电气主设备继电保护原理与应用PDF电子书下载

第一节　概述 1

第一章　发电机内部故障主保护 1

第二节　比率制动式纵差保护 2

一、比率制动式纵差保护的基本概念和原理简介 3

二、比率制动式纵差保护的整定计算 5

第三节　故障分量比率制动式纵差微机保护 7

一、基本原理 7

二、各种工况下的动作情况分析 10

第四节　故障分量负序方向微机保护 12

一、故障分量负序方向保护的基本原理 12

三、定值整定 12

二、故障分量负序方向保护的主要算法 16

三、故障分量负序方向保护的整定计算 18

第五节　发电机高灵敏内部故障主保护（高灵敏单元件横差保护） 21

一、大幅度减小电流互感器变比 22

二、水轮发电机中性点连线不平衡电流的实例分析 23

三、汽轮发电机中性点连线不平衡电流的分析 26

四、高灵敏内部故障主保护（单元件横差保护）的整定计算 26

五、高灵敏发电机内部故障主保护的试验和运行 27

第六节　多分支分布中性点接线方式水轮发电机综合差动保护 27

一、单元件横差保护（发电机高灵敏内部故障主保护） 27

三、纵联差动保护 28

二、裂相横差保护 28

四、综合差动保护的二次回路安装和讨论 29

第七节　发电机的不完全纵差保护 29

第八节　发电机内部故障主保护的其它方案 31

一、纵向零序过电压保护 31

二、转子二次谐波电流保护 32

三、标积制动式纵差保护 33

第九节　发电机内部故障主保护灵敏度分析实例 34

一、SF320-48/12800-G型水轮发电机 34

二、SF302.5-80/17000型水轮发电机 38

三、30kVA凸极模拟发电机 41

第二章　变压器内部故障主保护 45

第一节　概述 45

一、三相变压器的励磁涌流 45

二、变压器内部短路时流出电流对差动保护的影响 49

第二节　变压器差动保护 53

一、比率制动式差动保护 53

二、标积制动式差动保护 64

三、非线性制动（双曲线型）式差动保护的研究开发 68

四、变压器分侧差动保护 70

五、零序差动保护 71

六、差动速断保护 78

七、改进谐波制动原理变压器差动保护的试验研究 79

第三节　考虑励磁特性的变压器内部短路微机保护 85

一、考虑励磁特性的变压器内部短路保护基本思路和数学模型初探 86

二、考虑励磁特性的变压器微机保护数学模型的改进 87

三、使用序电感的考虑励磁特性的变压器微机保护数学模型及试验结果 91

四、考虑励磁特性的变压器内部短路微机保护的小结 97

第四节　特殊变压器的内部短路保护 97

一、分裂绕组变压器 97

二、自耦变压器 101

三、全星形接线变压器 102

四、多绕组变压器 103

第五节　瓦斯保护 104

第六节　暂态保护型电流互感器 104

一、铁芯气隙对电流互感器的影响 104

二、TP型电流互感器选型时的有关参数 105

三、TP型电流互感器暂态特性校验实例（拐点电压法） 106

四、500kV变压器差动保护电流互感器的配置选型 108

第三章　发电机、变压器短路故障的后备保护 110

第一节　发电机短路故障的后备保护 110

一、过流保护 110

二、复合电压（负序电压和线电压）启动的过流保护 110

四、自并励发电机的后备保护 111

三、负序过流保护和单元件低压启动过流保护 111

第二节　变压器短路故障的后备保护 114

一、相间短路后备保护 115

二、接地短路后备保护 118

第三节　发电机-变压器组短路故障后备保护 123

一、相间短路后备保护配置原则和配置方案 124

二、时限电流速断保护 125

三、阻抗保护 126

第四章　定子绕组单相接地保护 131

第一节　概述 131

一、电力系统中性点各种接地方式优缺点的比较 133

第二节　发电机的中性点接地方式 133

二、大中型发电机的中性点接地方式 135

三、发电机中性点经消弧线圈接地必须是欠补偿方式 137

四、中性点经消弧线圈谐振接地 138

第三节　正常运行和单相接地故障时的基波零序电压电流和三相对地电压 141

一、正常运行时 141

二、单相接地故障时 143

三、发电机中性点不同接地方式下单相接地基波零序电压保护的计算分析实例 146

第四节　汽轮发电机的定子三次谐波电压 149

一、汽轮发电机三次谐波匝电动势分布 149

