电力系统继电保护原理及新技术
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作者李佑光 等 编著 著作
出版社科学出版社
ISBN9787030518446
出版时间2017-02
装帧平装
开本16开
定价49元
货号1201490268
上书时间2024-12-03
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目录
前言
第1章绪论
1.1电力系统继电保护的任务与要求
1.2电力系统继电保护的基本原理及分类
1.3继电保护装置的基本结构与配置原则
1.3.1基本结构
1.3.2配置原则
1.4继电保护的历史、现状与发展趋势
练习与思考
第2章微机、数字化继电保护基础
2.1微机继电保护的硬件构成原理
2.1.1模拟数据采集系统
2.1.2开关量输入输出电路
2.1.3人机对话系统的硬件原理
2.1.4时钟同步系统基本概念
2.2微机继电保护的基本算法
2.2.1周期函数模型算法
2.2.2自适应突变量算法
2.2.3故障分量及算法
2.2.4采样频率跟踪的自适应算法
练习与思考
第3章基于单端信息的输电线路相间短路保护
3.1单侧电源辐射网络线路相间短路的电流、电压保护
3.1.1单侧电源辐射网络线路的保护配置与组成逻辑
3.1.2电流速断保护
3.1.3自适应电压、电流速断保护
3.1_4限时电流速断保护
3.1.5定时限过电流保护
3.1.6反时限电流保护
3.2单侧电源辐射线路相间距离保护
3.2.1阻抗继电器
3.2.2单侧电源辐射线路相间距离保护的配置与组成逻辑
3.2.3距离保护基本原理及整定计算
3.3双侧电源复杂网络线路相间短路保护
3.3.1相间功率方向继电器的工作原理及接线方式
3.3.2双侧电源网络线路中电流保护整定的特点
3.3.3三相线路电流保护的互感器连接方式
3.3.4带方向的阻抗继电器动作特性
3.3.5双侧电源复杂网络线路距离保护整定计算与特点
练习与思考
第4章基于单端信息的线路接地短路保护
4.1大电流接地系统高压线路接地短路保护
4.1.1零序电压过滤器
4.1.2零序电流过滤器
4.1.3零序电流速断(零序电流Ⅰ段)保护
4.1.4零序电流限时速断(零序电流Ⅱ段)保护
4.1.5零序过电流(零序电流Ⅲ段)保护
4.1.6方向性零序电流保护
4.1.7对零序电流保护的评价
4.1.8接地距离保护及其接线方式
4.1.9自适应故障分量距离保护原理
4.2小电流接地电网单相接地保护
4.2.1中性点不接地电网中单相接地故障的特点
4.2.2中性点不接地电网中单相接地保护
4.2.3中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点
4.2.4中性点经电阻接地系统中线路接地保护
练习与思考
第5章输电线路全线快速保护
5.1概述
5.1.1220kV及以上超高压线路的特点及保护配置
5.1.2输电线路纵联快速保护的组成
5.1.3输电线路纵联保护的分类
5.1.4输电线路纵联保护的发展趋势
5.2线路的光纤差动保护
5.2.1无制动特性的线路纵差保护
5.2.2线路的光纤比率制动电流纵差保护
5.2.3线路横差保护
5.3线路高频电流保护
5.3.1高频保护的基本概念
5.3.2高频通道的构成原理
5.3.3高频通道的工作方式和高频信号的种类
5.3.4高频闭锁方向保护的基本原理
5.3.5高频闭锁方向保护的启动方式
5.4线路纵联距离、零序保护
5.5影响线路保护性能的因数及对策
5.5.1短路点过渡电阻对距离保护的影响
5.5.2电力系统振荡对保护的影响
练习与思考
第6章自动重合闸
6.1自动重合闸在电力系统中的作用与要求
6.1.1自动重合闸的作用
6.1.2使用自动重合闸的负面影响
6.1.3对自动重合闸装置的基本要求
6.2双侧电源送电线路重合闸的方式及选择原则
6.2.1双侧电源的送电线路重合闸的特点
6.2.2双侧电源送电线路重合闸的主要方式
6.3重合闸动作时限的选择原则
6.3.1单侧电源线路的三相重合闸
6.3.2双侧电源线路的三相重合闸
6.4重合闸与继电保护的配合
6.4.1重合闸前加速保护
6.4.2重合闸后加速保护
6.5单相自动重合闸
6.5.1故障相选择元件
6.5.2动作时限的选择
6.5.3对单相重合闸的评价
6.6综合重合闸简介
练习与思考
第7章电力变压器的继电保护
7.1变压器保护配置
7.2变压器的非电气量保护
7.2.1温度保护
7.2.2压力保护
7.3变压器的差动保护
7.3.1变压器结构特点及其对纵联差动保护的影响
7.3.2变压器无制动特性纵联差动
