电力系统继电保护原理及新技术应用

绪论 1

0.1 电力系统继电保护作用 1

0.2 对电力系统继电保护的基本要求 2

0.3 继电保护的基本原理及保护装置的组成 3

第1章 电网相间短路的电流电压保护 5

1.1 电流继电器 5

1.2 无时限电流速断保护 6

1.2.1 无时限电流速断保护的定义 6

1.2.2 工作原理和整定计算的基本原则 7

1.2.3 无时限电流速断保护的单相原理接线图 8

1.2.4 影响无时限电流速断保护范围的因素 8

1.3 电流电压连锁速断保护 10

1.4 限时电流速断保护 11

1.4.1 限时电流速断保护的定义 11

1.4.2 工作原理和整定计算的基本原则 12

1.4.3 动作时限的计算 12

1.4.4 保护装置灵敏性的校验 13

1.4.5 限时电流速断保护的单相原理接线图 13

1.5 定时限过电流保护 14

1.5.1 定时限过电流保护的定义 14

1.5.2 工作原理和整定计算的基本原则 14

1.5.3 按选择性的要求整定定时限过电流保护的动作时限 15

1.5.4 过电流保护灵敏系数的校验 17

1.6 阶段式电流保护 17

1.7 电流保护的接线方式 19

1.7.1 电流保护接线方式的定义及类型 19

1.7.2 三种接线方式在各种故障时的性能分析比较 20

1.7.3 接线方式的应用 22

1.7.4 三段式电流保护的接线图 23

1.8 电网相间短路的方向性电流保护 23

1.8.1 方向性电流保护的基本原理 23

1.8.2 功率方向继电器的工作原理 25

1.8.3 相间短路功率方向继电器的接线方式 27

1.8.4 对方向性电流保护的评价 31

复习思考题 34

第2章 电网的接地保护 35

2.1 中性点直接接地电网接地短路的特点 35

2.2 中性点直接接地电网的零序电流保护 36

2.2.1 零序电压过滤器 36

2.2.2 零序电流过滤器 37

2.2.3 零序电流速断(零序Ⅰ段)保护 39

2.2.4 零序电流限时速断(零序Ⅱ段)保护 39

2.2.5 零序过电流(零序Ⅲ段)保护 40

2.2.6 方向性零序电流保护 41

2.2.7 对零序电流保护的评价 42

2.3 中性点非直接接地电网的零序电流保护 43

2.3.1 中性点非直接接地电网中单相接地故障的特点 43

2.3.2 中性点经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点 46

2.3.3 中性点不接地电网中单相接地的保护 48

复习思考题 49

第3章 电网的距离保护 50

3.1 距离保护的基本原理 50

3.1.1 基本工作原理 50

3.1.2 距离保护的时限特性 51

3.1.3 距离保护的主要组成元件 51

3.2 阻抗继电器 52

3.2.1 阻抗继电器的基本原则 53

3.2.2 利用复数平面分析圆特性阻抗继电器 54

3.2.3 具有四边形特性的阻抗继电器 59

3.3 阻抗继电器的接线方式 59

3.3.1 对接线方式的基本要求 59

3.3.2 相间短路阻抗继电器的0°接线方式 60

3.3.3 接地短路阻抗继电器的接线方式 61

3.4 距离保护的整定计算 62

3.4.1 距离保护的整定计算原则 62

3.4.2 对距离保护的评价 65

3.5 影响距离保护正确工作的因素及防止方法 65

复习思考题 69

第4章 输电线路的纵联保护 71

4.1 概述 71

4.2 纵联保护基本原理 71

4.3 纵联保护通道 73

4.4 纵联差动保护 77

4.4.1 导引线保护 77

4.4.2 光纤分相差动保护 78

4.5 纵联方向保护 82

4.5.1 纵联方向保护工作原理 82

4.5.2 纵联方向保护基本原则 83

4.5.3 “闭锁式”纵联方向保护基本逻辑结构 84

4.5.4 允许式纵联方向保护基本逻辑结构 87

4.6 纵联距离、零序方向保护 88

复习思考题 89

第5章 线路保护配置原则与实例 90

