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第一章 发电机基础知识1

第一节 发电机基本概念1

一、同步发电机基本工作原理1

二、同步发电机额定转速1

三、两种旋转磁场2

四、同步发电机冷却方式2

五、铭牌2

第二节 同步发电机运行特性3

一、空负荷特性3

二、短路特性3

三、负荷特性4

四、外特性4

五、调整特性4

六、同步发电机有功功率的输出5

第三节 同步发电机电抗5

一、隐极同步发电机同步电抗Xd5

二、凸极同步发电机同步电抗Xd、Xq6

三、纵轴暂态电抗x′d、纵轴次暂态电抗x″d及其表示式6

四、横轴瞬态电抗x′q、次暂态电抗x″q及其表示式8

五、同步发电机序分量电抗X1、X2、X09

第四节 同步发电机功率特性及静态稳定极限角9

一、同步发电机功率特性9

二、静态稳定极限角11

第五节 发电机与电力系统同步运行稳定性及振荡12

一、静态稳定13

二、暂态稳定13

三、动态稳定13

四、发电机与系统之间振荡14

第六节 同步发电机失磁物理特性19

一、发电机失磁运行及其产生的影响19

二、发电机失磁后机端测量阻抗20

第七节 同步发电机内部故障及异常运行23

第二章 发电机保护24

第一节 发电机故障及其保护配置24

一、同步发电机故障及不正常工作情况24

二、发电机应装设的保护25

三、发电机—变压器组继电保护配置总体要求26

四、水轮发电机—变压器组继电保护配置的特点27

五、装设发电机—变压器组大差动保护的问题27

六、发电机—变压器组反应相间和接地故障的后备保护装置设置切母联（分段）断路器的问题27

七、发电机、变压器装设阻抗保护的问题27

八、发电机保护种类及其出口方式28

第二节 发电机纵联差动保护30

一、保护原理30

二、完全纵差保护特点36

三、对纵联差动保护的要求36

四、逻辑图36

第三节 发电机匝间保护38

一、发电机匝间短路故障特点38

二、匝间保护动作原理38

第四节 发电机短路后备保护42

一、概述42

二、发电机相间短路后备保护及整定42

三、自并励发电机外部短路电流计算44

四、电力系统振荡时阻抗继电器动作特性分析46

五、变压器电抗计算47

第五节 发电机定子接地保护47

一、发电机中性点接线方式47

二、发电机装设定子绕组单相接地保护48

三、现代大型发电机应装设100％定子接地保护49

四、同步发电机定子绕组单相接地的零序电压和零序电流49

五、利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护的特点51

六、利用三次谐波电压构成的100％发电机定子绕组接地保护的工作原理52

七、反应基波零序电压和利用三次谐波电压构成的100％定子接地保护52

八、发电机定子接地保护的整定计算55

九、外加交流电源式100％定子绕组单相接地保护58

十、零序方向型定子接地保护64

第六节 发电机转子接地保护65

一、发电机励磁回路故障65

二、发电机转子一点接地保护66

三、转子绕组两点接地保护76

第七节 发电机过负荷保护78

一、发电机过负荷78

二、定子绕组过负荷保护78

三、励磁绕组过负荷保护80

四、负序过负荷保护81

第八节 发电机过电压保护及过励磁保护85

一、过电压保护85

二、过励磁保护87

第九节 发电机逆功率保护91

一、逆功率保护91

二、程序跳闸92

三、整定计算92

第十节 发电机失磁保护93

一、发电机失磁电气特征93

二、发电机失磁对系统和发电机本身影响和汽轮发电机允许失磁运行的条件93

三、准静稳极限阻抗苹果圆93

四、发电机失磁保护装置组成和整定原则94

五、失磁保护中Ue—P元件和汽轮发电机与水轮发电机Ue—P元件的动作特性曲线95

六、由阻抗继电器构成的失磁保护工作原理98

七、具有自动减负荷的失磁保护装置的组成原则99

八、发电机低励失磁保护判据99

九、系统联系电抗Xcon计算100

第十一节 发电机失步保护101

一、大型发电机组装设失步保护的原因101

二、双阻抗元件失步保护103

三、遮挡器原理失步保护104

四、三元件失步保护104

五、多区域特性失步保护106

第十二节 发电机频率异常保护107

一、频率异常对发电机的危害107

二、大型汽轮发电机组对频率异常运行的要求109

三、对发电机频率异常运行保护的要求109

四、整定计算109

第十三节 发电机其他保护110

一、启动和停机保护110

