本書是高壓電網(wǎng)繼電保護原理的專業(yè)教材,除了介紹繼電保護的基本原理,同時與 MATLAB/Simulink仿真有機地結(jié)合起來,設(shè)置仿真實驗內(nèi)容,幫助學(xué)生通過仿真結(jié)果,更好地理解保護原理。主要內(nèi)容共九章,包括:緒論;電網(wǎng)故障分析基礎(chǔ)及仿真;電網(wǎng)相間短路的階段式電流保護及仿真;電網(wǎng)接地短路的故障征、保護與仿真;電網(wǎng)的距離保護與仿真;輸電線縱聯(lián)差動保護與仿真;線路自動重合閘及仿真;變壓器保護及仿真;母線保護及仿真。同時,附仿真源程序,易于學(xué)生上手復(fù)現(xiàn)仿真實驗。

本書除了介紹繼電保護的基本原理,同時與 MATLAB/Simulink仿真
有機地結(jié)合起來,設(shè)置仿真實驗內(nèi)容,幫助學(xué)生通過仿真實驗更好地理解繼電保護原理。

電力系統(tǒng)繼電保護是電氣工程及其自動化專業(yè)一門理論性和實踐性都很強的專業(yè)核心課程。本課程的研究方法注重從提取差異征入手,逐步構(gòu)建原理、判據(jù)、方法的框架,并深入研究各種影響因素。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要對高壓電網(wǎng)主要設(shè)備的運行原理及故障狀態(tài)有著良好的理解,這是深入掌握繼電保護原理的基礎(chǔ)。初學(xué)者可能會感到繼電保護原理難以理解,因此,學(xué)校通常采用理論課、實驗課和課程設(shè)計相結(jié)合的方式,旨在幫助學(xué)生更加深入地理解繼電保護的理論體系。通過這種教學(xué)方式,學(xué)生將能夠更好地應(yīng)用理論知識于實際操作,從而提高對電力系統(tǒng)繼電保護原理的全面認識。本書還設(shè)置了課程思政內(nèi)容,引導(dǎo)讀者深入思考,將知識學(xué)習(xí)與價值觀教育融為一體。自2018年起,在實驗課程實踐時,作者在驗證性實驗臺實驗的基礎(chǔ)上,還巧妙地引入了 MATLAB/Simulink仿真實驗,激發(fā)學(xué)生進行探索性研究,旨在全面提升他們的實踐動手能力,經(jīng)過多年的積累形成了本書的仿真案例。本書各種元件的繼電保護原理展開,針對每一種保護,運用 MATLAB/Simulink進行故障征和保護原理的分析,并提供了仿真源程序,旨在幫助初學(xué)者通過仿真快速掌握繼電保護的要領(lǐng)。這一獨的教學(xué)方法既拓展了學(xué)生的研究空間,又為他們提供了更為直觀、實用的學(xué)習(xí)路徑。本書共九章。第一章緒論;第二章電網(wǎng)故障分析基礎(chǔ)及仿真;第三章電網(wǎng)相間短路的階段式電流保護及仿真;第四章電網(wǎng)接地短路的故障征、保護與仿真;第五章 電網(wǎng)的距離保護與仿真;第六章 輸電線縱聯(lián)差動保護與仿真;第七章 線路自動重合閘及仿真;第八章 變壓器保護及仿真;第九章 母線保護及仿真。本書由北京林業(yè)學(xué)謝將劍副教授、于明講師擔(dān)任主編,負責(zé)全書的框架構(gòu)思、編寫組織及整體統(tǒng)稿工作;國網(wǎng)山東省電力公司電力研究院曹建梅、國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司王斌、國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司張紀偉任副主編。其中謝將劍、王斌、曹建梅編寫第1章,于明、張紀偉編寫第2章,謝將劍、王斌編寫第3章,謝將劍、于明、張紀偉編寫第4章,謝將劍、于明編寫第5章,謝將劍、張紀偉編寫第6章,謝將劍、于明、曹建梅編寫第7章,謝將劍、于明、王斌編寫第8章,于明、張紀偉編寫第9章。國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司何峰、李彬、蔣超、李鑫、劉寧、田欣、商希彤、陳寧和北京林業(yè)學(xué)學(xué)生肖彤、秦多豪、李同、任驥雄、李超、周立波參與了資料收集、文字校稿等工作。華北電力學(xué)焦彥軍教授擔(dān)任本書主審,提出了許多寶貴的意見。此外,本書編寫得到了北京林業(yè)學(xué)教材建設(shè)資助,受到來自教務(wù)處、工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)們以及中國電力出版社編輯的力支持和幫助,在此一并表示衷心感謝。 本書在編寫過程中,學(xué)習(xí)和參考了量的相關(guān)參考資料,在此向資料的所有作者表示感謝。由于編者理論水平和實踐經(jīng)驗有限,書中的錯誤和不妥之處在所難免,懇請同行專家和廣讀者批評指正。此外,基于多年理論授課經(jīng)驗,我針對理論課程內(nèi)容撰寫了相關(guān)文章放在公眾號 電氣與 AI中,幫助家更好地理解理論知識。歡迎掃描公眾號二維碼關(guān)注公眾號,獲取更多相關(guān)資料。編 者2024年8月

