电力系统继电保护 第一章

21世纪全国高等院校自动化系列实用规划教材电力系统继电保护主编马永翔王世荣副主编于群赵栩主审李建忠参编李磊张军参编李磊张军参编李磊张军内容简介本书是《21世纪全国高等院校自动化系列实用规划教材》之一，主要讲述了电力系统继电保护的工作原理，分析了常用继电器的性能、实现方法并介绍了继电保护的新发展。本书主要内容包括：继电保护的基础知识、电网的电流保护、电网的距离保护、输电线路纵联保护、自动重合闸、电力变压器保护、发电机继电保护、母线保护以及微机继电保护。本书可作为电气工程及其自动化专业的本科教材，也可供电力系统工程技术人员参考。图书在版编目(CIP)数据电力系统继电保护/马永翔，王世荣主编.—北京：中国林业出版社；北京大学出版社，2006.8(21世纪全国高等院校自动化系列实用规划教材)ISBN7-5038-4405-1Ⅰ.电…Ⅱ.①马…②王…Ⅲ.电力系统—继电保护—高等学校—教材Ⅳ.TM77中国版本图书馆CIP数据核字(2006)第084745号书名：电力系统继电保护著作责任者：马永翔王世荣主编策划编辑：李娉婷责任编辑：李虎曹岚张敏标准书号：ISBN7-5038-4405-1出版者：中国林业出版社(地址：北京市西城区德内大街刘海胡同7号邮编：100009):[e-mail]电话：总编室66180373营销中心：66187711北京大学出版社(地址：北京市海淀区成府路205号邮编：100871)://www.pup6.comE-mail:[e-mail]电话：邮购部62752015发行部62750672编辑部62750667出版部62754962印刷者：发行者：北京大学出版社中国林业出版社经销者：新华书店787毫米×1092毫米16开本19印张435千字2006年8月第1版2006年8月第1次印刷定价：27.00元《21世纪全国高等院校自动化系列实用规划教材》专家编审委员会主任委员张德江副主任委员(按姓氏拼音顺序排名)陈静丁坚勇侯媛彬纪志成任庆昌吴斌秘书长于微波委员(按姓氏拼音顺序排名)陈志新戴文进段晨旭樊立萍范立南公茂法关根志嵇启春蒋中雷霞刘德辉刘永信刘原马永翔孟祥萍孟彦京聂诗良王忠庆吴旭云燕庆明杨新华尤文张桂青张井岗《21世纪全国高等院校自动化系列实用规划教材》联合编写学校名单（按拼音顺序排名）1安徽建筑工业学院2安徽科技学院3北华大学4北京工商大学5北京建筑工程学院6长春大学7长春工程学院8长春工业大学9长春理工大学10成都理工大学11东北电力学院12福州大学13广东工业大学14桂林工学院15合肥工业大学16河南工业大学17河南科技学院18河南农业大学19华东交通大学20黄石理工学院21吉林工程技术师范学院22吉林化工学院23吉林建筑工程学院24江南大学25焦作工学院26兰州理工大学27辽宁大学28聊城大学29内蒙古大学30南昌工程学院31平顶山工学院32平顶山学院33青岛科技大学34山东建筑工程学院35山东科技大学36陕西科技大学37陕西理工学院38沈阳大学39沈阳工程学院40沈阳工业大学41沈阳化工学院42四川理工学院43太原科技大学44潍坊学院45武汉大学46武汉理工大学47西安工程科技学院48西安建筑科技大学49西安科技大学50西安理工大学51西安石油大学52西安外事学院53西安邮电学院54西南大学55西南科技大学56中北大学57中北大学分校总序我们所处的时代被称为信息时代。信息科学与技术的迅速发展和广泛应用，深深地改变着人类生产、生活的各个方面。人类社会生产力发展和人们生活质量的提高越来越得益于和依赖于信息科学与技术的发展。自动化科学与技术涉及到信息的检测、分析、处理、控制和应用等各个方面，是信息科学与技术领域的重要组成部分。在我国经济建设的进程中，工业化是不可逾越的发展阶段。面对全面建设小康社会的发展目标，党和国家提出走新型工业化道路的战略决策，这是一条我国当代工业化进程的必由之路。实现新型工业化，就是要坚持走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的可持续发展的科学发展之路。在这个过程中，自动化科学与技术起着不可替代的重要作用，高等学校的自动化学科肩负着人才培养和科学研究的光荣的历史使命。我国高等教育中工科在校大学生数占在校大学生总数的35%～40%，其中自动化类的学生是工科各专业中学生人数最多的专业之一。在我国高等教育已走进大众化阶段的今天，人才培养模式多样化已成为必然的趋势，其中应用型人才是我国经济建设和社会发展需求最多的一大类人才。为了促进自动化领域应用型人才培养，发挥院校之间相互合作的优势，北京大学出版社组织了此套《21世纪全国高等院校自动化系列实用规划教材》。参加这一系列教材编写的基本上都是来自地方工科院校自动化学科的专家学者，由此确定了教材的使用范围，也为“实用教材”的定位找到了落脚点。本系列教材具有如下特点：(1)注重实用性。地方工科院校的人才培养规格大多定位在高级应用型，对这一大类人才的培养要注重面向工程实践，培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力。从这一教学原则出发，本系列教材注重实用性，注意引用工程中的实例，培养学生的工程意识和工程应用能力，因此将更适合地方工科院校的教学要求。(2)体现新颖性。更新教材内容，跟进时代，加入一些新的先进实用的知识，同时淘汰一些陈旧过时的内容。(3)院校间合作交流的成果。每一本教材都有几所院校的教师参加编写。北大出版社事先在西安市和长春市召开了编写计划会和审纲会，来自各院校的教师比较充分地交流了情况，在相互借鉴、取长补短的基础上，形成了编写大纲，确定了编写原则。因此，这一系列教材可以反映出各参编院校一些好的经验和作法。(4)这一系列教材几乎涵盖了自动化类专业从技术基础课到专业课的各门课程，到目前为止，列入计划的已有30多门，教材门数多，参与的院校多，参加编写人员多。