继电保护原理与应用PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

继电保护原理与应用PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 绪论1

1.1引言1

1.2典型继电器和继电保护系统4

1.3典型的电力断路器7

1.4术语和设备编号8

1.5典型的继电器和断路器接线13

1.6保护系统的基本目标15

1.6.1可靠性16

1.6.2选择性17

1.6.3速动性17

1.6.4简单性18

1.6.5经济性18

1.6.6小结19

1.7保护系统的影响因素19

1.7.1经济性19

1.7.2主观性因素19

1.7.3切断和输入装置的位置20

1.7.4故障指示器20

1.8继电器的分类20

1.8.1保护继电器20

1.8.2调节继电器21

1.8.3重合闸、同期检查和同步继电器21

1.8.4监测继电器21

1.8.5辅助继电器21

1.8.6其他继电器的分类21

1.9保护继电器的性能22

1.9.1正确动作22

1.9.2误动作22

1.9.3无结论23

1.9.4跟踪继电器性能23

1.10继电保护原理23

1.11有关应用的信息25

1.11.1系统配置25

1.11.2电力设备的阻抗和接线、系统频率、系统电压和系统相序25

1.11.3现有的保护和问题26

1.11.4操作程序和实践26

1.11.5保护系统设备的重要性26

1.11.6系统故障分析26

1.11.7最大负载和系统振荡极限26

1.11.8电流和电压互感器的位置、接线和比例26

1.11.9未来的扩展27

1.12电力行业内的结构变化27

1.13可靠性和保护标准28

1.13.1监管机构29

参考文献30

第2章 基本单位：标幺值和百分值33

2.1引言33

2.2标幺值和百分值的定义33

2.3标幺值和百分值的优势34

2.4电路参数之间的基本关系34

2.5基准值36

2.6阻抗标幺值和百分值之间的关系36

2.7变压器单元的阻抗标幺值和百分值38

2.8发电机的阻抗标幺值和百分值39

2.9架空线的阻抗标幺值和百分值40

2.10标幺值（百分值）向不同基准值的转换41

2.10.1示例：采用式（2.34）进行基准值转换42

2.10.2示例：采用式（2.33）进行基准值转换42

参考文献43

第3章 相量和极性44

3.1引言44

3.2相量44

3.2.1相量表示44

3.2.2正弦量相量图45

3.2.3组合相量46

3.2.4相量图需附电路图46

3.2.5电流、电压命名法46

3.2.6相量图48

3.3三相对称电力系统的电路图和相量图48

3.4相量旋转和相位旋转50

3.5极性50

3.5.1变压器极性50

3.5.2继电器极性52

3.6极性应用于相故障方向判别54

3.7接地故障的方向判别：极化电压56

3.8接地故障的方向判别：极化电流58

3.9其他类型的方向判别接线方式59

3.10方向继电器的应用60

3.11本章小结61

第4章 对称分量法62

4.1引言62

4.2正序分量63

4.3简化表示法63

4.4负序分量63

4.5零序分量64

4.6通用公式64

4.7序阻抗65

4.8正序电源66

4.9序网络68

4.9.1正序网络68

4.9.2负序网络70

4.9.3零序网络71

4.9.4序网络的简化73

4.10横向故障的序网连接74

4.10.1故障阻抗74

4.10.2变电站和杆塔的接地电阻75

4.10.3三相短路的序网连接75

4.10.4单相接地短路的序网连接75

4.10.5两相短路的序网连接77

4.10.6两相接地短路的序网连接77

4.10.7横向故障中其他元件的序网连接78

4.11算例分析：图4.16所示典型系统的故障计算79

4.11.1母线G处三相短路81

4.11.2母线G处单相接地短路81

4.12算例分析：自耦变压器的故障计算82

4.13算例分析：断相故障86

4.14算例分析：单相断相且一侧接地88

4.15 纵向故障同时有其他故障89

4.16本章综述90

4.16.1横向故障的电压与电流相量90

4.16.2故障时系统中的电压分布91

4.16.3环网中单相接地时非故障相中的不平衡电流93

4.16.4不同故障条件下的电压、电流相量95

4.17本章小结97

参考文献98

附录4.1短路容量与等效阻抗99

附录4.2变压器（组）等效阻抗与序网连接101