謝將劍，2007年畢業(yè)于中國農(nóng)業(yè)學(xué)理科實驗班（信息科學(xué)），獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位；2013年畢業(yè)于北京交通學(xué)電氣工程學(xué)院，獲得工學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為北京林業(yè)學(xué)林業(yè)電氣化與自動化學(xué)科副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事電氣設(shè)備在線監(jiān)測、電力系統(tǒng)仿真技術(shù)等研究；主講《電力系統(tǒng)繼電保護》、《高電壓技術(shù)》、《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用》等課程，主持教J育Y部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目1項，校級教改項目3項，發(fā)表教改論文7篇；指導(dǎo)學(xué)生參與科技競賽多次獲得國家級以及省部級獎項，其中國家級4項；指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目比賽獲國家級、北京市級以及校級獎項多項；主持或參與科研項目20余項；在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，授權(quán)發(fā)明專利2項，授權(quán)軟件著作權(quán)10項。

前言
第一章 緒論 1
第一節(jié) 電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)與要求 1
一、電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù) 1
二、對繼電保護的基本要求 2
第二節(jié) 繼電保護的基本原理及分類 4
一、繼電保護的基本原理 4
二、繼電保護的分類 5
第三節(jié) 繼電保護裝置的基本結(jié)構(gòu)與配置原則 6
一、繼電保護裝置的基本結(jié)構(gòu) 6
二、繼電保護裝置的配置原則 7
三、不同電壓等級線路的常見保護配置 8
第四節(jié) 繼電保護研究的思路和方法 8
第五節(jié) 電力系統(tǒng)仿真及Simulink簡介 9
一、電力系統(tǒng)仿真 9
二、Simulink簡介 10
三、Simulink的啟動 10
四、SimPowerSystems模塊庫 11
五、Simulink電力系統(tǒng)仿真示例 12
第二章 電網(wǎng)故障分析基礎(chǔ)及仿真 21
第一節(jié) 基本概念及原理 21
一、短路的一般概念 21
二、短路計算的目的 22
三、恒定電勢源電路的三相短路 23
四、對稱分量法計算短路電流 28
第二節(jié) 不同短路類型的電流仿真 37
一、系統(tǒng)配置 37
二、仿真模型 37
三、仿真設(shè)置 38
四、實驗內(nèi)容 38
五、思考題 40
第三章 電網(wǎng)相間短路的階段式電流保護及仿真 41
第一節(jié) 基本概念及原理 41 一、單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路時電流量值征 41
二、階段式電流保護 42
三、雙電源線路相間短路的方向電流保護 50
四、分支電流對電流Ⅱ、Ⅲ段的影響 54
第二節(jié) 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)階段式電流保護與仿真 55
一、系統(tǒng)配置 55
二、仿真模型 56
三、仿真設(shè)置 57
四、實驗內(nèi)容 59
五、思考題 59
第三節(jié) 電機自啟動時的電流變化仿真 59
一、系統(tǒng)配置 59
二、仿真模型 60
三、仿真設(shè)置 60
四、實驗內(nèi)容 61
五、思考題 62
第四節(jié) 分支電流對電流保護的影響 62
一、系統(tǒng)配置 62
二、仿真模型 63
三、仿真設(shè)置 63
四、實驗內(nèi)容 64
五、思考題 64
第五節(jié) 方向性電流保護仿真 64
一、系統(tǒng)配置 64
二、仿真模型 65
