路器无关。只有当故障位于点，即 母线处时，变压器低压侧是否配置断路器的动作情况才会有所不同。当设置断路器时，变压器低压侧断路器的短延时脱扣保护动作，切除 母线。当不设置断路器时，变压器高压侧配置的过电流二段保护或过电流三段保护动作，断开变压器高压侧断路器，切除发生故障的 母线及相应的低压厂用变压器。继电保护性能（）快速性。根据 ，保护定值应满足选择性要求，各级保护间应要求动作值和动作时间逐级可靠配合。因配合级数过多而影响上级保护的快速性时，可减小时间级差。时间级差可取 ，不应小于。厂用馈线两端保护应有定值和时间上的配合，但当保护配合困难或因配合级数过多而影响上级保护的快速性时，厂用馈线两端保护可不考虑定值和时间的配合。当低压厂用变压器低压侧不设置断路器时，变压器高压侧的过电流二段保护可以不与低压侧断路器的短延时过电流保护配合，只与 馈线的塑壳断路器的瞬时保护配合，动作时间更短，提升保护的快速性。（）灵敏性。当低压厂用变压器低压侧不设置断路器时，高压侧的过电流二段保护对变压器低压侧的短路故障具有灵敏度，灵敏因数约为，远大于整定计算导则要求的。同时，高压侧的过电流保护可增加过电流三段保护，提供对低压厂用变压器、低压母线及下一级设备经过渡电阻短路故障电流小于定时限过电流保护动作电流的辅助保护。（）选择性。当低压厂用变压器低压侧不设置断路器时，可能会牺牲一定的选择性，即当 母线发生短路故障后，低压厂用变压器直接跳开高压侧断路器。但是，相比低压厂用变压器设置断路器的情况，并没有导致故障范围扩大，仅仅增加断电后恢复送电的时间。断路器保护性能比较见表，可以看出，设置断路器会使保护性能更佳。因此，变压器低压侧无论是否设置断路器，继电保护配置均符合标准要求。表断路器保护性能比较项目不设置断路器设置断路器快速性更快快灵敏性满足满足选择性一般较好 变压器空载合闸影响 母线动作使变压器高压侧断路器断开的情况主要有两方面。第一，母线故障会使变压器高压侧断路器跳闸，故障修复后会导致变压器空载运行。第二，母线设备检修，需要断开变压器高压侧断路器。母线出现故障是小概率事件，并且 母线设备检修定期进行，上述两种工况每年发生的概率很低，出现次数极少，与变压器能承受的正常空载运行寿命不具有可比性。质量合格的变压器，在整个寿命周期内都具有承受空载运行而不发生异常的能力。因此，变压器低压侧未设置断路器导致空载次数增加，不会对安全性产生影响。综上所述，变压器低压侧不设置断路器，并不会影响系统的安全性。运行方式分析一方面，变压器低压侧不设置断路器，熔盐储热系统可以正常运行。另一方面，变压器低压侧未设置断路器，当 母线及电加热设备检修时，需要断开变压器高压侧断路器，扩大检修停电范围。结束语笔者以江苏某发电厂基于熔盐储热的调频调峰项目电气系统为研究对象，对这一系统变压器低压侧断路器的设置问题进行分析。现行大部分标准对变压器低压侧是否设置断路器没有明确规定。研究所涉及的熔盐储热系统，接线方式与一般发电厂低压厂用变压器不同，不存在倒送电问题，变压器低压侧不设置断路器并不存在安全性风险。经核算可得，采用变压器低压侧不设置断路器的接线方式，不影响继电保护的快速性和灵敏性，并且不会导致故障范围扩大。（下转第 页）上海电气技术 ，（）护单位检查维护次数，节约了维护成本。网络化改造还降低了调度员和集控值班员的监控工作强度，为电网的安全运行打下良好的基础，为事故分析提供可靠依据。参 考 文 献陈建，刘雪飞，刘海鹏，等基于告警直传的远动遥信数据快速比对方法的研究与应用 电工技术，（）：漆展 一起远动装置误发遥信信号的分析及改进中国设备工程，（）：曾王杰，郑文棋，张东明，等变电站远动装置遥信误发原因分析及优化 科技创新导报，（）：，（编辑：尔东）（上接第 页）结束语用可编程序控制器比例积分微分控制功能来实现坨二联合站三相分离器液位恒定自动控制，使动态响应速度和液位控制精度得到提高，实现全过程无人监控，促进油田发展。当然，坨二联合站可编程序控制器控制系统在实际运行中也存在一些不稳定现象，需要后续进一步改进。坨二联合站可编程序控制器控制系统提高了站库信息化水平，提升了生产效率，降低了人工