二、汽轮发电机三次谐波电压的分布及其等效电路 151

三、汽轮发电机正常运行时三次谐波电压的现场测试 163

四、升压变压器高压绕组三次谐波零序电动势E3H对汽轮发电机三次谐波电压的影响 165

第五节 水轮发电机的定子三次谐波电压 167

一、水轮发电机定子三次谐波等效电路的建立 169

二、正常运行时定子三次谐波电压的分布 171

三、单相接地故障时水轮发电机三次谐波电压的分布 172

四、扩大单元接线方式水轮发电机单相接地故障时三次谐波电压的分布 175

五、升压变压器高压绕组三次谐波零序电动势E3H对水轮发电机三次谐波电压的影响 178

第六节 基波零序电压型定子接地保护 178

第七节 三次谐波电压型定子接地保护在汽轮发电机上的应用 180

一、以｜？s｜＞｜？n｜为动作条件的定子接地保护 181

二、以Kres｜？n｜＜｜？s｜为动作条件的定子接地保护 183

三、以Kres｜？n｜＜｜？n－？s｜为动作条件的定子接地保护 184

四、以Kres｜？n｜＜？n－？p？s｜为动作条件的定子接地保护 185

五、三次谐波电压型定子接地保护的应用实例 187

第八节 三次谐波电压型定子接地保护在水轮发电机上的应用 192

一、发电机-变压器组单元接线方式的水轮发电机 192

二、扩大单元接线方式的水轮发电机 194

三、三次谐波电压型定子接地保护的应用实例 194

第九节 外加电源方式的定子接地保护 196

一、外加直流电源的定子接地保护 197

三、外加12.5Hz交流电源的定子接地保护 198

二、外加20Hz交流电源的定子接地保护 198

第十节 选择性定子接地行波保护 200

一、定子接地行波基本概念和现场实测 200

二、定子接地故障时行波电流电压的简单分析计算 204

第十一节 相位判别式三次谐波电压型定子接地微机保护 210

第五章 发电机励磁回路接地保护 214

第一节 概述 214

一、发电机励磁回路故障的成因和形式 214

二、励磁回路两点接地时轴系和汽轮机的磁化 214

三、发电机励磁回路接地保护的现状 217

一、电桥式一点接地保护 218

第二节 励磁回路一点接地保护 218

二、叠加直流电压式一点接地保护 220

三、叠加交流电压式一点接地保护 222

四、切换采样式一点接地保护 228

第三节 励磁回路两点接地保护评述 229

第四节 励磁回路一点和两点接地微机保护 230

一、转子一点接地微机保护基本原理 230

二、转子两点接地微机保护基本原理 231

三、动作判据和软件框图 232

四、灵敏度分析 232

第一节 概述 234

第六章 低励、失磁保护 234

第二节 低励、失磁过程的定性分析和试验资料 236

第三节 低励、失磁过程中的机端阻抗（或导纳）特性 241

一、低励、失磁过程中机端阻抗（或导纳）轨迹 241

二、抵达静稳极限前失磁机机端阻抗（或导纳）轨迹（等有功阻抗圆和等有功导纳圆） 242

三、静稳极限阻抗（或导纳）圆 244

四、低励、失磁后的发电机异步阻抗分析 246

第四节 低励、失磁保护的阻抗继电器 248

一、按异步边界整定的低励、失磁阻抗继电器 248

二、按静稳边界整定的低励、失磁阻抗继电器 250

第五节 低励、失磁保护的三相同时低压继电器 251

第六节 几种低励、失磁保护继电器在阻抗平面上的特性比较 253

第七节 低励、失磁阻抗继电器的误动问题 255

一、机端两相经过渡电阻2Rf短路 255

二、升压变压器高压侧两相经过渡电阻2Rf短路 256

三、升压变压器高压侧单相接地短路 257

四、系统振荡 258

五、长线充电 261

六、自同步过程 262

七、电压回路断线 262

第八节 静稳边界阻抗继电器（xd≠xq）的作图整定 262

一、各种工况下励磁电压电流的变化特性 265

第九节 低励、失磁保护中的转子判据 265

二、等励磁电压辅助判据 271

三、变励磁电压主判据 274

第十节 低励、失磁保护装置的构成示例 278

一、凸极发电机的低励、失磁保护装置 278

二、隐极发电机的低励、失磁保护装置 281

三、调相机的低励、失磁保护装置 282

第十一节 低励、失磁微机保护 286

一、原理和算法 286

二、低励、失磁微机保护原理框图及动模试验结果 288

一、装设失步保护和失步预测保护的必要性 290

