電力系統繼電保護

作者： (美)Stanley H.Horowitz Arun G.Phadke 著 李斌 譯

本書主要論述了電力系統繼電保護的基本原理及其相關知識。根據繼電保護的發展歷程，本書對包括機電型、固態以及微機型在內的各類基本繼電器的動作情況進行了詳細的說明。同時針對電力系統中的不同電氣設備，對相應的繼電保護原理進行了闡述。除此之外，還特別闡明了系統安全穩定運行對繼電保護提出的要求以及與此相關的保護原理。

全書共分13章：第1章為緒論；第2章介紹了各類基本繼電保護的動作原理；第3章介紹了電流互感器和電壓互感器；第4～6章分別介紹了輸電線路的電流保護、距離保護以及縱聯保護原理；第7章介紹了包括電動機和發電機在內的各類旋轉電機的繼電保護；第8章介紹了電力變壓器的繼電保護；第9章介紹了母線、電抗器和電容器的繼電保護；第10～11章介紹了電力系統的穩定運行及繼電保護的考慮，並對若干保障系統運行性能的繼電保護原理進行了闡述；第12章介紹了斷路器的操作方案與過程；第13章介紹了電力系統監控的相關知識。

本書可作為高等院校發電廠及電力系統、電力系統及其自動化及繼電保護及自動遠動技術等相關專業的本科生和研究生的教學用書，也可供從事繼電保護工作的相關科技人員參考。

第1章 緒論 第2章 繼電保護的動作原理 第3章 電流互感器與電壓互感器 第4章 輸電線路的電流保護 第5章 輸電線路的距離保護 第6章 輸電線路的縱聯保護 第7章 旋轉電機的繼電保護 第8章 電力變壓器的繼電保護 第9章 母線、電抗器和電容器的繼電保護 第10章 電力系統穩定性和繼電保護的考慮 第11章 面向系統性能的繼電保護 第12章 斷路器操作方案與過程 第13章 電力系統的監控 附錄

從功能的角度講，電力系統是由分別屬於三個層次的相互連接的設備所構成的，如圖1.1所示。

電力系統的一次設備位於最底層，它用於發電、變換電壓和分配電能到負荷終端。其次是控制裝置所在的設備層，這類裝置用於保持電力系統運行在正常的電壓和頻率條件下，併產生足夠的電能以滿足負荷要求，同時保持電網的最優運行與安全性。控制裝置有其自身的層次性，分別由本地和中央控制功能構成。最後還有繼電保護裝置所在的設備層。保護功能的反應時間一般比控制功能的要快。繼電保護裝置動作於跳閘和合閘斷路器，從而改變電力系統的結構，而控制功能則通過連續的動作措施來調整系統變數，如電網中的電壓、電流、潮流等。控制功能與保護功能的界限往往較為模糊，尤其是近年來隨著變電所中微機保護系統的出現，這個問題變得更加明顯。

為了清晰起見，我們可以將所有動作於電力開關和斷路器的功能定義到繼電保護的任務範疇，而將所有動作於只改變電力系統的運行狀態（電壓、電流、潮流等），而不改變電力系統的結構的功能定義到控制系統的範疇。

電力變壓器和發電機的中性點可以有多種接地方式，這取決於電力系統中受接地方式影響部分的需要。由於接地方式影響到短路電流的大小，因此接地的問題對繼電保護的配置有直接的影響。在本節中，我們將論述現代電力系統中的各種接地方式及其應用原因。在本書其他章節中，接地方式對繼電保護系統設計的影響將在適當的部分給予說明。

顯然，真正的中性點不接地系統中沒有接地短路電流。這也是系統不接地運行的主要原因。由於電力系統中大多數故障是接地故障，因此，在不接地系統中，由於故障引起的供電中斷現象被大幅減少了。但是，隨著連接到電力系統的輸電線路的增加，饋線對地之間的電容耦合形成了一個對地通路，於是這個系統中的接地故障就會產生一個電容性的短路電流，如圖1.2（a）所示。對地耦合電容 為故障電流提供了迴路，相間電容 在這個故障電路中不起任何作用。當電容足夠大時，這個容性接地故障電流就會自保持並難以自行消失。這樣就有必要斷開斷路器以清除故障，而繼電保護的技術難點就在於如何檢測如此小幅值的故障電流。為了產生足夠大的短路電流，中性點經電阻的接地方式常被採用——如圖1.2（a）所示的虛線框內。選擇經電阻接地方式時需要考慮的問題之一就是通過持續接地短路電流的電阻的熱容量問題。