二、误上电保护111

三、断口闪络保护113

四、轴电流保护115

第十四节 发电机低功率保护（主变压器正功率突降保护）115

一、主变压器正功率突降保护动作条件115

二、参数整定116

三、不同工况下的保护行为120

四、有关说明121

五、新型零功率保护122

第十五节 发电机自动装置123

一、发电机自动励磁调节123

二、发电机同期并列装置124

第十六节 电流互感器和电压互感器126

一、电流互感器126

二、电流互感器饱和与剩磁132

三、电流互感器应用实例137

四、电磁式电压互感器140

五、发电机—变压器组保护对电压互感器的要求141

六、电容式电压互感器141

第三章 变压器保护142

第一节 变压器概述142

一、变压器励磁涌流143

二、变压器和应涌流144

三、变压器外部故障切除后的恢复性涌流146

四、变压器过励磁146

第二节 变压器瓦斯保护147

第三节 变压器纵联差动保护148

一、纵差保护工作原理及其特殊问题148

二、差电流速断保护151

三、速饱和特性的差动继电器151

四、防止励磁涌流采取的闭锁措施152

五、变压器励磁涌流和差动接线的问题155

六、比率制动特性的纵差保护156

七、关于变压器纵差保护的几个观点159

八、新研制的比率制动差动保护160

九、标积制动式差动保护162

十、故障分量比率制动式差动保护163

十一、分侧纵联差动保护164

十二、零序纵联差动保护165

十三、纵联差动保护电流回路的断线闭锁措施167

第四节 变压器电流速断保护168

第五节 变压器后备保护169

一、过电流保护169

二、低电压过电流保护170

三、复合电压过电流保护171

四、电流限时速断保护171

五、负序电流保护171

六、阻抗保护171

七、500kV变压器反时限过电流保护175

八、66kV及以下电压等级变压器接地保护176

九、大电流接地系统变压器接地保护176

十、后备保护段多段时间的跳闸问题178

十一、特殊问题处理179

第六节 变压器过励磁保护180

第七节 变压器过负荷保护180

第八节 电压互感器断线检测181

第九节 微机型变压器保护181

一、微机型变压器保护的构成182

二、微机型变压器保护配置182

三、微机型变压器保护功能特点185

第十节 变压器相关知识186

一、系统接地186

二、变压器正序、负序、零序参数187

三、变压器匝间短路电气量特点分析187

四、不对称短路故障时变压器两侧电流、电压关系188

五、自耦变压器190

六、变压器零序阻抗等值电路194

七、Vv接线变压器短路阻抗及等值电路196

八、接地变压器198

九、线路—变压器组保护200

十、断路器非全相运行保护201

十一、变压器断路器失灵保护202

第四章 母线保护204

第一节 母线概述204

第二节 母线差动保护204

一、母线完全差动保护204

二、固定连接方式差动保护在发生区内、外故障时的电流分布205

三、固定连接破坏后差动保护在发生区内、外故障时的电流分布205

四、对母线保护的基本要求205

五、对电流互感器的要求207

六、复合电压闭锁元件209

七、母线差动保护整定计算209

第三节 母线保护类型210

一、带速饱和变流器电流差动式保护210

二、母联电流比相式母线保护211

三、中阻抗型比率制动式母线保护212

第四节 微机型母线保护216

一、BP-2B微机母线保护装置216

二、RCS-915微机母线保护装置220

三、CSC-150微机母线保护装置223

第五节 母联保护230

一、母联死区保护230

二、母联充电保护230

三、母联失灵保护231

四、母联过电流保护231

五、母联非全相运行保护231

第六节 断路器失灵保护232

一、概述232

二、双母线接线方式断路器失灵保护设计原则232

三、断路器失灵保护233

四、断路器失灵保护整定计算235

五、3/2接线方式断路器失灵保护236

第七节 低压系统母线保护238

一、母线不完全差动保护238

二、馈线电流闭锁式母线保护238

第五章 并联电抗器保护239

第一节 电抗器保护239

一、概述239

二、瓦斯保护239

三、纵联差动保护239

四、过电流保护240

五、匝间短路保护240

六、过负荷保护241

七、零序小电抗器保护241

八、过电压保护242

九、零序差动保护242

十、负序功率方向原理的匝间保护244

十一、绝对值比较式负序及零序复合型方向的匝间保护246

