变电站与电力系统继电保护

-PAGE12--PAGE13-中文3826字附录1：外文资料翻译A1.1SubstationandPowerSystemProtectionWiththedevelopmentofundertakingoftheelectricwirenetting,thepatternofnationalnetworkhasalreadytakenshapebasically.Scientificandtechnologicallevelraise,electricenvironmentalprotectioncanstrengthen,makescientificandtechnologicalcompetenceandadvancedinternationalstandards,Chineseofpowerindustryclosedaybyday.Electricmanagementlevelandservicelevelarebeingimprovedconstantly,strategicplanningmanagementofelectricpowerdevelopment,productionoperatemanage,electricmarketadministrationandelectricinformationmanagementlevel,high-qualityservicelevel,etc.generaltoraiseenterprise.Thepurposeofasubstationistotransformthecharacteristicsoftheelectricalenergysuppliedtosomeformsuitableforuse,asforexample,aconversionfromalternationcurrenttodirectcurrentfortheuseofcityrailwayservice,orachangefromonevoltagetoanother,oronefrequencytoanother.Theirfunctionsinclude:Tap.─TObeeconomical,transmissionoflargeramountsofpoweroverlongdistancesmustbedoneatvoltagesabove110,000volts.Substationsforsupplyingsmallamountsofpowerfromsuchhigh-voltagelinesarenotsatisfactoryfromthestandpointofoperationandarealsouneconomical.Itis,therefore,commonpracticetoinstallafewsubstationsatadvantageouspointsalongthehigh-tensionlinesandstepdownthehigh-transmissionvoltagetoalowersecondary-transmissionvoltagefromwhichnumeroussmallloadsmaybesupplied.Distribution.─Anysubstationthatisusedtotransformelectricalenergytoapotentialthatislowenoughforgeneraldistributionandutilizationisadistributingsubstation.Suchasubstationwillgenerallyreceiveitsenergyoverafewcomparativelyhigh-tensionlinesanddistributeitoveralargenumberoflow-voltagelines.Industrial.─Whenfairlylargeblocksofpowerarerequiredbyindustrialplants,itoftenbecomesnecessaryandadvisabletoinstallanindividualsubstationtosupplysuchaloaddirectlyfromthemainhigh-voltagelineorsecondarylineoflowervoltage.Itssimplestformwouldcompriseonlyswitchingequipment,therebeingnovoltagetransformation.Inmostcasesavoltagetransformationisprobablyneeded;hencetransformerequipmentisincluded.Sectionalizing.─Inverylonghigh-voltagelargecapacitylines,particularlywhenseveralcircuitsareruninparallel,itisoftennecessarytosplitthelinesintosections,inorderthatproperprotectiontothelineandservicecanbeobtained.Suchasubstationis,therefore,helpfulinsectionalizingdamagedsectionsofaline,providingcontinuityofservice.Suchasubstationwillgenerallycompriseonlyswitchingequipment.Inlonglinesitmayalsoservetosupplypower-factor-correctingequipment.Transmission-lineSupply.