本书主要论述智能配电网的继电保护技术, 共6章, 内容包括概述、中压交流配电网相间短路故障保护、中压交流配电网单相接地故障保护、中压交流配电网断线故障检测、低压配电网保护、直流配电网保护。该书注重理论与实践的结合, 尽量避免复杂的公式推导, 以基本原理和实践中的关键技术为核心, 并辅以示范工程案例, 使内容更贴近实际。
前言
继电保护对配电设备以及网络的安全可靠运行至关重要，是智能配电网建设中不可或缺的关键技术之一。随着分布式电源的大量接入、直流配电网的示范建设、多元负荷的广泛应用，配电网的形态发生了显著变化，传统基于辐射状配电网设计的继电保护已不能完全适用；同时随着对供电可靠性要求的持续提高、对人身伤亡事故的容忍度持续下降，对配电网继电保护也提出了更高的要求。除此之外，随着硬件水平、通信技术等的不断发展，配电网继电保护也迎来了快速发展机遇，比如通信技术的发展使得差动（纵联）保护、广域保护广泛应用于配电网成为可能。
全书共6 章。第1 章主要介绍交流、直流以及中、低压配电网的拓扑结构、中性点接地方式等基础知识，为论述配电网的继电保护提供理论支撑，同时介绍了配电网新形态下继电保护面临的挑战和机遇、与配电自动化的关系以及未来发展趋势；第2 章为中压交流配电网相间短路故障保护，主要包括电机类和逆变型分布式电源的故障特征、短路电流的计算、相间电流保护技术、基于通信的差动保护、纵联保护和广域保护技术、重合闸和备用电源自动投入技术以及分布式电源接入后的孤岛检测技术；第3 章为中压交流配电网单相接地故障保护，主要包括小电阻接地和小电流接地系统中单相接地故障发生后暂、稳态电气量特征以及接地故障保护中的新技术；第4 章为中压交流配电网断线故障检测，主要包括断线故障特征、仅基于中压/台区电压信息的区段定位方法以及基于正/负序电压和电流特征的选线和区段定位方法；第5 章为低压配电网保护，主要包括关键设备、相间保护和漏电保护技术；第6 章为直流配电网保护，主要包括直流配电网故障特征以及现有直流配电网示范工程中的典型保护配置方案。
本书第1 章作为全书的基础，主要由西安交通大学宋国兵教授和常仲学博士撰写，国网四川省成都供电公司金鑫琨高工编写了中压配电网拓扑结构和中性点接地方式的内容，珠海许继电气有限公司张维高工编写了配电网故障特点的部分内容；第2 章由山东科汇电力自动化股份有限公司王超高工、西安科技大学高淑萍副教授、国网陕西电科院张志华高工撰写；第3 章由中国石油大学（华东）薛永端教授和长沙理工大学喻锟副教授撰写；第4 章由西安交通大学常仲学博士撰写，薛永端教授提供了部分资料；第5 章由国网北京市电力科学研究院王志勇高工和吕立平高工编写；第6 章由国网江苏省电力科学研究院袁宇波博士和王晨清博士完成。全书由西安交通大学宋国兵教授、国网四川省成都供电公司郑毅教授级高工和常仲学博士统稿，并对全书内容进行了审查修改。
本书撰写过程中得到了众多专家的支持，他们提出了众多改进意见，在此表示感谢。他们是山东理工大学徐丙垠教授、国网陕西省电力科学研究院刘健副院长。此外，撰写过程中参考和引用了众多国内外同行的研究成果，在此一并表示感谢。
由于作者学识有限，加之时间仓促，书中不妥之处在所难免，敬请读者批评指正。
主编
2023 年6 月
目 录
丛书序 用配电网新技术的知识盛宴以飨读者
前言
第1 章 概论 1
1.1 配电网结构和中性点接地方式 1
1.1.1 配电网形态的变化 1
1.1.2 中压交流配电网的拓扑结构和中性点接地方式 2
1.1.3 低压交流配电网的拓扑结构和中性点接地方式 7
1.1.4 直流配电网的拓扑结构和接地方式 · 11
1.2 配电网故障 15
1.2.1 故障类型 · 15
1.2.2 故障特点 · 17
1.2.3 故障的危害 · 20
1.3 配电网继电保护 23
1.3.1 保护的基本要求 · 23
1.3.2 保护性能与可用资源 · 24
1.3.3 继电保护与馈线自动化的关系 · 27
1.3.4 配电网新形态下继电保护技术面临的挑战 · 31
1.3.5 保护的发展趋势 · 32
参考文献 34
第2 章 中压交流配电网相间短路故障保护 36
2.1 配电网相间短路电流分析 · 36
2.1.1 辐射式配电线路短路电流分析 · 36
2.1.2 含分布式电源线路短路电流分析 · 39
2.2 相间短路故障电流保护 44
2.2.1 三段式电流保护 · 44
2.2.2 反时限过电流保护 · 49
2.2.3 方向电流保护 · 50
2.3 相间短路故障电压保护 52
2.3.1 电压电流联锁速断保护 · 52
2.3.2 电流闭锁电压速断保护 · 54
2.4 相间短路故障纵联保护 56
2.4.1 分布式电流保护 · 56
2.4.2 电流差动保护 · 61
2.4.3 纵联方向保护 · 67
2.5 重合闸与备自投技术 69
2.5.1 重合闸技术 · 69
2.5.2 备自投技术 · 73
2.6 分布式电源并网保护 75
2.6.1 分布式电源相间短路保护 · 76
2.6.2 配电网孤岛运行及其检测 · 78
2.6.3 配电网反孤岛保护 · 81
2.7 工程案例 84