二、对失步保护和失步预测保护的基本要求 290

第七章 失步保护和失步预测保护 290

第一节 概述 290

三、两机系统的规范化 291

第二节 多阻抗元件的失步保护 292

一、双阻抗元件失步保护 292

二、三阻抗元件失步保护（原瑞士BBC生产ZPT408-10型滑极继电器） 297

第三节 测量振荡中心电压及其变化率的失步预测保护 302

一、基本原理 302

三、装置的构成 303

二、整定计算 303

第四节 测量视在电阻及其变化率的失步预测保护 304

一、基本原理 304

二、动作特性及其分析整定 307

三、失步预测保护动作判据 311

四、动模试验 314

第五节 以系统两点间相位差为依据的失步预测保护 315

一、相位差算法 315

二、相位差预测值的算法 317

三、电流振荡检测元件 317

四、大系统的失步预测保护总框图 318

第六节 暂态失稳预测保护 319

一、基本原理和计算简化条件 319

二、极限切除角度θ′x和极限切除时间tcri的计算 319

三、程序框图 322

四、仿真计算的校验和分析 323

第七节 采用李雅普诺夫直接法的失步预测保护 324

一、李雅普诺夫直接法简介 324

二、应用李雅普诺夫直接法的失步预测判据 325

三、计算实例 328

四、李雅普诺夫直接法失步预测保护的评估 329

第一节 概述 330

第八章 转子表层负序过负荷保护（负序电流保护） 330

第二节 发电机长期承受负序电流的能力 331

第三节 发电机短时承受负序电流的能力 332

一、发电机短时负序转子发热常数A 332

二、电力系统运行对A值的要求 333

三、判据I？t＞A的运行实践和修正 334

第四节 转子表层负序过负荷保护的构成 337

第五节 反时限元件的分析 340

一、两级充电式反时限元件 340

二、平方-积分器式反时限元件 345

第六节 负序电流滤过器的运行分析 350

一、利用感抗移相的负序电流滤过器 351

二、利用电容移相的负序电流滤过器 352

三、电流互感器一相断线对负序电流滤过器的影响 352

第九章 过励磁保护 355

第一节 过励磁故障的起因和后果 355

第二节 变压器过励磁损耗分析 358

一、主磁通在铁芯中产生的损耗 358

二、过励磁电流在绕组导体电阻上的损耗 358

三、漏磁通在绕组导体中引起的涡流损耗 359

四、漏磁通在铁芯表面造成的涡流损耗 359

第三节 变压器、发电机的过励磁能力 360

一、两段式定时限过励磁保护 361

第四节 过励磁保护的动作判据和动作特性 361

二、过励磁反时限保护之一 362

三、过励磁反时限保护之二 363

第五节 过励磁保护装置原理 365

一、U/f的测量电路 365

二、反时限电路 365

第六节 反时限过励磁保护的整定计算 366

第十章 主设备异常运行的其它保护 367

第一节 过负荷保护 367

一、发电机的过负荷 367

三、励磁绕组的过负荷保护 368

二、定子绕组的过负荷保护 368

四、变压器的过负荷保护 369

第二节 过电压保护 370

第三节 逆功率保护 371

第四节 发电机频率异常保护 374

第五节 电流互感器二次断线保护 380

第六节 非全相运行保护 383

第七节 启动和停机保护 385

第八节 在盘车状态下的误合闸保护 386

第九节 断路器断口闪络保护 387

一、轴电流的产生及其对发电机组的影响 388

第十节 轴电流保护 388

二、轴承座绝缘破坏的主要原因 390

三、轴电流保护 391

第十一章 大型发电机-变压器组继电保护的总体配置 393

第一节 大型发电机-变压器组继电保护总体配置的要求 393

第二节 发电机-变压器组内部短路主保护的配置问题 396

一、发电机三相定子绕组的结构对保护配置的影响 396

二、关于定子绕组同相匝间或层间短路保护问题 398

第三节 汽轮发电机励磁回路两点接地保护问题 398

第四节 关于短路故障的后备保护问题 398

二、三套反时限保护能否兼作后备保护？ 399

第五节 异常运行保护问题 399

一、定子单相接地保护应否跳断路器？ 399

三、低励、失磁保护 400

四、失步保护和失步预测保护 400