三、仿真設(shè)置 66
四、實驗內(nèi)容 67
五、思考題 68
第四章 電網(wǎng)接地短路的故障征、保護及仿真 69
第一節(jié) 基本概念及原理 69
一、電力系統(tǒng)中性點運行方式的分類 69
二、電流接地電網(wǎng)發(fā)生接地短路時的故障征 69
三、小電流接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地短路時的故障征 71
四、中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)單相接地的故障征 74
五、零序電壓、零序電流的獲取 76
六、電流接地電網(wǎng)的零序電流保護 78
七、小電流接地電網(wǎng)的絕緣監(jiān)視 84 第二節(jié) 中性點不接地電網(wǎng)接地故障實驗仿真 84
一、系統(tǒng)配置 84
二、仿真模型 84
三、仿真設(shè)置 85
四、實驗內(nèi)容 86
五、思考題 87
第三節(jié) 中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)接地故障實驗仿真 87
一、系統(tǒng)配置 87
二、仿真模型 87
三、仿真設(shè)置 88
四、實驗內(nèi)容 88
五、思考題 88
第四節(jié) 中性點直接接地電網(wǎng)接地故障實驗仿真 88
一、系統(tǒng)配置 88
二、仿真模型 89
三、仿真設(shè)置 89
四、實驗內(nèi)容 90
五、思考題 91
第五章 電網(wǎng)的距離保護及仿真 92
第一節(jié) 基本概念及原理 92
一、距離保護的基本概念 92
二、測量阻抗及其與故障距離的關(guān)系 92
三、三相系統(tǒng)中測量電壓與測量電流的選取 93
四、阻抗繼電器 97
五、距離保護的整定計算 102
六、距離保護的振蕩閉鎖 110
第二節(jié) 方向阻抗繼電器的建模與仿真 116
一、系統(tǒng)配置 116
二、仿真模型 116
三、仿真設(shè)置 118
四、實驗內(nèi)容 119
五、思考題 120
第三節(jié) 系統(tǒng)振蕩的影響仿真 120
一、系統(tǒng)配置 120
二、仿真模型 120
三、仿真設(shè)置 120
四、實驗內(nèi)容 121 五、思考題 122
第六章 輸電線縱聯(lián)差動保護及仿真 123
第一節(jié) 基本組成及原理 123
一、縱聯(lián)保護基本組成 123
二、輸電線路短路時兩側(cè)電氣量的故障征 124
三、輸電線路縱聯(lián)電流差動保護 124
第二節(jié) 縱聯(lián)保護的建模與仿真 127
一、系統(tǒng)配置 127
二、仿真模型 127
三、仿真設(shè)置 128
四、實驗內(nèi)容 128
五、思考題 129
第七章 線路自動重合閘及仿真 130
第一節(jié) 基本概念及原理 130
一、自動重合閘的作用 130
二、自動重合閘的基本要求 131
三、自動重合閘的分類 131
四、三相一次重合閘 131
五、單相自動重合閘 137
六、自動重合閘與繼電保護的配合 139
第二節(jié) 三相一次重合閘仿真 140
一、系統(tǒng)配置 140
二、仿真模型 140
三、仿真設(shè)置 142
四、實驗內(nèi)容 142
五、思考題 143
第八章 變壓器保護及仿真 144
第一節(jié) 變壓器的故障及不正常運行狀態(tài) 144
第二節(jié) 變壓器的保護 144
一、變壓器的瓦斯保護 144
二、變壓器縱聯(lián)差動保護 145
三、變壓器保護配置 151
第三節(jié) 不同合閘角時勵磁涌流的仿真 153
一、系統(tǒng)配置 153
二、仿真模型 153
三、仿真設(shè)置 153
四、實驗內(nèi)容 155 五、思考題 155
第四節(jié) 變壓器比率制動性縱聯(lián)差動保護的仿真 155
一、系統(tǒng)配置 155
二、仿真模型 155
三、仿真設(shè)置 155
四、實驗內(nèi)容 156
五、思考題 157
第九章 母線保護及仿真 158
第一節(jié) 母線差動保護基本原理 158
一、單母線差動保護 159
二、雙母線差動保護 159
第二節(jié) 雙母線差動保護仿真 162
一、系統(tǒng)配置 162
二、仿真模型 162
三、仿真設(shè)置 164
四、實驗內(nèi)容 166
五、思考題 166
第三節(jié) 母聯(lián)電流比相式母線差動保護仿真 166
一、系統(tǒng)配置及仿真模型 166
二、實驗內(nèi)容 167
三、思考題 167
參考文獻 168