7.3.3变压器微机比率制动纵差保护
7.4变压器的电流电压保护
7.4.1过电流保护
7.4.2低电压启动的过流保护
7.4.3复合电压启动的方向过流保护
7.5变压器的接地保护
7.5.1变压器中性点直接接地的零序电流保护
7.5.2中性点部分接地运行系统中分级绝缘变压器的零序保护
7.5.3自耦变压器接地保护的特点
练习与思考
第8章发电机保护
8.1发电机保护配置
8.2发电机定子绕组的相间、匝间故障保护
8.2.1发电机无制动特性纵差保护
8.2.2发电机微机比率制动特性纵差保护原理
8.2.3发电机标量积制动特性纵差保护原理
8.2.4发电机定子匝间短路保护
8.3发电机定子接地故障保护
8.3.1定子绕组单相接地故障的特点
8.3.2零序电流接地保护
8.3.3零序电压接地保护
8.3.4三次谐波电压接地保护
8.4发电机转子故障保护
8.4.1发电机转子发热保护
8.4.2发电机转子接地保护
8.5发电机低励失磁保护
8.5.1发电机失磁运行的后果
8.5.2发电机端测量阻抗原理的失磁保护
8.5.3发电机失磁保护的综合解决方案
8.6发电机的其他保护简介
8.6.1逆功率保护
8.6.2低频累加、突加电压和启停机保护
8.7发变组保护特点
8.7.1发变组纵差保护及发电机电压侧接地保护的特点
8.7.2发变组阻抗保护及过激磁保护
8.7.3发变组振荡失步保护
练习与思考
第9章母线保护及断路器失灵保护
9.1母线保护配置
9.1.1母线故障的原因及处理方法
9.1.2专用的母线保护配置
9.2母线电流幅值差动保护
9.2.1单母线完全电流幅值差动保护原理
9.2.2双母线同时运行时母差保护实现
9.2.3母联充电保护
9.2.4母联过流保护
9.2.5母联失灵与母联死区保护
9.2.6母线运行方式识别
9.2.73／2断路器接线母线保护的特点
9.3电流比相母线保护
9.4断路器失灵保护
练习与思考
第10章高压电动机、电容器保护
10.1电动机综合保护
10.1.1电动机综合保护的配置
10.1.2相电流速断保护的整定计算
10.1.3反时限负序过流保护
10.1.4过热保护
10.1.5长启动和正序电流保护
10.2电力电容器保护
10.2.1电容器的电流保护
10.2.2电容器的电压保护
10.2.3零序电流、电压保护
练习与思考
第11章智能变电站继电保护新技术
11.1智能变电站体系架构
11.2智能变电站继电保护系统
11.2.1非常规互感器
11.2.2合并单元
11.2.3智能操作箱
11.3智能变电站继电保护建模技术
11.3.1IEC61850标准体系结构
11.3.2智能变电站配置描述语言
11.3.3智能变电站继电保护模型
11.4智能变电站继电保护GOOSE传输
11.5继电保护调试实例
11.5.1测试仪PNF800的使用操作方法
11.5.2220kV线路保护调试
11.5.3母线保护调试
11.5.4变压器保护
练习与思考
参考文献
内容摘要
李佑光、钟加勇、林东、罗平编著的《电力系统继电保护原理及新技术》在系统全面讲述继电保护基本原理和整定计算方法的基础上，着力体现故障分量、自适应和智能电网数字化继电保护等新技术的应用。对智能变电站继电保护、高压输电线路和大型发电机、变压器的微机保护做了较深人的讨论，对电动机、电容器等电气设备的保护也做了适当介绍。
全书共11章。内容包括绪论，微机、数字化继电保护基础，基于单端信息的输电线路相间短路保护，基于单端信息的线路接地短路保护，输电线路全线快速保护，自动重合闸，电力变压器的继电保护，发电机保护，母线保护及断路器失灵保护，高压电动机、电容器保护，智能变电站继电保护新技术。
本书可作为高等院校电气工程与自动化及相关专业的本科生、研究生教材以及电力职工培训教材，也可供电力自动化、继电保护装备厂家和电力企业工程技术人员参考。
精彩内容
**章绪论
1.1 电力系统继电保护的任务与要求
1. 电力系统继电保护的任务
电力工业是国民经济基础，能源战略支柱，它与国家的兴盛和人民安康幸福有着密切的关系，因此，要求电力产品必须安全、可靠、优质、经济。
随着国民经济的飞速发展，电力系统的规模越来越大，结构越来越复杂。在整个电力生产过程中，由于人为因素或大自然，难免会发生这样那样的故障和不正常运行状态。
电力系统非正常运行可能引发故障，一旦发生故障会产生以下严重后果。
（1） 数值很大的短路电流通过短路点会燃起电弧，使故障设备烧坏、损毁。
（2） 短路电流通过故障设备和非故障设备时会发热并产生电动力，使设备受到机械性损坏和绝缘损伤以至缩短设备使用寿命。
（3） 电力系统中电压下降，使大量用户的正常工作遭受破坏或产生废品。
