本書主要論述智能配電網的繼電保護技術, 共6章, 內容包括概述、中壓交流配電網相間短路故障保護、中壓交流配電網單相接地故障保護、中壓交流配電網斷線故障檢測、低壓配電網保護、直流配電網保護。該書注重理論與實踐的結合, 盡量避免復雜的公式推導, 以基本原理和實踐中的關鍵技術為核心, 并輔以示范工程案例, 使內容更貼近實際。
前言
繼電保護對配電設備以及網絡的安全可靠運行至關重要，是智能配電網建設中不可或缺的關鍵技術之一。隨著分布式電源的大量接入、直流配電網的示范建設、多元負荷的廣泛應用，配電網的形態(tài)發(fā)生了顯著變化，傳統(tǒng)基于輻射狀配電網設計的繼電保護已不能完全適用；同時隨著對供電可靠性要求的持續(xù)提高、對人身傷亡事故的容忍度持續(xù)下降，對配電網繼電保護也提出了更高的要求。除此之外，隨著硬件水平、通信技術等的不斷發(fā)展，配電網繼電保護也迎來了快速發(fā)展機遇，比如通信技術的發(fā)展使得差動（縱聯(lián)）保護、廣域保護廣泛應用于配電網成為可能。
全書共6 章。第1 章主要介紹交流、直流以及中、低壓配電網的拓撲結構、中性點接地方式等基礎知識，為論述配電網的繼電保護提供理論支撐，同時介紹了配電網新形態(tài)下繼電保護面臨的挑戰(zhàn)和機遇、與配電自動化的關系以及未來發(fā)展趨勢；第2 章為中壓交流配電網相間短路故障保護，主要包括電機類和逆變型分布式電源的故障特征、短路電流的計算、相間電流保護技術、基于通信的差動保護、縱聯(lián)保護和廣域保護技術、重合閘和備用電源自動投入技術以及分布式電源接入后的孤島檢測技術；第3 章為中壓交流配電網單相接地故障保護，主要包括小電阻接地和小電流接地系統(tǒng)中單相接地故障發(fā)生后暫、穩(wěn)態(tài)電氣量特征以及接地故障保護中的新技術；第4 章為中壓交流配電網斷線故障檢測，主要包括斷線故障特征、僅基于中壓/臺區(qū)電壓信息的區(qū)段定位方法以及基于正/負序電壓和電流特征的選線和區(qū)段定位方法；第5 章為低壓配電網保護，主要包括關鍵設備、相間保護和漏電保護技術；第6 章為直流配電網保護，主要包括直流配電網故障特征以及現(xiàn)有直流配電網示范工程中的典型保護配置方案。
本書第1 章作為全書的基礎，主要由西安交通大學宋國兵教授和常仲學博士撰寫，國網四川省成都供電公司金鑫琨高工編寫了中壓配電網拓撲結構和中性點接地方式的內容，珠海許繼電氣有限公司張維高工編寫了配電網故障特點的部分內容；第2 章由山東科匯電力自動化股份有限公司王超高工、西安科技大學高淑萍副教授、國網陜西電科院張志華高工撰寫；第3 章由中國石油大學（華東）薛永端教授和長沙理工大學喻錕副教授撰寫；第4 章由西安交通大學常仲學博士撰寫，薛永端教授提供了部分資料；第5 章由國網北京市電力科學研究院王志勇高工和呂立平高工編寫；第6 章由國網江蘇省電力科學研究院袁宇波博士和王晨清博士完成。全書由西安交通大學宋國兵教授、國網四川省成都供電公司鄭毅教授級高工和常仲學博士統(tǒng)稿，并對全書內容進行了審查修改。
本書撰寫過程中得到了眾多專家的支持，他們提出了眾多改進意見，在此表示感謝。他們是山東理工大學徐丙垠教授、國網陜西省電力科學研究院劉健副院長。此外，撰寫過程中參考和引用了眾多國內外同行的研究成果，在此一并表示感謝。
由于作者學識有限，加之時間倉促，書中不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。
主編
2023 年6 月
目 錄
叢書序 用配電網新技術的知識盛宴以饗讀者
前言
第1 章 概論 1
1.1 配電網結構和中性點接地方式 1
1.1.1 配電網形態(tài)的變化 1
1.1.2 中壓交流配電網的拓撲結構和中性點接地方式 2
1.1.3 低壓交流配電網的拓撲結構和中性點接地方式 7
1.1.4 直流配電網的拓撲結構和接地方式 · 11
1.2 配電網故障 15
1.2.1 故障類型 · 15
1.2.2 故障特點 · 17
1.2.3 故障的危害 · 20
1.3 配電網繼電保護 23
1.3.1 保護的基本要求 · 23
1.3.2 保護性能與可用資源 · 24
1.3.3 繼電保護與饋線自動化的關系 · 27
1.3.4 配電網新形態(tài)下繼電保護技術面臨的挑戰(zhàn) · 31
1.3.5 保護的發(fā)展趨勢 · 32
參考文獻 34
第2 章 中壓交流配電網相間短路故障保護 36
2.1 配電網相間短路電流分析 · 36
2.1.1 輻射式配電線路短路電流分析 · 36
2.1.2 含分布式電源線路短路電流分析 · 39
2.2 相間短路故障電流保護 44
2.2.1 三段式電流保護 · 44
2.2.2 反時限過電流保護 · 49
2.2.3 方向電流保護 · 50
2.3 相間短路故障電壓保護 52
2.3.1 電壓電流聯(lián)鎖速斷保護 · 52
2.3.2 電流閉鎖電壓速斷保護 · 54
2.4 相間短路故障縱聯(lián)保護 56
2.4.1 分布式電流保護 · 56
2.4.2 電流差動保護 · 61
2.4.3 縱聯(lián)方向保護 · 67
2.5 重合閘與備自投技術 69
2.5.1 重合閘技術 · 69
2.5.2 備自投技術 · 73
2.6 分布式電源并網保護 75
2.6.1 分布式電源相間短路保護 · 76
2.6.2 配電網孤島運行及其檢測 · 78
