本书是高压电网继电保护原理的专业教材,除了介绍继电保护的基本原理,同时与 MATLAB/Simulink仿真有机地结合起来,设置仿真实验内容,帮助学生通过仿真结果,更好地理解保护原理。主要内容共九章,包括:绪论;电网故障分析基础及仿真;电网相间短路的阶段式电流保护及仿真;电网接地短路的故障征、保护与仿真;电网的距离保护与仿真;输电线纵联差动保护与仿真;线路自动重合闸及仿真;变压器保护及仿真;母线保护及仿真。同时,附仿真源程序,易于学生上手复现仿真实验。

本书除了介绍继电保护的基本原理,同时与 MATLAB/Simulink仿真
有机地结合起来,设置仿真实验内容,帮助学生通过仿真实验更好地理解继电保护原理。

电力系统继电保护是电气工程及其自动化专业一门理论性和实践性都很强的专业核心课程。本课程的研究方法注重从提取差异征入手,逐步构建原理、判据、方法的框架,并深入研究各种影响因素。学生在学习过程中需要对高压电网主要设备的运行原理及故障状态有着良好的理解,这是深入掌握继电保护原理的基础。初学者可能会感到继电保护原理难以理解,因此,学校通常采用理论课、实验课和课程设计相结合的方式,旨在帮助学生更加深入地理解继电保护的理论体系。通过这种教学方式,学生将能够更好地应用理论知识于实际操作,从而提高对电力系统继电保护原理的全面认识。本书还设置了课程思政内容,引导读者深入思考,将知识学习与价值观教育融为一体。自2018年起,在实验课程实践时,作者在验证性实验台实验的基础上,还巧妙地引入了 MATLAB/Simulink仿真实验,激发学生进行探索性研究,旨在全面提升他们的实践动手能力,经过多年的积累形成了本书的仿真案例。本书各种元件的继电保护原理展开,针对每一种保护,运用 MATLAB/Simulink进行故障征和保护原理的分析,并提供了仿真源程序,旨在帮助初学者通过仿真快速掌握继电保护的要领。这一独的教学方法既拓展了学生的研究空间,又为他们提供了更为直观、实用的学习路径。本书共九章。第一章绪论;第二章电网故障分析基础及仿真;第三章电网相间短路的阶段式电流保护及仿真;第四章电网接地短路的故障征、保护与仿真;第五章 电网的距离保护与仿真;第六章 输电线纵联差动保护与仿真;第七章 线路自动重合闸及仿真;第八章 变压器保护及仿真;第九章 母线保护及仿真。本书由北京林业学谢将剑副教授、于明讲师担任主编,负责全书的框架构思、编写组织及整体统稿工作;国网山东省电力公司电力研究院曹建梅、国核电力规划设计研究院有限公司王斌、国网山东省电力公司济南供电公司张纪伟任副主编。其中谢将剑、王斌、曹建梅编写第1章,于明、张纪伟编写第2章,谢将剑、王斌编写第3章,谢将剑、于明、张纪伟编写第4章,谢将剑、于明编写第5章,谢将剑、张纪伟编写第6章,谢将剑、于明、曹建梅编写第7章,谢将剑、于明、王斌编写第8章,于明、张纪伟编写第9章。国网山东省电力公司济南供电公司何峰、李彬、蒋超、李鑫、刘宁、田欣、商希彤、陈宁和北京林业学学生肖彤、秦多豪、李同、任骥雄、李超、周立波参与了资料收集、文字校稿等工作。华北电力学焦彦军教授担任本书主审,提出了许多宝贵的意见。此外,本书编写得到了北京林业学教材建设资助,受到来自教务处、工学院领导、老师、同学们以及中国电力出版社编辑的力支持和帮助,在此一并表示衷心感谢。 本书在编写过程中,学习和参考了量的相关参考资料,在此向资料的所有作者表示感谢。由于编者理论水平和实践经验有限,书中的错误和不妥之处在所难免,恳请同行专家和广读者批评指正。此外,基于多年理论授课经验,我针对理论课程内容撰写了相关文章放在公众号 电气与 AI中,帮助家更好地理解理论知识。欢迎扫描公众号二维码关注公众号,获取更多相关资料。编 者2024年8月

谢将剑，2007年毕业于中国农业学理科实验班（信息科学），获得理学学士学位；2013年毕业于北京交通学电气工程学院，获得工学博士学位，现为北京林业学林业电气化与自动化学科副教授，硕士生导师，主要从事电气设备在线监测、电力系统仿真技术等研究；主讲《电力系统继电保护》、《高电压技术》、《物联网技术及应用》等课程，主持教J育Y部产学合作协同育人项目1项，校级教改项目3项，发表教改论文7篇；指导学生参与科技竞赛多次获得国家级以及省部级奖项，其中国家级4项；指导学生创新创业项目比赛获国家级、北京市级以及校级奖项多项；主持或参与科研项目20余项；在国内外学术期刊和会议上发表学术论文40余篇，授权发明专利2项，授权软件著作权10项。

