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内容简介

本书主要针对电力系统、电气工程自动化等相关专业的电力系统继电保护原理课程，结合当前流行的仿真软件——MATLAB/Simulink,利用作者近年来在教学中所设计及应用的建模仿真实例，在讲解继电保护原理的同时，用MATLAB/Simulink的仿真实例来验证所讲的原理及保护动作情况。内容主要包括：电压及电流互感器，输电线路及电网接地故障的电流、电压保护，电网的距离保护与纵联保护，电力变压器、发电机及电动机的继电保护等。

目录

前言
第1章绪论 1
1.1 电力系统继电保护的基本任务 1
1.2电力系统继电保护的基本原理及
组成 2
1.2.1 电力系统继电保护的基本原理 2
1.2.2电力系统继电保护的组成 4
1.3对电力系统继电保护的基本要求 5
1.4电力系统继电保护的发展简史 6
1.5 电力系统仿真及MATLAB简介 8
第2章电流互感器与电压互感器 10
2.1 电流互感器 10
2.1.1 电流互感器简介 10
2.1.2电流互感器的常用额定参数 10
2.1.3电流互感器的常用接线方式 l2
2.2电压互感器 12
2.2.1 电压互感器简介 12
2.2.2电压互感器的常用额定参数 13
2.2.3电压互感器常用的接线方式 14
2.3电流、电压互感器仿真示例 15
2.3.1 电流互感器两相星形接线的建模
与仿真 15
2.3.2考虑电流互感器饱和特性时的建
模与仿真 -22
2.3.3 电容式电压互感器的建模与暂态
特性仿真 24
第3章电网相间短路的电流电压保护
与仿真 27
3.1继电特性及运行方式 27
3.1.1继电器的继电特性 27
3.1.2继电保护的运行方式 28
3.2单侧电源网络的相间电流、电压保护 29
3.2.1电流速断保护（电流保护I段） 30
3.2.2限时电流速断保护（电流保护
Ⅱ段） 31
3.2.3定时限过电流保护（电流保护
疆段） 33
3.2.4三段式电流保护装置 35
3.2.5电流电压联锁速断保护 35
3.2.6反时限过电流保护 37
3.2.7电流保护的性能分析 39
3.3单侧电源网络相间电流保护的建模
与仿真 39
3.3.1三段式电流保护的建模与仿真 39
3.3.2电动机自起动对过电流保护的
影响仿真 46
3.4电网相间短路的方向电流保护原理 50
3.4.1方向电流保护的作用原理 50
3.4.2功率方向元件的工作原理 51
3.4.3 相间短路功率判别元件的接线
方式 54
3.4.4双侧电源网络中电流保护整定
的特点 55
3.4.5对方向性电流保护的评价 58
3.5 电网相间短路的方向电流保护的建模
与仿真 58
3.5.1功率方向元件的建模与仿真 58
3.5.2分支电路对限时电流速断保护
的影响仿真 62
第4章电网接地故障的电流电压保护
与仿真．， 66
4.1 电力系统中性点运行方式与接地
故障概述 66
4.1.1 电力系统中性点运行方式的
分类 66
4.1.2不同中性点运行方式下的
接地故障 67
4.2大电流接地系统的接地短路保护 68
4.2.1 中性点直接接地电网发生接地
短路时的故障特征 69
4.2.2零序分量的获取 70
4.2.3 中性点直接接地电网的接地
保护 73
4.2.4对零序电流保护的评价 77
4.3小电流接地系统的单相接地保护 78
4.3.1 中性点不接地电网单相接地时
的故障特征 78
4.3.2 中性点经消弧线圈接地系统单相
接地的故障特征 81
4.3.3小电流接地系统的绝缘监视及
单相接地故障选线方法 84
4.4电网接地故障的建模与仿真 85
4.4.1 中性点直接接地电网接地故障的
建模与仿真 85
4.4.2中性点不接地电网接地故障的建
模与仿真 91
4.4.3 中性点经消弧线圈接地电网接地
故障的建模与仿真 97
第5章 电网的距离保护与仿真 101
5.1距离保护的作用原理 101
5.1.1距离保护的基本概念 101
5.1.2距离保护的时限特性 102
5.1.3距离保护的组成 102
5.2阻抗继电器 一103
5.2.1阻抗继电器的分类 103
5.2.2圆特性阻抗继电器 104
5.2.3直线与四边形特性的阻抗继
电器 一109
5.2.4阻抗继电器的精确工作电流 110
5.3阻抗继电器的接线方式 111
5.3.1故障时的母线电压 111
5.3.2 0。接线方式分析 111
5.3.3带零序补偿的接线方式分析 113
5.4距离保护的整定计算 113
5.4.1各段保护具体的整定原则 113
5.4.2采用四边形特性的阻抗继电器