附录4.3 Y-Δ联结变压器序分量的相移107

附录4.4架空线的阻抗110

附录4.5变压器的零序阻抗123

第5章 继电保护的输入源126

5.1引言126

5.2电流互感器和电压互感器的等效电路128

5.3 CT在保护系统中的应用129

5.4 CT在交流对称分量上的性能130

5.4.1经典分析方法130

5.4.2 CT特性曲线分析方法131

5.4.3 ANSI/IEEE标准准确度等级131

5.4.4 IEC的准确度等级标准134

5.5故障时的二次侧负荷134

5.6 CT的选取和相故障时性能评估136

5.6.1单相设备的CT电流比136

5.6.2相过电流继电器抽头的选择136

5.6.3确定二次侧连接的总负荷136

5.6.4采用ANSI/IEEE标准确定CT的性能137

5.7接地继电器的性能评估139

5.8未通电CT对性能的影响140

5.9通量和电流互感器141

5.10直流分量对CT性能的影响142

5.11总结：CT性能评估143

5.11.1由CT特性和二次侧负荷引起的对称交流电流输入饱和143

5.11.2由一次侧交流电流引起的直流补偿电流导致的饱和144

5.12 CT的剩磁和暂态过程145

5.13 CT二次回路中的辅助电流互感器146

5.14保护应用中的电压互感器147

5.15 光学传感器148

参考文献149

第6章 保护的基本原理和基本设计原则150

6.1引言150

6.2差动原理150

6.3过电流、距离保护和保护的基本问题152

6.3.1时间方案153

6.3.2通信方案154

6.4后备保护：远后备保护和近后备保护154

6.5基本设计原则155

6.5.1限时过电流保护155

6.5.2电流-电压速断继电器157

6.5.3方向传感功率继电器158

6.5.4极性元件158

6.5.5相间距离继电器159

6.5.6 R-X图160

6.5.7姆欧特征160

6.5.8单相姆欧元件163

6.5.9多相姆欧元件164

6.5.10其他姆欧元件165

6.5.11电抗元件167

6.6接地距离继电器167

6.7固态微处理器继电器168

6.8本章小结170

参考文献170

第7章 系统接地原理171

7.1引言171

7.2不接地系统171

7.3暂态过电压174

7.4不接地系统的单相接地故障检测方法175

7.4.1三相电压互感器175

7.4.2单相电压互感器177

7.5高阻抗接地系统178

7.5.1谐振接地（经消弧线圈接地）178

7.5.2高阻接地179

7.5.3典型中性点高阻抗接地方式算例181

7.5.4通过三个配电变压器的典型高阻抗接地算例184

7.6煤矿或者其他危险类型应用的系统接地方式186

7.7低阻抗接地方式187

7.7.1典型小电阻接地系统的中性点电抗算例189

7.7.2典型小电阻接地系统的中性点电阻算例189

7.8直接（有效）接地方式190

7.8.1直接接地算例191

7.8.2直接接地系统中的接地故障检测192

7.9三相系统的铁磁谐振192

7.9.1配电系统铁磁谐振的小结195

7.9.2高压系统的铁磁谐振195

7.10接地安全196

7.11总结和建议198

参考文献199

第8章 发电机保护/分布式发电的联络线保护200

8.1引言200

8.1.1发电机保护的历史200

8.1.2大型发电机组201

8.1.3分布式发电机202

8.1.4潜在问题203

8.2发电机的连接方式和典型保护概述204

8.3发电机定子相间故障保护205

8.3.1小型发电机的差动保护（87）206

8.3.2发电机的多CT差动保护（87）206

8.3.3发电机的高阻抗电压型差动保护208

8.3.4直连发电机差动保护示例209

8.3.5小型发电机的相间保护（未配置差动保护）210

8.3.6单元发电机的相间电流差动保护（87）210

8.4发电机变压器组相间差动保护（87TG）212

8.5相间后备保护（51V）或（21）213

8.5.1电压控制型或电压制动型复压过电流后备保护（51V）213

8.5.2相间距离后备保护（21）214

8.6负序电流后备保护214

8.7定子接地故障保护215

8.7.1接地故障保护（中性点低阻抗接地的中小型单台发电机）215

8.7.2多台中小型Y/Δ联结发电机的接地故障保护216

8.7.3不接地发电机的接地故障保护217

8.7.4直接接地极小型发电机的接地故障保护217

8.7.5中性点高阻接地的单元接线发电机的接地故障保护（类型1b）218