地方工科院校是我国高等院校中比例最大的一部分。本系列教材面向地方工科院校自动化类专业教学之用，将拥有众多的读者。教材专家编审委员会深感教材的编写质量对教学质量的重要性，在审纲会上强调了“质量第一，明确责任，统筹兼顾，严格把关”的原则，要求各位主编加强协调，认真负责，努力保证和提高教材质量。各位主编和编者也将尽职尽责，密切合作，努力使自己的作品受到读者的认可和欢迎。尽管如此，由于院校之间、编者之间的差异性，教材中还是难免会出现一些问题和不足，欢迎选用本系列教材的教师、学生提出批评和建议。张德江2006年1月前言电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入新的活力。未来继电保护的发展趋势是向计算机化，网络化及保护、控制、测量、数据通信一体化智能化发展。1计算机化随着计算机硬件技术的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。从初期的8位单CPU结构问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大规模结构。除了具备保护的基本功能外，还具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其他保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这样就使得微机保护装置具有相当于一台PC的功能。在微机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机做成继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这一设想没能实现。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速断、存储容量都大大超过当年的小型机，因此，用成套工控机做成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。2网络化计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联差动保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因此保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统运行和故障的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络连接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。3保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可以从网络上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、测量、数据通信一体化。电力系统继电保护·IV··IV·目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但需要大量投资，而且使二次回路非常复杂。若将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器(OTA)和光电压互感器(OTV)已在研究试验阶段，今后必将在电力系统中得到广泛应用。在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备的附近。OTA和OTV的光电信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断，另一方面作为测量量，通过网络送主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。4智能化近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各领域的应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法后则可迎刃而解。如在输电线路两侧系统电势角度摆开情况下，发生过渡电阻的短路就是一个非线性问题，距离保护很难正确做出故障位置的判断，从而造成误动或拒动。如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判断。其他如遗传算法、进化规划算法等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。新中国成立以来，我国电力系统继电保护技术经历了4个时代。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内继电保护技术的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。本书由陕西理工学院马永翔编写第1、3、6、7章，长春工业大学王世荣编写第2、8章，山东科技大学于群编写第4、5章，长春工程学院赵栩编写第9章。全书由马永翔统稿。本书由李建忠教授主审，在审阅过程中提出了许多宝贵意见和建议，在此表示深切感谢。在编写过程中，还得到了电力系统有关部门的帮助，在此一并表示感谢。限于编者水平和实践经验有限，编写时间仓促，书中疏漏和不足之处在所难免，恳请读者批评指正。编者2006年5月目录第1章绪论........................................................11.1电力系统继电保护的任务和作用.........11.2继电保护的基本原理.