（4） 破坏电力系统各发电厂之间并列运行的稳定性，导致事故扩大，甚至造成整个系统瓦解、瘫痪。
对于电力系统运行中存在的这些故障隐患，必须采取积极的预防性措施，如提高设备质量，增加可靠性和延长使用寿命。从运行管理角度出发，应提高从业人员的专业水平、安全意识和增强责任心，提高科学管理水平，强化安全措施以尽量减少事故的发生。
对于不可抗拒事故的发生应做到及时发现，并迅速有选择性地切除故障器件，隔离故障范围，以保证系统非故障部分的安全稳定运行，尽可能减小停电范围，保护设备安全。
继电保护就是一种能及时反应电力系统故障和不正常状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的自动化设备，也是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。继电保护一词是指继电保护技术或由各种继电保护装置(或单元)组成的继电保护系统。其主要任务如下。
（1） 自动、迅速、有选择地切除故障器件，使无故障部分设备恢复正常运行，故障部分设备免遭毁坏。
（2） 及时发现电气器件的不正常状态，根据运行维护条件发信号、减负荷或跳闸。
2. 对电力系统继电保护的基本要求
为了使继电保护能有效地履行其任务，在技术上，对动作于跳闸的继电保护应满足四个基本要求，即灵敏性、选择性、速动性和可靠性。现分别讨论如下。
1）灵敏性
继电保护的灵敏性是指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置，应该是在事先规定的保护范围内发生故障时，无论短路点的位置在何处，短路的类型如何，系统是否发生振荡，以及短路点是否有过渡电阻，都应敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它主要决定于被保护元件及电力系统的参数、故障类型和运行方式。
2）选择性
继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。
在图1-1所示的网络中，当k1点短路时，应由距短路点*近的保护1和保护2动作跳闸，将故障线图1-1保护的选择性说明图路切除，变电所B则仍可由另一条无故障的路继续供电。而当k3点短路时，保护6动作跳闸，切除线路CD，此时只有变电所D停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到*小，甚至可以做到不中断向用户供电。
3）速动性
快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在低电压情况下的工作时间，减小故障器件的损坏程度。因此，速动性是指在发生故障时，保护装置力求尽可能快速动作切除故障。
在某些情况下，电力系统允许保护装置在切除故障时带有一定的延时。因此，对继电保护速动性的具体要求，应根据电系统的接线以及被保护器件的具体情况来确定。下面列举一些必须快速切除的故障：
（1） 根据维持系统稳定性的要求，需快速切除高压输电线路上发生的故障；
（2） 导致发电厂或重要用户的母线电压低于允许值（一般为额定电压的70%）的故障；
（3） 大容量的发电机、变压器及电动机内部所发生的故障；
（4） 1～10kV线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障等；
（5） 可能危及人身安全，对通信系统或铁道信号标志系统有强烈干扰的故障等。
故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为0.06～0.12s，*快的可达0.01～0.04s，一般的断路器的动作时间为0.06～0.15s，*快的可达0.02～0.06s。
4）可靠性
保护装置的可靠性是指在规定的保护范围内，发生了应该动作的故障时，不应该拒绝动作；而在该保护不该动作的情况下，则不误动作。因此可靠性包含两方面的内容：可靠不拒动和可靠不误动，从这一层面讲，灵敏性和选择性又可看作是可靠性的细分指标。
一般来说，保护装置的组成硬件的质量越高，现场接线越简单，保护装置的工作就越可靠。同时，科学的保护原理与合理的保护配置、精细的制造工艺、正确的整定计算和调整试验、良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性均具有重要的作用。
继电保护装置除应满足以上技术层面的4个基本要求外，还应适当考虑经济条件。首先应从国民经济的整体利益出发，按被保护对象在电力系统中的作用和地位来确定保护配置方式，而不能只从保护装置本身的投资来考虑。这是因为保护不完善或不可靠给国民经济所造成的损失，一般都远远超过即使是*复杂的保护装置的投资。