5.1 线路保护配置原则 90

5.1.1 电网继电保护选择原则 90

5.1.2 主保护与后备保护 91

5.1.3 小接地电流电网保护配置 91

5.1.4 大接地电流电网保护配置 92

5.2 线路保护实例 92

第6章 输电线路的自动重合闸 99

6.1 概述 99

6.2 输电线路三相自动重合闸原理 100

6.2.1 单侧电源线路的三相一次自动重合闸 100

6.2.2 双侧电源线路的三相自动重合闸 103

6.2.3 自动重合闸与继电保护的配合 104

6.3 输电线路综合自动重合闸原理 106

6.3.1 综合重合闸的重合闸方式及其选用 106

6.3.2 一次重合闸的实现及微机模拟方法 107

6.3.3 综合重合闸需要考虑的特殊问题 107

6.3.4 综合重合闸构成的原则及要求 110

复习思考题 112

第7章 变压器保护 113

7.1 电力变压器的故障不正常运行状态及其相应的保护方式 113

7.2 变压器的瓦斯保护 114

7.3 变压器的差动保护 115

7.3.1 变压器差动保护的特点 115

7.3.2 变压器差动保护的整定计算 119

7.3.3 微机型变压器差动保护 120

7.4 变压器相间短路的后备保护 124

7.4.1 复合电压过电流保护 124

7.4.2 相间阻抗保护 126

7.5 变压器零序保护 127

7.5.1 中性点直接接地变压器的零序电流保护 128

7.5.2 中性点可能接地或不接地运行时变压器的零序电流电压保护 129

7.5.3 微机型变压器零序保护 131

复习思考题 133

第8章 发电机保护 134

8.1 发电机的故障和不正常运行状态及其相应的保护方式 134

8.1.1 发电机的故障和不正常运行状态 134

8.1.2 大型发电机组的特点及对继电保护的要求 135

8.1.3 发电机的保护类型 136

8.2 发电机的纵联差动和横联差动保护 137

8.2.1 发电机的纵联差动保护 137

8.2.2 发电机的横联差动保护 140

8.3 发电机的单相接地保护 144

8.3.1 发电机定子绕组单相接地的特点 144

8.3.2 利用零序电流构成的定子接地保护 146

8.3.3 利用零序电压构成的定子接地保护 147

8.3.4 利用三次谐波电压构成100%的定子绕组单相接地保护 147

8.4 发电机的负序电流保护和过负荷保护 150

8.4.1 发电机的负序电流保护 150

8.4.2 过负荷保护 152

8.5 发电机失磁保护 153

8.5.1 发电机失磁运行的后果 153

8.5.2 发电机失磁后的机端测量阻抗 154

8.5.3 发电机失磁保护的辅助判据 158

8.5.4 失磁保护的构成方式 159

8.6 发电机的其他保护 160

8.6.1 发电机逆功率保护 160

8.6.2 发电机低频保护 160

8.6.3 过电压保护 161

8.6.4 失步保护 161

8.7 发电机-变压器组公用继电保护 162

复习思考题 163

第9章 母线保护 165

9.1 概述 165

9.1.1 母线的故障 165

9.1.2 母线的保护方式 165

9.1.3 对母线保护的基本要求 167

9.2 母线差动保护原理 167

9.2.1 母线完全差动电流保护 167

9.2.2 母线电压差动保护 169

9.2.3 具有比率制动特性的母线电流差动保护 169

9.2.4 电流比相式母线保护 172

9.3 双母线差动保护 172

9.3.1 元件固定连接的双母线电流差动保护 172

9.3.2 母联电流比相式母线差动保护 174

9.3.3 双母线保护的其他方法 175

9.4 断路器失灵保护 176

复习思考题 178

第10章 微机保护基础知识 179

10.1 微机保护硬件组成及作用 179

10.2 数据采集系统 182

10.2.1 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入部件的原理 182