2.7.1 短路故障保护处理案例 · 84
2.7.2 短路故障重合闸处理案例 · 87
2.8 小结与展望 88
参考文献 88
第3 章 中压交流配电网单相接地故障保护 91
3.1 配电网接地故障分析 91
3.1.1 配电网接地故障等值电路 · 91
3.1.2 配电网接地故障稳态分析 · 93
3.1.3 配电网接地故障暂态分析 · 98
3.1.4 分布式电源接入对接地故障的影响 101
3.2 小电阻接地系统接地故障保护 102
3.2.1 存在的主要问题 102
3.2.2 零序过电流保护 103
3.2.3 零序电流反时限保护 104
3.2.4 反时限原理高灵敏度阶段式零序过电流保护 105
3.2.5 电压比率制动式零序过电流保护 106
3.2.6 零序电流比较式集中保护 107
3.2.7 基于出线零序电流与中性点零序电流比较的接地故障保护 108
3.3 小电流接地系统接地故障保护 108
3.3.1 小电流接地故障保护现状 108
3.3.2 工频量接地故障选线技术 109
3.3.3 暂态量选线方法 111
3.3.4 行波选线法 113
3.3.5 相电流突变量选线法 113
3.3.6 主动式选线法 114
3.3.7 比较暂态零序电流波形相似性的故障分段定位方法 115
3.3.8 利用注入信号的故障分段定位方法 115
3.3.9 基于两值法的故障分段定位方法 116
3.3.10 利用分界开关隔离接地故障 116
3.3.11 小电流接地故障多级保护技术 117
3.4 基于柔性接地技术的单相接地故障保护 118
3.4.1 接地故障电弧重燃熄灭特征分析 118
3.4.2 中性点经可控电源的柔性接地技术 119
3.4.3 基于柔性接地技术的电压消弧原理 122
3.4.4 基于柔性接地技术的接地故障保护流程 124
3.5 工程案例 · 125
3.5.1 小电阻接地系统接地保护案例 125
3.5.2 小电流接地故障暂态选线案例 127
3.5.3 集中式小电流接地故障分段定位案例 129
3.5.4 分布式小电流接地故障多级保护技术案例 130
3.5.5 基于柔性接地技术的接地故障保护案例 133
3.6 小结与展望 · 138
参考文献 · 139
第4 章 中压交流配电网断线故障检测 · 140
4.1 断线故障的成因及危害· 140
4.1.1 断线故障的主要成因 140
4.1.2 断线故障的危害 142
4.2 单相断线故障特征 · 147
4.2.1 电压特征 148
4.2.2 相电流特征 150
4.2.3 序分量电压和电流的关系 155
4.2.4 分布式电源的影响 156
4.3 单相断线故障的站内选线和保护技术 157
4.3.1 基于零序电气量的接地故障选线方法对断线故障的适应性 157
4.3.2 基于正/负序电气量的选线方法 · 158
4.3.3 基于相电流的站内保护技术 158
4.4 单相断线故障的区段定位技术 159
4.4.1 基于相电流不平衡度的级差配合式区段定位方法 159
4.4.2 基于正/负序电压电流的区段定位方法 · 160
4.4.3 基于中压网络电压特征的区段定位方法 162
4.4.4 基于台区低压侧电压特征的区段定位方法 165
4.5 工程案例 167
4.6 小结与展望 168
参考文献 · 168
第5 章 低压配电网保护 171
5.1 低压系统故障分析 171
5.1.1 低压系统现状分析 171
5.1.2 故障类型与保护功能 173
5.2 过电流保护 176
5.2.1 公用低压系统 176
5.2.2 短路电流计算 180
5.2.3 保护电器特性 183
5.2.4 保护整定与配合 188
5.3 剩余电流保护与人身安全 198
5.3.1 电流通过人体的效应 198
5.3.2 剩余电流保护器特性 201
5.3.3 剩余电流保护的整定 204
5.3.4 10kV 接地故障的影响 · 208
5.3.5 TN 系统转移电位问题 · 209
5.3.6 电弧故障保护问题 210
5.4 小结与展望 · 211
参考文献 211
第6 章 直流配电网保护 212
6.1 直流配电网故障特征 212
6.1.1 两/三电平VSC 型换流器 212
6.1.2 MMC 短路故障特征 216
6.1.3 Buck-boost 型换流器 218
6.1.4 直流电力电子变压器故障特征 220
6.1.5 控制对故障响应特征的影响 224
6.2 保护原理 224
6.2.1 保护分区 224
6.2.2 直流线路差动保护 226
6.2.3 直流母线差动保护 226
6.2.4 直流方向过电流保护 227
6.2.5 直流横差保护 227
6.2.6 故障恢复策略 227
6.3 工程案例 · 228
6.3.1 工程简介 228
6.3.2 保护配置 229
6.3.3 保护及故障恢复策略 229
6.4 小结与展望 · 230
参考文献 · 230
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