8.7.6高阻抗接地发电机的100%定子接地保护219

8.7.7高压侧接地故障通过耦合在中性点高阻抗接地系统中产生零序电压V0220

8.7.8多台直连高阻抗接地发电机的接地故障保护221

8.8扩大单元接线发电机-变压器组的接地和保护222

8.9励磁绕组接地保护（64）223

8.10发电机停机保护223

8.11低励磁或失磁保护（40）224

8.11.1距离继电器（21）型失磁保护224

8.11.2无功功率型失磁保护227

8.12系统扰动和危险状态下的发电机保护227

8.12.1失去原动机：发电机的电动机运行（32）227

8.12.2过励磁：伏特/赫兹保护（24）228

8.12.3误上电：非同步连接（67）228

8.12.4断路器闪络（61三相不一致保护）229

8.12.5热过载保护（49）229

8.12.6频率异常保护229

8.12.7过电压保护230

8.12.8失去同步：失步保护231

8.12.9次同步振荡231

8.13电压互感器断线故障232

8.14发电机的断路器失灵保护233

8.15 励磁系统保护和限制器233

8.15.1励磁系统接地233

8.15.2过励磁234

8.15.3欠励磁234

8.15.4应用注意事项235

8.16同步调相机保护235

8.17发电机跳闸系统235

8.18厂站辅助系统236

8.19分布式电源的联络线保护236

8.19.1电能质量保护238

8.19.2电力系统故障保护241

8.19.3分布式发电设备故障的系统保护243

8.19.4其他联络线保护注意事项243

8.19.5感应发电机/静态逆变器/风力发电场243

8.19.6分布式发电的实际问题246

8.20保护总结248

参考文献249

第9章 变压器、电抗器和并联电容器保护251

9.1变压器保护251

9.2影响差动保护的因素253

9.3虚假差动电流253

9.3.1励磁涌流253

9.3.2过励磁255

9.3.3电流互感器饱和256

9.4变压器差动保护特性256

9.5变压器差动继电器的应用和接线257

9.6示例：Y-Δ联结的双绕组变压器组的差动保护接线258

9.6.1第一步：相位修正258

9.6.2第二步：CT电流比和抽头选择260

9.7有载分接变压器261

9.8示例：多绕组变压器组的差动接线262

9.9应用辅助绕组实现电流平衡265

9.10差动回路中的并联CT265

9.11变压器差动保护的特殊连接266

9.12三相变压器组中单相变压器的差动保护268

9.13变压器接地（零序）差动保护269

9.14远方跳闸系统的设备270

9.14.1故障开关270

9.14.2通信通道270

9.14.3有限故障隔离装置271

9.15 变压器非电量保护271

9.15.1气体检测271

9.15.2压力突变271

9.16接地变压器保护272

9.17带方向继电器的变压器接地差动保护273

9.18调压变压器保护279

9.19变压器过电流保护279

9.20变压器过载-穿越故障耐受标准279

9.21示例：变压器过电流保护281

9.21.1工厂或类似的用户由一台2500kVA，12kV：480V电压比，阻抗为5.75%的变压器供电282

9.21.2设有7500kVA容量，115：12kV电压比，7.8%阻抗变压器的配电网285

9.21.3设有12/ 16/20M VA容量，115：12.5kV电压比，10%阻抗变压器的变电站287

9.22变压器过热保护288

9.23变压器过电压289

9.24变压器典型保护总结289

9.24.1变压器单元289

9.24.2并行变压器单元290

9.24.3大容量变压器的冗余配置要求293

9.25电抗器293

9.25.1电抗器类型293

9.25.2并联电抗器的一般应用294

9.25.3电抗器保护294

9.26电容器295

9.27电力系统无功需求295

9.28并联电容器应用296

9.29电容器组设计296

9.30配电电容器保护297

9.31大电容器组的设计与限制298

9.32大容量电容器组保护300

9.33串联电容器组保护304

9.34电容器组保护应用问题305

参考文献306

附录9.1数字式变压器差动保护应用307

第10章 母线保护314

10.1引言：母线典型接线形式314

10.2单断路器-单母线接线315

10.3单母线分段315

10.4单母线带旁路316

10.5双母线-单断路器317

10.6双母线-双断路器319