前言
第一章 绪论 1
第一节 电力系统继电保护的任务与要求 1
一、电力系统继电保护的任务 1
二、对继电保护的基本要求 2
第二节 继电保护的基本原理及分类 4
一、继电保护的基本原理 4
二、继电保护的分类 5
第三节 继电保护装置的基本结构与配置原则 6
一、继电保护装置的基本结构 6
二、继电保护装置的配置原则 7
三、不同电压等级线路的常见保护配置 8
第四节 继电保护研究的思路和方法 8
第五节 电力系统仿真及Simulink简介 9
一、电力系统仿真 9
二、Simulink简介 10
三、Simulink的启动 10
四、SimPowerSystems模块库 11
五、Simulink电力系统仿真示例 12
第二章 电网故障分析基础及仿真 21
第一节 基本概念及原理 21
一、短路的一般概念 21
二、短路计算的目的 22
三、恒定电势源电路的三相短路 23
四、对称分量法计算短路电流 28
第二节 不同短路类型的电流仿真 37
一、系统配置 37
二、仿真模型 37
三、仿真设置 38
四、实验内容 38
五、思考题 40
第三章 电网相间短路的阶段式电流保护及仿真 41
第一节 基本概念及原理 41 一、单侧电源网络相间短路时电流量值征 41
二、阶段式电流保护 42
三、双电源线路相间短路的方向电流保护 50
四、分支电流对电流Ⅱ、Ⅲ段的影响 54
第二节 单侧电源网络阶段式电流保护与仿真 55
一、系统配置 55
二、仿真模型 56
三、仿真设置 57
四、实验内容 59
五、思考题 59
第三节 电机自启动时的电流变化仿真 59
一、系统配置 59
二、仿真模型 60
三、仿真设置 60
四、实验内容 61
五、思考题 62
第四节 分支电流对电流保护的影响 62
一、系统配置 62
二、仿真模型 63
三、仿真设置 63
四、实验内容 64
五、思考题 64
第五节 方向性电流保护仿真 64
一、系统配置 64
二、仿真模型 65
三、仿真设置 66
四、实验内容 67
五、思考题 68
第四章 电网接地短路的故障征、保护及仿真 69
第一节 基本概念及原理 69
一、电力系统中性点运行方式的分类 69
二、电流接地电网发生接地短路时的故障征 69
三、小电流接地电网发生单相接地短路时的故障征 71
四、中性点经消弧线圈系统单相接地的故障征 74
五、零序电压、零序电流的获取 76
六、电流接地电网的零序电流保护 78
七、小电流接地电网的绝缘监视 84 第二节 中性点不接地电网接地故障实验仿真 84
一、系统配置 84
二、仿真模型 84
三、仿真设置 85
四、实验内容 86
五、思考题 87
第三节 中性点经消弧线圈接地电网接地故障实验仿真 87
一、系统配置 87
二、仿真模型 87
三、仿真设置 88
四、实验内容 88
五、思考题 88
第四节 中性点直接接地电网接地故障实验仿真 88
一、系统配置 88
二、仿真模型 89
三、仿真设置 89
四、实验内容 90
五、思考题 91
第五章 电网的距离保护及仿真 92
第一节 基本概念及原理 92
一、距离保护的基本概念 92
二、测量阻抗及其与故障距离的关系 92
三、三相系统中测量电压与测量电流的选取 93
四、阻抗继电器 97
五、距离保护的整定计算 102
六、距离保护的振荡闭锁 110
第二节 方向阻抗继电器的建模与仿真 116
一、系统配置 116
二、仿真模型 116
三、仿真设置 118
四、实验内容 119
五、思考题 120
第三节 系统振荡的影响仿真 120
一、系统配置 120
二、仿真模型 120
三、仿真设置 120
四、实验内容 121 五、思考题 122
第六章 输电线纵联差动保护及仿真 123
第一节 基本组成及原理 123
一、纵联保护基本组成 123
二、输电线路短路时两侧电气量的故障征 124
三、输电线路纵联电流差动保护 124
第二节 纵联保护的建模与仿真 127
一、系统配置 127
二、仿真模型 127
三、仿真设置 128
四、实验内容 128
五、思考题 129
第七章 线路自动重合闸及仿真 130
第一节 基本概念及原理 130
一、自动重合闸的作用 130
二、自动重合闸的基本要求 131
三、自动重合闸的分类 131
四、三相一次重合闸 131
五、单相自动重合闸 137
六、自动重合闸与继电保护的配合 139
第二节 三相一次重合闸仿真 140
一、系统配置 140
二、仿真模型 140
三、仿真设置 142
四、实验内容 142
五、思考题 143
第八章 变压器保护及仿真 144
第一节 变压器的故障及不正常运行状态 144
第二节 变压器的保护 144
一、变压器的瓦斯保护 144
二、变压器纵联差动保护 145
三、变压器保护配置 151
第三节 不同合闸角时励磁涌流的仿真 153
一、系统配置 153
二、仿真模型 153
三、仿真设置 153
四、实验内容 155 五、思考题 155
第四节 变压器比率制动性纵联差动保护的仿真 155
一、系统配置 155
二、仿真模型 155
三、仿真设置 155
四、实验内容 156
五、思考题 157
第九章 母线保护及仿真 158
第一节 母线差动保护基本原理 158
一、单母线差动保护 159
二、双母线差动保护 159
第二节 双母线差动保护仿真 162
一、系统配置 162
二、仿真模型 162
三、仿真设置 164
四、实验内容 166
五、思考题 166
第三节 母联电流比相式母线差动保护仿真 166
一、系统配置及仿真模型 166
二、实验内容 167
三、思考题 167
参考文献 168