─Itisbecomingmoreandmorecommontoinstallthehigh-tensionequipmentofapowerplantoutdoors,theinstallationbecomingnothingmorethanastep-upsubstationreceivingitspoweratgeneratorvoltage,thensteppingupitsvoltageandfinallysendingitoutoverhigh-voltagetransmissionlines.Suchasubstationisnothingmorethananoutdoordistributingsubstationturnedaround,thevoltagebeingsteppedupinsteadofsteppeddown.Power-factorCorrection.─Thevoltageattheendoflonglinestendstoincreaseastheloadsuppliedisdecreased,whileontheotherhandittendstodecreaseastheloadisincreased.Owingtotheinductanceandcapacityeffects,thisvariationinvoltageisaccompaniedbyawidevariationinpowerfactorofaline,itisnecessarytousesynchronouscondensersattheendoftheline.Tosupplysuchamachinethetransmission-linevoltagemustbesteppeddown,henceapower-factor-correctingsubstationwillincludeswitchingequipment,transformers,andallequipmentnecessaryfortheoperationofsynchronouscondensers.Railway.─Substationssupplyingrailwaysmaybegenerallyclassifiedundertwoheads,namely,asalternatingcurrentandasdirectcurrent.Inthecasesofalternating-currentsubstationstheproblemisgenerallyoneofvoltagetransformationandofsupplyingsingle-phasepowertothetrains.Itis,however,possibletosupplysingle-phasetothree-phaseinsidethelocomotivebytheuseofaphaseconverter.Inthecaseofdirect-currentrailways,thesubstationsaregenerallysuppliedwhitthree-phasepowerandconvertedtodirectcurrentbymeansofrotaryconverters,motor-generatorsets,orrectifiers.DirectcurrentforLightandPower.─Therearestillafewsectionsinsomeofoutlargecities,whicharesuppliedwithdirect-currentthree-wiresystems.Suchasupplyisinvariablyobtainedfromsynchronousconverters.Therearealsocertaintypesofmotorloadsinindustrialplants,whichrequiredirectcurrent.Becausemanycitieshaveexperiencerapidgrowth,theirsubstationshaveoftenreachedthelimitsoftheircapacity.Asaresult,downtowndistributionsystemsareoftenoverworkedandmanyneedamajor,overhaul,overhaul,orexpansion.However,spaceisscarce.Downtownbusinessownersdonotwant“ugly”newsubstationmarringthearea’sappearance,butnordobusinessesandresidentsgridtheprospectofgriddisturbances.OneexampleofasystemcapableofintegratingequipmentmonitoringwithsubstationautomationistheGEHarrisintegratedSubstationControlSystem(ISCS).Thesystemcanintegratedatafrombothsubstationsystemandequipmentonlinemonitoringdevicesintoacommondatabase.Thedatacanthenbeprocessedbyanexpertsystemintoinformationonthestatusandhealthofmonitoredequipmentusingself-diagnosticprograms.ThisinformationisthensenttoaCMMSforautomaticgenerationandtrackingofmaintenanceworkordersleadsdirectlytothesignificantefficienciesfoundwithcondition-basedmaintenanceprograms.ABBPoweranditsindustrypartnershavecombinedtodeveloptheABBPowerSystemsoftware.Thesystemcontainsadiagnosticandmaintenancesystemthatreportsnecessarymaintenancebeforefailure.Itallowsutilitiesandindustrialcustomerstoeasilyexpandfromasinglecomputertoafullsystem,withoutre-engineering.thedirectionalprotectionbasisEarlyattemptstoimprovepower-servicereliabilitytoloadsremotefromgenerationledtothedual-lineconcept.Ofcourse,itispossibletobuildtwolinestoaload,andswitchtheloadtowhicheverlineremainsenergizedafteradisturbance.Butbetterservicecontinuitywillbeavailableifbothlinesnormallyfeedtheloadandonlythefaultedlineistrippedwhendisturbancesoccur.Fig.14-1showsasingle-generator,two-line,single-loadsystemwithbreakersproperlyarrangedtosupplytheloadwhenonelineisfaulted.Forthearrangementtobeeffectiveitisnecessarytohavetheproperrelayapplication.Otherwise,theexpensivepowerequipmentwillnotbeabletoperformasplanned.Considertheapplicationofinstantaneousand/ortimedelayrelaysonthefourbreakers.Obviouslythetypeoftherelaycannotcoordinateforalllinefaults.Forexample,afaultonthelineterminalsofbreakerD.DtrippingshouldbefasterthanB,however,theconditionreversesandBshouldbefasterthanD.Itisevidentthattherelayprotectionengineermustfindsomecharacteristicotherthantimedelayifrelaycoordinationistobeachieved.ThemagnitudeofthefaultcurrentthroughbreakersBandDisthesame,regardlessofthelocationofthefaultonthelineterminalofbreakerBorD.Thereforerelaycoordinationmustbebasedoncharacteristicsotherthanatimedelaythatstartsfromthetimeofthefault.ObservethatthedirectionofcurrentflowingthrougheitherbreakerBorDisafunctionofwhichlinethefaultison.ThusforafaultonthelinebetweenAandB,thecurrentflowsoutoftheloadbusthroughbreakerBtowardthefault.AtbreakerDthecurrentflowstowardtheloadbusthroughbreakerD.InthiscasebreakerBshouldtrip,butbreakerDshouldnottrip.ThiscanbeaccomplishedbyinstallingdirectionalrelaysonbreakersBandDthatareconnectedinsuchawaythattheywilltriponlywhencurrentflowsthroughtheminadirectionawayfromtheloadbus.RelaycoordinationforthesystemshowninFig.14-1cannowbeachievedbytheir-salvationsofdirectionalovercurrenttimedelayrelaysonbreakersBandD.BreakersAandCcanhavenodirectionalovercurrenttimedelayrelays.Theymayalsonowhaveinstantaneousrelaysapplied.Therelayswouldbesetasfollows:Thedirectionalrelayscouldbesetwithnointentionaltimedelay.Theywillhaveinherenttimedelay.ThetimedelayovercurrentrelaysonbreakersAandCwouldhavecurrentsettingsthatwouldpermitthemtosupplybackupprotectionforfaultsontheloadbusandforloadequipmentfaults.TheinstantaneouselementsonbreakersAandCwouldhavecurrentsettingsthatwouldnotpermitthemtodetectfaultsontheloadbus.Thusthelinesbetweenthegeneratorandtheloadwouldhavehigh-speedprotectionoveraconsiderableportionoftheirlength.ItshouldbeobservedthatfaultsonthelineterminalsofbreakersAandCcancollapsethegeneratorvoltage.TheinstantaneousrelaysonbreakersAandCcannotclearthecircuitinstantaneously,becauseittakestimeforpowerequipmenttooperate.DuringthisperiodtherewillbelittleornocurrentflowthroughbreakersBandD.Therefore,BorDcannotoperateforthisfaultconditionuntiltheappropriatebreakeratthegeneratingstationhasoperated.Thisisknownassequentialtripping.Usually,itisacceptableundersuchconditions.Directionofcurrentflowonana.c.systemisdeterminedbycomparingthecurrentvectorwithsomeotherreferencevector,suchasavoltagevector.InthesystemofFig.14-1thereferencevoltagevectorwouldbederivedfromthevoltagesontheloadbus.Directionofcurrentorpowerflowcannotbedeterminedinstantaneouslyona.c.systemswhoselinesandequipmentcontainreactance.Thisisapparentfromthefactthatwhenvoltageexists,thelaggingcurrentcanbeplusorminusorzero,dependingontheinstantsampledinthevoltagecycle.Accordingly,thevectorquantitiesmustbesampledoveratimeperiod.Thetimeperiodforreasonablyaccuratesamplingmaybefromone-halftoonecycle.Workisproceedingonshortersamplingperiodswherepredictingcircuitsareaddedtotherelaytoattempttoestablishwhatthevectorswillbeatsomefuturetime.Theprocessiscomplex,becauseitmustmakepredictionsduringthetimewhenelectricaltransientsexistonthesystem.Usually,theshorterthetimeallowedfordeterminingdirection,thelessreliablewillbethedetermination.differentialprotectionMuchoftheapparatususedonapowersystemhassmallphysicaldimensionswhencomparedtothelengthofgeneraltransmission-linecircuits.Therefore,thecommunicationsbetweentheapparatusterminalsmaybemadeveryeconomicallyandveryreliablybytheuseofdirectwirecircuitconnections.Thispermitstheapplicationofasimpleandusuallyveryeffectivetypeofdifferentialprotection.Inconcept,thecurrententeringtheapparatusissimplycomparedagainstthecurrentleavingtheapparatus.Ifthereisdifferencebetweenthetwocurrents,theapparatusistripped.Ifthereisnodifferenceinthecurrents,theapparatusisnormalandnotrippingoccurs.Suchschemescanusuallybemaderathersensitivetointernalfaultsandveryinsensitivetoexternalfaults.Therefore,relaycoordinationisinherentinthedifferentialrelayscheme.ThesimplestapplicationofdifferentialrelayingisshowninFig.14-4.Hereonesimplepowerconductorisprotectedbyadifferentialrelay.Therelayitselfusuallyconsistsofthreecoils,oneofwhichisthecoilthatdetectsthedifferencecurrentandinitiatescircuittripping.ItiscalledtheoperatingcoilandisdesignatedbyanOinthefigure.TheothertwocoilsarerestraintcoilsandaredesignatedbyRinthefigure.Therestraintcoilsserveapracticalpurpose.Theypreventoperationforsmalldifferencesinthetwocurrenttransformersthatcanneverbeexactlyidentical,asaresultofmanufacturingandotherdifferences.Otherwise,therestraintcoilsservenotheoreticalpurpose.Fig.14-4showstheconditionofcurrentflowforanexternalfaultduringwhichtherelayshouldnottrip.ThecurrentI1enterandleavesthepowercircuitwithoutchange.Thecurrenttransformersareassumedtohavea1:1ratioforsimplicity,andtheirsecondarywindingsareconnectedtocirculatetheI1currentsthroughtherestraintcoilsofthedifferentialrelayonly.Ifcurrentleftorenteredthepowercircuitbetweenthetwocurrenttransformers(aninternalfault),thenthecurrentsinthetransformerswouldbedifferent,andthedifferencecurrentwouldflowthroughtheoperatingcoiloftherelay.本文译自《电力英语阅读》A1.2变电站与电力系统继电保护随着电力电网事业的发展，全国联网的格局已基本形成。科技水平得到提高，电力环境保护得以加强，使中国电力工业的科技水平与世界先进水平日渐接近。电力管理水平和服务水平不断得到提高，电力发展的战略规划管理、生产运行管理、电力市场营销管理以及电力企业信息管理水平、优质服务水平等普遍得到提高。变电站的目的是改变电能特性以满足使用要求。例如，从交流转换为直流为城市铁路供电，或者从一个电压等级转换为另一十电S等级，或者从一个频率转换为另一个频率。变电站的功能包括：分支——为了经济性，大容量电力的远距离传输必须在110kV以上的电压下进行。从运行的角度来看，从这样的高压线直接引出向小容量负荷供电的变电站是不能令人满意的，也是不经济的。因此，一个常规办法是：沿着高压线路在适合的地点设置一些变电站，将高传输电压降到一个较低的二级传输电压，从这个电压向小容量负荷供电。配电——任何用于将电能变换为可以直接配电和利用的较低压等级的电能的变电站都是配电变电站。这样的变电站一般将从A条电压相对高的线路接受电能，并向大量较低电压线路配送电能。工业——当工厂需要大量电能时，设置一个自己的单独的变电站是有必要的也是明智的，这个变电站直接从主高压线路或较低电压的二级输电线路取得电能。其最简单的形式没有电压的转换，只由开关设备组成。但是，在大多数情况下需要一个电压转换，因此工业变电站应该包括变压器设备。分段——在很多高压大容量的长线路中，尤其是几条线路并联运行时，经常需要将线路分段，目的是为了使线路获得适当的保护和维护。这样的变电站有助于隔寓线路中的故障段，保证连续供电。这种变电站通常只由开关设备组成。在长线路中，还可以提供功率因数调整设备。输电线路的电源——在发电厂的户外设置高压设备已经变得越来越昔遍，安装的装置只不过是一个升压电站，它以发电机电压接受电能，然后将电压升高，并最终通过高压输电线路将电能送出。这种变电站只不过是将户外配电变电站反过来，电压是被升高而不是降低。功率因数调整——随着供电负荷的减小，长线路末端的电压趋向于升高，而随着供电负荷的增大，线路末端的电压趋向于降低。由于电感和电容的影响，这个电压的变化将伴随着线路功率因数而变化，因此有必要在线路末端设置同步调相机。为了向同步调相机供电，就必须将高压输电线路的电压降低，因此，一个功率因数调整变电站将包括开关设备、变压器和所有运行同步调相机所需要的设备。铁路——一般地，向铁路供电的变电站分为两类，即交流类和直流类。如果是交流变电站，其问题一般是一个电压转换和向铁路机车负荷单相供电的问题。然而，也有可能在机车内通过相位变换锚由单相电源向三相负荷供电。如果是直流铁路，这种变电站一般由三相电源供电，并通过旋转变流器、电动机——发电机组或者整流器等将交流变换为直流。照明和动力用直流——现在，仍然有一些在大城市以外的地区采用直流三线系统供电，这种电源总是从同步换流器获得。另外，工厂中还有某些类型的电动机负荷要求采用直流电源，这些一般都是由旋转换流器供电。对于电解工业，低压直流电源绝对是必须的，因此也需要使用电动机——发电机组或旋转变记器。由于城市不断发展，许多城市变电站已经达到其负荷极限，所以市区配电系统经常是超负荷运行，许多配电站急需升级、检修或扩建，问题是空间不足。市中心的业主不希望外观“丑陋”的新变电站影响当地的景观，商家和居民也不想将来被星罗棋布的电网所干扰。变电站自动化的新趋势是状态维修。ABB公司与联邦爱迪生公司合作开发了一套贯穿整个系统的规划，一旦联邦爱迪生公司的配电系统发生故障，可使电能流向发生改变。联邦爱迪生公司的项目总裁迈克·罗维说：“对这几个变电站的发行包括肥现有的辐射状的馈电系统改成环形母线系统，以增加系统的稳定性。”GE哈里其变电站综合控制系统（ISCS）就是一个将设备监测与变电站自动化相结合的系统。该项系统能够将来自变电站系统和设备在线监控装置的数据进行综合，并输入数据库，然后由一个专家系统利用自我诊断程序进行分析，得出有关被监测设备的运行善的信息。该信息被发送到电脑维修管理系统，自动发出并传送维修工作指令。由于维修指令的发送得到了改善，极大地提高了基于状态进行维修程序的效率。ABB电力公司及其企业合作伙伴联合开发了ABB电力系统软件。该系统包括一套诊断维修系统，能够在出现故障前提交必要的维修报告。有了这一套系统，电力公司和用电单位不须经过重新改造，只需一台电脑，就能轻而易举地拥有一套完整的系统。