10.2.2 基于V/F转换的数据采集系统 187

10.3 微机保护算法 189

10.3.1 数字滤波器 190

10.3.2 正弦函数模型算法 196

10.3.3 傅氏算法 200

10.3.4 计算输电线路阻抗的微分方程算法 202

10.3.5 移相算法 203

10.3.6 对称分量滤过器算法 204

10.4 微机保护的软件构成 205

10.4.1 主程序 205

10.4.2 中断服务程序 206

10.5 提高微机保护可靠性的措施 206

10.5.1 硬件方面 207

10.5.2 软件方面 208

10.5.3 硬件与软件的自恢复 210

复习思考题 211

第11章 继电保护与变电站综合自动化 212

11.1 变电站综合自动化系统概述 212

11.2 变电站综合自动化系统的结构形式问题 213

11.3 变电站综合自动化系统的配置问题 214

11.4 变电站综合自动化技术的目前发展特点 214

11.5 变电站综合自动化系统目前存在的问题 215

11.6 变电站综合自动化技术的发展趋势 216

11.6.1 智能电子装置的发展及在变电站自动化领域的应用 216

11.6.2 非常规互感器的发展及应用 216

11.6.3 非常规互感器的优点 216

11.6.4 IEC 61850标准的应用 217

11.6.5 网络通信技术的发展与应用 217

11.6.6 电气设备状态监测与故障诊断技术的发展与应用 217

11.6.7 视频图像监视技术的发展与应用 217

11.6.8 电能质量的在线监测技术的发展与应用 218

11.7 变电站综合自动化系统的间隔层装置 220

11.8 变电站综合自动化系统的数据通信 220

11.8.1 微机保护及测控装置与监控系统通信的主要内容 221

11.8.2 综合自动化系统与控制中心的通信内容 221

11.8.3 远距离数据通信 222

11.8.4 串行数据通信及其接口 222

11.8.5 变电站信息传输的通信规约1 223

11.9 变电站综合自动化的监控系统 223

11.9.1 监控系统的基本功能 223

11.9.2 监控系统的基本结构 223

11.9.3 监控系统的应用软件 223

11.10 变电站的微机保护系统 225

复习思考题 225

第12章 继电保护新技术 226

12.1 继电保护的发展历程与发展趋势 226

12.1.1 继电保护的发展历程 226

12.1.2 继电保护的发展趋势 226

12.2 继电保护的新技术 227

12.2.1 信息技术在继电保护中的应用 227

12.2.2 可编程控制器在继电保护中的应用 227

12.2.3 自适应控制技术在继电保护中的应用 227

12.2.4 广域保护 228

12.2.5 新型互感器的应用 228

12.2.6 专家系统在继电保护中的应用 228

12.2.7 人工神经网络在继电保护中的应用 229

12.2.8 模糊理论在继电保护中的应用 229

12.2.9 多代理系统在继电保护中的应用 230

12.2.10 智能方法在继电保护中的综合应用 230

参考文献 232

《电力系统继电保护原理及新技术应用》为工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目。《电力系统继电保护原理及新技术应用》重点介绍了继电保护的基本知识、基本保护原理、变电站综合自动化及继电保护新技术的应用，与同类教材比较，减少了继电器及传统保护装置的介绍，增加了微机保护及新型保护原理的内容，并加入了线路保护配置的实例介绍。全书共分为12章，分别为电网相间短路的电流电压保护、电网的接地保护、电网的距离保护、输电线路的纵联保护、线路保护配置原则与实例、输电线路的自动重合闸、变压器保护、发电机保护、母线保护、微机保护基础知识、继电保护与变电站综合自动化和继电保护新技术。《电力系统继电保护原理及新技术应用》主要作为高等工科院校电气工程与自动化专业的教材，也可作为本专业专科、研究生及电力系统工程技术人员的参考用书。