10.7环形母线319

10.8一个半断路器母线320

10.9母线-变压器组合接线321

10.10母线简要综述322

10.11母线差动保护324

10.11.1多制动电流差动保护324

10.11.2高阻抗电压差动保护325

10.11.3空心互感器差动保护326

10.11.4中高阻抗差动保护327

10.12其他母线差动保护328

10.12.1时限过电流差动保护328

10.12.2方向比较式差动保护328

10.12.3不完全差动保护328

10.12.4短延时保护方案：瞬时闭锁330

10.13母线接地故障保护331

10.14保护总结331

10.15 母线保护：实际问题331

参考文献332

第11章 电动机保护333

11.1引言333

11.2电动机事故的潜在诱因333

11.3保护中需要考虑的电动机参数和特性334

11.4异步电动机的等效电路335

11.5通用电动机保护336

11.6相间故障保护337

11.7差动保护339

11.8接地故障340

11.9热稳定与堵转保护342

11.10大型电动机的转子堵转保护343

11.11系统不平衡与电动机344

11.12系统不平衡与相位旋转保护349

11.13欠电压保护350

11.14母线切换与重合闸350

11.15 重复起动与突变起动保护351

11.16多功能微处理器电动机保护单元351

11.17同步电动机保护352

11.18总结：典型电动机保护352

11.19电动机保护在实际应用时应注意的问题352

参考文献354

第12章 线路保护355

12.1线路和馈线的分类355

12.2针对继电保护的输电线路分类357

12.2.1配电线357

12.2.2输电线和分支输电线358

12.3线路保护原理及设备359

12.3.1熔断器359

12.3.2自动重合闸装置360

12.3.3分段隔离开关360

12.3.4配合时间间隔361

12.4配合准则及基本整定原则362

12.4.1相间过电流保护的整定363

12.4.2接地时限过电流继电保护的整定363

12.4.3相间和接地速断过电流保护的整定363

12.5配线、辐射式线路的保护及配合364

12.6示例：典型配网的保护配合367

12.6.1实际工程中配网保护配合需要考虑的因素370

12.7与配电线相连的分布式发电机及其他电源371

12.8示例：环网系统的保护配合372

12.9环网中快速跳闸保护的应用377

12.10短线路上保护应用378

12.11网络系统和点式网络系统379

12.12相间故障的距离保护379

12.13距离保护在带分支线路和多端线路中的应用382

12.14距离保护的电压来源384

12.15 距离保护在采用反时限电流保护系统中的应用385

12.16线路接地故障保护385

12.17接地故障距离保护和方向性过电流保护的比较385

12.18过渡电阻对保护的影响387

12.19接地过电流保护的方向元件388

12.20自耦变压器的极化问题389

12.21电压极化的限制392

12.22接地保护的双极化392

12.23带负序的接地方向元件393

12.24互感及接地保护393

12.25耦合互感下的接地距离保护398

12.26超高压带串补长线路保护399

12.27后备保护：远后备、近后备及断路器失灵保护400

12.28总结：线路保护的典型配置403

12.29线路保护在实际工程中需要考虑的问题404

参考文献404

第13章 纵联保护406

13.1引言406

13.2纵联保护的分类406

13.3保护通道分类407

13.4闭锁式纵联方向保护408

13.5允许式纵联方向保护410

13.5.1正常运行时（无故障）410

13.5.2通道故障411

13.5.3位于母线G或者其左侧系统的区外故障412

13.5.4保护区内故障412

13.6方向比较式过范围远跳纵联保护412

13.6.1母线G上或系统左侧区域（保护范围外）的外部故障413

13.6.2保护区内故障414

13.7方向比较式欠范围远跳纵联保护414

13.7.1区域加速416

13.8相位比较：导引线保护（导线通道）416

13.9相位比较：音频通道或光纤通道418

13.9.1发生在母线H上或右侧系统的区外故障419

13.9.2区内故障419

13.10分相的比较式纵联保护421

13.11单相选相纵联系统421

13.12行波方向比较保护422

13.13数字式电流差动422

13.14加强纵联方案423