的整定计算方法 115
5.5距离保护的振荡闭锁 115
5.5.1 电力系统振荡时电流、电压的
变化规律 116
5.5.2 电力系统振荡时测量阻抗的变化
规律 117
5.5.3 电力系统振荡对距离测量元件
特性的影响 119
5.5.4振荡闭锁措施 119
5.5.5振荡过程中再故障的判断 122
5.6过渡电阻对距离保护的影响 122
5.6.1过渡电阻的特点一 一123
5.6.2单侧电源线路上过渡电阻的
影响 “123
5.6.3双侧电源线路上过渡电阻的
影响 一123
5.6.4防止过渡电阻影响的措施 124
5.7距离保护的电压回路断线闭锁 125
5.7.1 母线电压回路断线闭锁的措施 125
5.7.2线路电压回路断线闭锁的措施 l25
5.8距离保护的建模与仿真 126
5.8.1 阻抗继电器的建模与仿真 126
5.8.2双侧电源线路上过渡电阻对
测量阻抗的影响仿真 131
5.8.3电力系统振荡的仿真 133
第6章输电线路的纵联保护与仿真 137
6.1 输电线路纵联保护的基本原理和构成
方式 137
6.1.1输电线路纵联保护概述 137
6.1.2输电线路纵联保护的基本原理 137
6.1.3差动保护特性分析 139
6.1.4输电线路纵联保护的一般构成
方式 140
6.2输电线路纵联保护的通信通道 140
6.3光纤分相电流差动保护 144
6.3.1 光纤分相电流差动保护的基本
原理 l44
6.3.2取样同步问题 146
6.3.3 光纤分相电流差动保护原理
框图 l46
6.4方向比较式纵联保护 l47
6.4.1 闭锁式方向纵联保护 147
6.4.2闭锁式距离纵联保护 149
6.5纵联保护的建模与仿真 150
第7章 自动重合闸与仿真 一155
7.1 自动重合闸的作用及基本要求 155
7.1.1 自动重合闸的作用 155
7.1.2对自动重合闸的基本要求 156
7.1.3 自动重合闸的分类 156
7.2三相一次自动重合闸 156
7.2.1单侧电源线路的三相一次自动
重合闸 156
7.2.2双侧电源线路的三相一次自动重
合闸 -157
7.2.3 自动重合闸与继电保护的配合 159
7.3单相自动重合闸 160
7.3.1单相自动重合闸的故障
选相元件 160
7.3.2单相自动重合闸时的潜供电流
和恢复过电压 161
7.4综合重合闸简介 162
7.5 自动重合闸中的故障选相仿真 163
第8章 电力变压器的继电保护与
仿真 168
8.1 变压器的故障、不正常运行状态及
保护配置 168
8.1.1变压器的故障、不正常运行
状态 168
8.1.2变压器的保护配置 168
8.2变压器的气体保护 169
8.3变压器的纵联差动保护 170
8.3.1 构成变压器纵联差动保护的
基本原则 17l
8.3.2不平衡电流产生的原因及消除
方法 171
8.3.3具有比率制动特性的纵联差动
保护 174
8.3.4变压器差动速断保护 175
8.4变压器相间短路的后备保护 175
8.4.1变压器的过电流保护 175
8.4.2低电压起动的过电流保护 176
8.4.3复合电压起动的过电流保护 177
8.5变压器保护的建模与仿真 178
8.5.1变压器仿真模型的构建 l78
8.5.2变压器空载合闸时励磁涌流
的仿真 180
8.5.3变压器比率制动特性纵联差动
保护的仿真 183
8.5.4变压器绕组内部故障的简单
仿真 l84
第9章发电机的继电保护与仿真 188
9.1 发电机的故障、不正常运行状态及
保护配置 188
9.1.1发电机的故障、不正常运行
状态 l88
9.1.2发电机的保护配置 188
9.2发电机的差动保护 190
9.2.1 比率制动特性纵联差动保护 190
9.2.2发电机的不完全纵联差动保护 191
9.2.3发电机的横联差动保护 192
9.3发电机的单相接地保护 193
9.3.1反映基波零序电压和电流的
定子绕组接地保护 194
9.3.2三次谐波式定子接地保护 195
9.3.3 100%定子绕组单相接地保护 196
9.4发电机励磁回路的接地保护 196
9.4.1 发电机励磁回路一点接地保护 196
9.4.2发电机励磁回路两点接地保护 197
9.5发电机的负序电流保护 198
9.5.1 负序电流保护的基本原理 198
9.5.2负序电流保护原理框图 198
9.6发电机保护的建模与仿真 199
9.6.1发电机纵联差动保护的仿真 199
9.6.2基波零序分量的发电机定子
单相接地保护仿真 204
9.6.3三次谐波式发电机定子单相
接地保护仿真 208
参考文献 212