2.6.3 配電網反孤島保護 · 81
2.7 工程案例 84
2.7.1 短路故障保護處理案例 · 84
2.7.2 短路故障重合閘處理案例 · 87
2.8 小結與展望 88
參考文獻 88
第3 章 中壓交流配電網單相接地故障保護 91
3.1 配電網接地故障分析 91
3.1.1 配電網接地故障等值電路 · 91
3.1.2 配電網接地故障穩(wěn)態(tài)分析 · 93
3.1.3 配電網接地故障暫態(tài)分析 · 98
3.1.4 分布式電源接入對接地故障的影響 101
3.2 小電阻接地系統(tǒng)接地故障保護 102
3.2.1 存在的主要問題 102
3.2.2 零序過電流保護 103
3.2.3 零序電流反時限保護 104
3.2.4 反時限原理高靈敏度階段式零序過電流保護 105
3.2.5 電壓比率制動式零序過電流保護 106
3.2.6 零序電流比較式集中保護 107
3.2.7 基于出線零序電流與中性點零序電流比較的接地故障保護 108
3.3 小電流接地系統(tǒng)接地故障保護 108
3.3.1 小電流接地故障保護現(xiàn)狀 108
3.3.2 工頻量接地故障選線技術 109
3.3.3 暫態(tài)量選線方法 111
3.3.4 行波選線法 113
3.3.5 相電流突變量選線法 113
3.3.6 主動式選線法 114
3.3.7 比較暫態(tài)零序電流波形相似性的故障分段定位方法 115
3.3.8 利用注入信號的故障分段定位方法 115
3.3.9 基于兩值法的故障分段定位方法 116
3.3.10 利用分界開關隔離接地故障 116
3.3.11 小電流接地故障多級保護技術 117
3.4 基于柔性接地技術的單相接地故障保護 118
3.4.1 接地故障電弧重燃熄滅特征分析 118
3.4.2 中性點經可控電源的柔性接地技術 119
3.4.3 基于柔性接地技術的電壓消弧原理 122
3.4.4 基于柔性接地技術的接地故障保護流程 124
3.5 工程案例 · 125
3.5.1 小電阻接地系統(tǒng)接地保護案例 125
3.5.2 小電流接地故障暫態(tài)選線案例 127
3.5.3 集中式小電流接地故障分段定位案例 129
3.5.4 分布式小電流接地故障多級保護技術案例 130
3.5.5 基于柔性接地技術的接地故障保護案例 133
3.6 小結與展望 · 138
參考文獻 · 139
第4 章 中壓交流配電網斷線故障檢測 · 140
4.1 斷線故障的成因及危害· 140
4.1.1 斷線故障的主要成因 140
4.1.2 斷線故障的危害 142
4.2 單相斷線故障特征 · 147
4.2.1 電壓特征 148
4.2.2 相電流特征 150
4.2.3 序分量電壓和電流的關系 155
4.2.4 分布式電源的影響 156
4.3 單相斷線故障的站內選線和保護技術 157
4.3.1 基于零序電氣量的接地故障選線方法對斷線故障的適應性 157
4.3.2 基于正/負序電氣量的選線方法 · 158
4.3.3 基于相電流的站內保護技術 158
4.4 單相斷線故障的區(qū)段定位技術 159
4.4.1 基于相電流不平衡度的級差配合式區(qū)段定位方法 159
4.4.2 基于正/負序電壓電流的區(qū)段定位方法 · 160
4.4.3 基于中壓網絡電壓特征的區(qū)段定位方法 162
4.4.4 基于臺區(qū)低壓側電壓特征的區(qū)段定位方法 165
4.5 工程案例 167
4.6 小結與展望 168
參考文獻 · 168
第5 章 低壓配電網保護 171
5.1 低壓系統(tǒng)故障分析 171
5.1.1 低壓系統(tǒng)現(xiàn)狀分析 171
5.1.2 故障類型與保護功能 173
5.2 過電流保護 176
5.2.1 公用低壓系統(tǒng) 176
5.2.2 短路電流計算 180
5.2.3 保護電器特性 183
5.2.4 保護整定與配合 188
5.3 剩余電流保護與人身安全 198
5.3.1 電流通過人體的效應 198
5.3.2 剩余電流保護器特性 201
5.3.3 剩余電流保護的整定 204
5.3.4 10kV 接地故障的影響 · 208
5.3.5 TN 系統(tǒng)轉移電位問題 · 209
5.3.6 電弧故障保護問題 210
5.4 小結與展望 · 211
參考文獻 211
第6 章 直流配電網保護 212
6.1 直流配電網故障特征 212
6.1.1 兩/三電平VSC 型換流器 212
6.1.2 MMC 短路故障特征 216
6.1.3 Buck-boost 型換流器 218
6.1.4 直流電力電子變壓器故障特征 220
6.1.5 控制對故障響應特征的影響 224
6.2 保護原理 224
6.2.1 保護分區(qū) 224
6.2.2 直流線路差動保護 226
6.2.3 直流母線差動保護 226
6.2.4 直流方向過電流保護 227
6.2.5 直流橫差保護 227
6.2.6 故障恢復策略 227
6.3 工程案例 · 228
6.3.1 工程簡介 228
6.3.2 保護配置 229
6.3.3 保護及故障恢復策略 229
6.4 小結與展望 · 230
參考文獻 · 230
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