13.14.1暂时闭锁423

13.14.2弱馈逻辑423

13.14.3断路器断开侧发信423

13.15远方跳闸424

13.16保护通信通道424

13.16.1电力线载波：开关或频移424

13.16.2导引线：音频传输426

13.16.3导引线：50Hz或60Hz传输426

13.16.4数字通道426

13.17数字式电流差动保护427

13.17.1线路差动保护的特征428

13.17.2线路差动保护的问题429

13.17.3线路差动保护设计的改进433

13.17.4线路差动保护的应用437

13.18纵联继电器：运行经验437

13.19本章小结439

参考文献440

附录13.1导引线纵联回路保护442

第14章 稳定性、重合闸、切负荷和脱扣电路设计446

14.1引言446

14.2电力和功率传输446

14.3稳态运行和静态稳定性447

14.4暂态运行和暂态稳定性448

14.5系统振荡和保护450

14.6距离保护的失步检测455

14.7线路自动重合闸457

14.8配网馈线重合闸458

14.9中压输电线路和输电线路重合闸459

14.10带变压器或电抗器线路的重合闸460

14.11自动同期460

14.12切负荷-保负荷的频率保护460

14.13低频切负荷方案462

14.13.1低频切负荷标准462

14.13.2低频切负荷方案的架构463

14.13.3低频控制方案设计464

14.14低频切负荷方案的性能465

14.15 工业系统频率保护466

14.16电压崩溃466

14.17电压崩溃缓解技术466

14.18保护及控制跳闸回路467

14.19变电站直流系统468

14.20跳闸回路装置469

14.20.1中间继电器469

14.20.2信号和密封装置470

14.20.3开关和二极管470

14.20.4跳闸线圈471

14.21跳闸回路设计471

14.22跳闸回路监视和报警472

14.23特殊保护方案473

14.24应用建议：特殊保护方案474

参考文献475

第15章 微机应用与变电站自动化476

15.1引言476

15.2微机型继电保护设计476

15.3可编程序控制器477

15.4微机继电器的应用478

15.5微机继电保护程序编制478

15.5.1布尔代数479

15.5.2控制方程组件482

15.5.3二进制组件482

15.5.4模拟量482

15.5.5数学运算482

15.5.6整定482

15.6微机继电器的属性482

15.7保护强化483

15.7.1配电保护系统484

15.7.2输电线路保护系统486

15.8多功能特性487

15.9简化接线487

15.10事件报告488

15.10.1事件报告类型488

15.11调试及定期检查489

15.12整定规程及记录490

15.13故障定位491

15.14电力系统自动化493

15.15 实践观察：微机保护的应用495

参考文献496

第16章 保护系统性能提升497

16.1性能评价技术498

16.2评价保护系统性能499

16.3保护系统误动分析499

16.3.1保护系统性能评价参数500

16.3.2监管问题500

16.4 NERC标准PRC-004501

16.5 PRC-004实施流程502

16.6电力系统事件分析工具503

16.6.1故障录波器504

16.6.2动态扰动录波器506

16.6.3事件顺序记录器508

16.7重大停电事故概述510

16.7.1美国东北部大停电（1965年11月9日）510

16.7.2美国西海岸大停电（1996年7月2日）511

16.7.3美加大停电（2003年8月14日）511

16.7.4美国佛罗里达州大停电（2008年2月26日）512

16.7.5西南太平洋大停电（2011年9月8日）512

16.7.6小结512

16.8继电保护载荷能力整定513

16.8.1 T型输电线路513

16.8.2远后备保护515

16.9 NERC标准PRC-023516

16.9.1距离继电器载荷能力517

16.9.2变压器负荷整定要求519

16.9.3纵联保护方案的载荷能力519

16.9.4合闸于故障的载荷能力520

16.10非大容量电力系统线路的负荷能力极限521

16.11扰动过程中的发电机跳闸522

16.12保护系统维护524

16.13电网自动化：保护方面524

16.14本章小结526

参考文献527

第17章 习题528