前言/序言

电力系统继电保护原理是电气工程及其自动化专业的一门理论性和实践性很强的专业核心课程。该门课程以电路、电机学和电力系统分析为基础，还与电力电子、通信、计算机等新理论和新技术有着密切的联系，而且继电保护涉及电力系统的每个主设备及二次设备，这就要求学生对这些设备的原理、性能及故障状态有深刻的理解。正因为如此，对于初学者来说，往往感到电力系统继电保护原理难以入门。
在多年的电力系统继电保护原理教学实践中，笔者深深地感到，要想学好这门课程，不仅要学会对电力系统的故障情况和继电保护装置动作行为进行分析，而且还要掌握对保护装置进行实验室试验的技能以及对故障特征和保护原理进行仿真的方法。在笔者编写《MAT-LAB/Simulink电力系统建模与仿真》时，就萌发了结合MATLAB/Simulink仿真来讲授继电保护原理的想法，在教学中进行了实施，并从2013年开始着手编写这本教材。
本书以电力系统继电保护的基本原理为主线，从最简单的继电保护基础知识入门，逐步引入到线路、主设备保护的主要原理。针对每一种保护，利用Simulink建立相应的电力系统的模型，对故障特征和保护原理进行分析和仿真，并为读者提供仿真源程序，以帮助初学电力系统继电保护的读者能够更为方便、直观地掌握较为抽象的继电保护原理及配合关系，较快地进入电力系统继电保护这一领域。需要说明的是，作为一本继电保护的入门教材，本书没有介绍如多相补偿式距离继电器、工频故障分量式距离继电器以及特高压长线路保护等更为复杂的保护原理。
本书共9章。第1章为绪论，第2章为电流互感器与电压互感器，第3章为电网相间短路的电流电压保护与仿真，第4章为电网接地故障的电流电压保护与仿真，第5章为电网的距离保护与仿真，第6章为输电线路的纵联保护与仿真，第7章为自动重合闸与仿真，第8章为电力变压器的继电保护与仿真，第9章为发电机的继电保护与仿真。
本书由于群和曹娜编写。第1、3、4、5、8章由于群编写，第2、6、7、9章由曹娜编写，全书由于群统稿。在本书的编写过程中，硕士研究生于梦瑶、冯知海、史文秀、曹爽爽、冯安强、杨亚丽等帮助完成了书中的部分算例、书稿的输入工作，在此谨对他们表示诚挚的感谢。
在本书的编写过程中，参阅了许多国内外出版的相关文献资料，在此谨向这些文献的作者致以衷心的感谢！
由于编者的理论水平和实践经验有限，书中难免有不当或错误之处，恳请读者批评指正。联系邮箱：yuqun_70@ 163. com。
编著者

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