以上基本要求是分析研究继电保护性能的基础，也是贯穿全课程的一个基本脉络。在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的绝大部分工作也是围绕着如何处理好这些要求之间的辩证统一关系而进行的。学习中，应注意运用这样的思想和分析方法。
1.2 电力系统继电保护的基本原理及分类
要完成继电保护的任务，首先应正确区分电力系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，找出电力系统被保护范围内电气设备(输电线路、发电机、变压器等)发生故障或不正常运行时的特征，有针对性配置完善的保护以满足继电保护技术要求。
电力系统不同电气元件故障或不正常运行时的特征可能是不同的，但在一般情况下，发生短路故障之后总是伴随电流增大，电压降低，电流、电压间的相位发生变化，测量阻抗发生变化等，利用正常运行时这些基本参数与故障后的稳定值间的区别，可以构成不同稳态原理的继电保护，简称“稳态保护”。例如，反应电流增大的过流保护，反应电压降低的低电压保护，反应故障点到保护安装处之间距离(或阻抗)的距离保护，反应电流、电压间相位的方向保护等。
随着微型计算机继电保护的深入发展，以电力系统故障过程中的瞬间信息为故障特征的“瞬态保护”应运而生。例如，输电线路行波保护，基波突变量保护，故障分量距离、故障分量方向、故障分量电流差动保护等。
构成各种继电保护装置时，可使它们反应每相中的某一个或几个基本电气参数(如相电流或相电压等)，也可以使之反应这些基本参数的一个或几个对称分量(如负序、零序或正序等)。例如，利用零序构成接地保护，利用负序量构成相间保护。
绝大多数保护启动量是基于工频的基波信号，也有一些利用反映基本参数的某次谐波分量的保护。例如，发电机三次谐波定子单相接地保护，变压器保护的二次、五次谐波制动等。
除反应各电气元件电气量的保护外，还有根据电气设备的特点实现反应非电气量的保护。例如，变压器油箱内部绕组短路时，反应油被分解产生气体压力而构成的瓦斯保护，反应电动机绕组温度升高而构成的过热保护等。
继电保护装置(或系统)是由各种继电器(机电式)或元件(微机电保护)组成。继电器或元件的分类方法很多，其中按不同参量的过量、欠量和差量划分的有过电流继电器、低电压继电器、电流差动继电器；若按其结构原理划分则有电磁型、整流型、晶体管型和微机型等继电器。从继电保护系统的规模和检测控制方式可分为集中式和分布式。
此外，还有保护定值随运行环境、运行方式、故障类型等因素的变化而实时自调整或自动生成的自适应保护；根据引入保护装置的现场物理量位置不同又有单端信息保护、多端信息的纵联保护；直接引入数字化物理量的数字化保护、智能保护等名目繁多的分类和称谓。
1.3 继电保护装置的基本结构与配置原则
1.3.1 基本结构
尽管继电保护装置的分类繁多，但就一般而言其基本结构主要包括现场信号输入部分、测量部分、逻辑判断部分和输出执行部分。原理结构框图如图1-2所示。
图1-2继电保护装置基本原理结构框图
1） 现场信号输入部分
现场物理量有电气量和非电气量，有状态量和模拟量，微机保护中，如果现场模拟量由传统电磁型互感器引入需要如电平转换、低通滤波等前置处理后再转换成数字量。如果现场模拟量是由电子互感器、光电互感器等数字传感器引入则前置处理、A/D转换均由互感器实现，保护装置硬件得到简化。
2） 测量部分
测量部分是检测经现场信号输入电路处理后的与被护对象有关的物理量，并与已给定的定值或自动实时生成的判据（自适应保护）进行比较，根据比较的结果给出“是”或“非”，即“0”和“1”性质的一组逻辑信号或电平信号，经判断确定保护是否应启动。
3) 逻辑判断部分
逻辑判断部分是根据测量部分输出量的大小、性质、逻辑状态、输出顺序等信息，按一定的逻辑关系组合、运算，*后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。常用逻辑一般有“或”“与”“非”“延时”“记忆”等功能。
4) 输出执行部分
非智能电器系统继电保护的输出执行部分是根据逻辑部分送来的出口信号，完成保护装置的*终任务。主要负责保护装置与现场设备的隔离、连接、电平转换、出口跳闸功率驱动等。
1.3.2 配置原则
电力系统继电保护配置指的是对被保护对象，选用恰当的保护元件（或继电器）组成满足基本技术要求的高效保护系统。因此，针对不同的保护个体配置方案可能是不同的，但总的配置原则仍是从四个技术基本要求出发。
从可
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