五、电流二次回路断线保护 401

第六节 大型水轮发电机-变压器组继电保护配置特点 401

第七节 大机组微机保护装置的推广应用 401

第十二章 并联电抗器的保护 402

第一节 并联电抗器的纵差保护和电流速断保护 402

一、没有补偿作用时匝间短路与单相接地的定性分析 403

第二节 并联电抗器的匝间短路保护 403

二、有补偿作用时匝间短路与单相接地的定性分析 404

第三节 过负荷保护及过流后备保护 406

第四节 并联电抗器内部故障的微机保护 407

一、并联电抗器内部故障微机保护原理 407

二、并联电抗器-匝短路时的阻抗变化 408

三、微机保护中低通滤波器截止频率fm、采样间隔△t、积分区间T的优化选择 408

四、数字仿真试验结果和动作阈值ξ0的选定 409

第十三章 电力电容器保护 411

第一节 电力电容器的故障起因和后果 411

一、并联补偿电容器的投入暂态分析 412

第二节 并联补偿电容器的投入暂态分析和故障稳态分析 412

二、电容器组内部故障时各种保护参数的稳态分析计算 413

第三节 电容器组内部故障保护 413

一、电容器的熔断器保护 413

二、单三角形接线电容器组的零序电流保护 416

三、每相两分支（每分支电容NC/M）、双三角形接线电容器组的三元件式横差保护 416

四、差电压保护 417

五、零序电压保护 418

六、双星形双电抗器接线中性点零序电压保护 418

七、双星形双电抗器接线中性点连线零序电流保护 418

二、过电流保护 419

一、电流速断保护 419

九、桥形接线桥差保护（或称电桥原理电流平衡保护） 419

第四节 电容器回路相间短路保护 419

八、双星形单电抗器接线中性点连线零序电流保护 419

第五节 系统异常的电容器保护 420

一、过电压保护 420

二、低电压保护 420

第六节 串联电容器组的保护 420

一、绕组保护 421

第二节 电动机保护综述 421

二、轴承损坏 421

一、绕组损坏 421

第一节 电动机故障的形式和起因 421

第十四章 电动机保护 421

二、供电系统保护 422

三、轴承保护 422

第三节 电动机的温度保护 423

第四节 电动机的热保护 425

一、电动机的发热与冷却 425

二、电动机的过负荷温升及其极限允许值 426

三、对电动机过负荷热保护特性的要求 427

第五节 温度-电流保护 430

四、电动机热保护的缺点 430

一、相间短路保护之一——电流速断保护 432

二、相间短路保护之二——差动保护 432

第六节 电动机的电流保护 432

三、单相接地保护 433

四、电动机堵转保护 434

五、严重过负荷保护 435

六、相间电流不平衡保护 436

第七节 电动机的电压保护 436

一、低电压保护 436

一、电气模型 437

二、负序电压保护 437

第八节 采用电、热和机械仿真模型的电动机微机型热保护 437

二、热模型 440

三、转子热模型参数的改进 441

四、机械模型 442

五、电动机微机型热保护分析实例 443

第九节 电动机综合保护 444

一、电动机过热保护的等效电流Ieq 444

三、短路、启动时间过长和堵转保护（I1、t1） 446

四、不对称电流保护（I2、t2） 446

二、过热保护 446

五、接地故障保护（I0、t0） 447

第十五章 抽水蓄能发电-电动机组继电保护 448

第一节 抽水蓄能电站在电力系统中的意义 448

一、抽水蓄能电站的特殊功用 448

二、抽水蓄能电站的一般知识 449

三、抽水蓄能电站的经济效益 452

四、各国抽水蓄能电站的建设概况 452

第二节 抽水蓄能机组的继电保护 454

一、抽水蓄能机组继电保护的技术特点 454

二、我国抽水蓄能机组保护的现状 465

附录A 并网运行发电机内部短路计算的多回路分析法 469

附录B 数字滤序算法 484

附录C 定子绕组开断的实用计算 486

附录D 自耦变压器外部单相接地短路计算实例 488

附录E 水轮发电机定子接地故障的行波分析 492

附录F 系统电抗的最小偏差实时最优估计 500

附录G 并联补偿电容器的内部故障分析 503

附录H LJ型零序电流互感器 512

附录I 发电机的运行容量（P-Q）曲线 513

参考文献 517