方向保护基础早期，对于远离发电站的用户，为改善其供电的可靠性提出了双回线供电的设想。当然。也可以架设不同的两回线给用户供电。在系统发生故障后，把用户切换至任一条正常的线路。但更好的连续供电方式是正常以两回线同时供电。当发生故障时，只断开故障线。（图14-1）所示为一个单电源、单负载、双回输电线系统。对该系统配置合适的断路器后，当一回线发生故障时，仍可对负载供电。为使这种供电方式更为有效，还需配置合适的继电保护系统，否则，昂贵的电力设备不能发挥其预期的作用。可以考虑在四个断路器上装设瞬时和延时起动继电器。显然，这种类型的继电器无法对所有线路故障进行协调配合。例如，故障点在靠近断路器D的线路端，D跳闸应比B快，反之，B应比D快。显然，如果要想使继电器配合协调，继电保护工程师必须寻求除了延时以外的其他途径。无论故障点靠近断路器B或D的哪一端，流过断路器B和D的故障电流大小是相同的。因此继电保护的配合必须以此为基础，而不是放在从故障开始启动的延时上。我们观察通过断路器B或D的电流方向是随故障点发生在哪一条线路上变化的。对于A和B之间的线路上的故障，通过断路器B的电流方向为从负荷母线向故障点。对于断路器D，电流通过断路器流向负载母线。在这种情况下，断路器B应跳闸，D不应该跳闸。要达到这个目的，我们可以在断路器B和D上装设方向继电器，该方向继电器的联接应该保证只有当通过它们的电流方向为离开负载母线时才起动。对于图14-1所示的系统，在断路器B和D装设了方向过流延时继电器后，继电器的配合才能实现。断路器A和C装设无方向的过流延时继电器及瞬时动作的电流继电器。各个继电器整定配合如下：方向继电器不能设置延时，他们只有本身固有的动作时间。A和C的延时过流继电器通过电流的整定使它们在负载母线故障时不动作。于是快速保护可以保护发电机和负载之间线路长度的大部分。从图中我们还可以看到，在断路器A或C的线路侧发生的故障使发电机电压崩溃，在断路器A和C上的瞬时继电器不能真正瞬时切除故障，因为电力设备动作需要时间，在这个期间内，流过断路器B和D的电流很小甚至为0，因此在这种故障状态下，只有等到发电厂有关的断路器动作后，断路器B和D才动作。这就是我们所说的顺序跳闸，通常在上述情况下这样做是允许的。在一个交流电路中，通过电流矢量与其他参考矢量（例如电压矢量）的比较，可以确定电流的方向。图14-1所示系统的参考矢量可以负载母线电压矢量推导出。由于在该交流系统中，线路和设备含有电抗，电流和功率的瞬时方向不能确定，这是显而易见的，因为当有电压时，相位落后的电流取样的瞬时值取决于它在电压周期中的瞬间，可能为正，也可能为负或为零。因此，电压、电流、电流矢量必须在一个时间间隔内采样。为了较为准确的采样，时间间隔可从一个半周期到一个周期。目前正在进行更短时间的采样的研究工作。这个研究工作是给继电器加上一个预测电路，试图以此确定未来时间内矢量的情况。由于要在电力系统电磁暂态过程中预测，这项工作比较复杂。通常用于判断方向的时间越短，所做判断的可靠性越差。差动保护用于电力系统的大多数电气设备与一般输电线路的长度相比，实际尺寸都比较小，因此用导线直接连接就可以使设备两端之间的联络变得非常经济和可靠，保护配置就可以采用简单而又非常有效的差动保护。从概念上讲，流入设备的电流可以很简单地与流出的电流进行比较。如果在流入、流出电流之间有差异，设备就被断开，如无差异，设备正常运行，这种保护原理可以设计为对于设备内部故障相当灵敏，对于外部故障则非常不敏感。因此采用差动原理的保护本身具有继电保护的选择性。差动保护最简单的应用见图14-4，图中一段简单的电力线路就是采用差动继电器保护的。该继电器通常由三个线圈组成，其一检测差动电流并起动跳闸回路，我们称之为工作线圈，在图中用符号O表示。另外两个线圈是制动线圈，在图中用符号R表示。在实际中，由于制造和其他一些原因，两侧电流互感器的特性不可能完全一致，存在一些差异，制动线圈能防止由此产生的误动，而在理论上，制动线圈是不起作用的。图14-4给出了在外部故障时，继电器不动作跳闸情况下的电流流向。电流I1进入电力回路后，在离开回路时并未改变，为了简单起见，设电流互感器的变比为1：1，两侧电流互感器的二次绕组连接后，使I1仅通过差动继电器的制动线圈循环流动。如果在两个电流互感器之间，电流同时离开或者进入电力回（内部故障），两个电流互感器中的电流将不同，差电流将通过继电器的工作线圈。图14-4中的电力回路被简化了，只用了一根导体表示，它也可以用发电机、变压器或者其他电气设备绕组替代。值得注意的是采用差动原理的保护不能检测绕组的匝间短路，例如由电抗器线圈组成的电力回路中的匝间短路。通常，差动继电器保护三相设备，理论上讲，三相差动保护的连接仍相对简单，但实际要复杂些。在以上讨论的简单差动继电器原理的保护基础上实际还有很多改进。目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章总论 11.1项目名称与承办单位 11.2研究工作的依据、内容及范围 11.3编制原则 31.4项目概况 31.5技术经济指标 51.6结论 6第二章项目背景及建设必要性 82.1项目背景 82.2建设的必要性 9第三章建设条件 113.1项目区概况 113.2建设地点选择 错误！未定义书签。3.3项目建设条件优劣势分析 错误！未定义书签。第四章市场分析与销售方案 134.1市场分析 134.2营销策略、方案、模式 14第五章建设方案 155.1建设规模和产品方案 155.2建设规划和布局 155.3运输 185.4建设标准 185.5公用工程 205.6工艺技术方案 215.7设备方案 215.8节能减排措施 24第六章环境影响评价 256.1环境影响 256.2环境保护与治理措施 266.3评价与审批 28第七章项目组织与管理 297.1组织机构与职能划分 297.2劳动定员 297.3经营管理措施 307.4技术培训 30第八章劳动、安全、卫生与消防 318.1编制依据及采用的标准 318.2安全卫生防护原则 318.3自然灾害危害因素分析及防范措施 328.4生产过程中产生的危害因素分析及防范措施 32HYPERLINK\l"_Toc259738