第二节 可控高压并联电抗器246

一、概述246

二、保护配置248

三、纵联差动保护248

四、大差动保护249

五、容错复判自适应匝间保护250

六、电抗器二次侧后备保护251

第六章 电容器保护253

第一节 概述253

一、电容器组接线方式253

二、并联补偿电容器组保护方式254

三、电容器内部故障电流254

第二节 电容器继电保护254

一、熔断器保护254

二、过电流保护256

三、不平衡电压保护和不平衡电流保护256

四、过电压保护264

五、低电压保护264

第三节 并联电容器补偿装置264

一、过电流保护265

二、电流速断保护265

三、差电流保护265

四、谐波过电流保护265

五、过电压保护265

六、低电压保护265

七、差电压保护265

第七章 电动机保护267

第一节 概述267

第二节 电动机保护装置装设原则267

第三节 高压电动机保护268

一、电流保护268

二、速断保护269

三、纵联差动保护269

四、接地保护269

五、磁通平衡式纵差保护270

六、负序电流保护270

七、电动机过负荷保护271

八、电动机低电压保护271

第四节 微机电动机保护272

一、异步电动机特性272

二、电流速断保护274

三、纵联差动保护275

四、电动机堵转保护276

五、电动机长启动保护277

六、过负荷保护277

七、负序电流保护（不平衡电流保护）278

八、热过负荷保护281

九、接地保护284

十、低电压保护285

十一、高压熔断器286

第五节 同步电动机保护287

一、同步电动机失步287

二、反应定子过负荷的过负荷保护兼作失步保护287

三、反应转子回路出现交流分量的失步保护288

四、失步保护288

五、失磁保护289

六、非同步冲击保护290

第六节 低压电动机保护291

一、相间短路保护291

二、过负荷保护291

三、接地保护292

四、低电压保护292

第七节 应用变频器高压电动机保护292

一、变频器292

二、变频电动机继电保护295

三、变频后电动机微机型保护的问题295

四、变频电动机微机保护297

五、变频电动机电流互感器300

六、应用变频器后高压电动机的继电保护整定300

七、应用软启动器后电动机的继电保护301

第八章 发电厂厂用电系统保护302

第一节 高压厂用电系统中性点接地设备302

第二节 高压厂用系统短路电流及自启动电流计算303

一、高压厂用系统短路电流计算303

二、380V动力中心短路电流计算304

三、电动机正常启动时的电压计算305

四、电动机群自启动时厂用母线电压的计算306

五、电动机启动电流值的计算306

六、电动机群自启动电流值计算306

第三节 启动／备用变压器和高压厂用变压器307

一、变压器纵联差动保护307

二、变压器高压侧过电流保护308

三、变压器高压侧接地保护309

四、变压器低压侧分支限时速断保护310

五、变压器低压侧分支过电流保护311

六、变压器低压侧接地保护312

第四节 高压厂用电缆馈线312

一、电缆纵差保护313

二、定时限过电流保护313

三、电流速断及延时速断保护314

四、单相接地保护314

第五节 低压厂用变压器315

一、电流速断保护315

二、过电流保护315

三、反时限过电流保护316

四、负序过电流保护317

五、高压侧单相接地零序过电流保护317

六、低压侧中性点零序过电流保护319

第九章 抽水蓄能水轮发电机保护320

第一节 概论320

第二节 抽水蓄能机组启动方式320

一、异步启动320

二、同轴小电动机启动320

三、同步启动又称“背靠背”启动321

四、半同步启动321

五、变频启动321

六、低频启动时低频特性323

第三节 抽水蓄能机组各种运行工况323

一、电气接线及其对工况转换的有关设备323

二、抽水蓄能机组各种工况的转换324

三、运行工况识别325

第四节 抽水蓄能机组各种保护325

一、差动保护326

二、负序过电流保护328

三、低压过电流保护329

四、次同步过电流保护329

五、定子接地保护329

六、逆功率保护330

七、低功率保护330

八、溅水功率保护331

九、低频保护331

十、过励磁保护331

十一、电压相序保护331

十二、失磁保护和失步保护332

十三、低阻抗保护332

十四、发电机断路器失灵保护332

十五、主变压器过电流保护333

十六、电动机锁滞保护333

参考文献334