配电系统建模与分析（原书第3版）

译者序

原书前言

致谢

作者

第1章配电系统简介1

1.1配电系统1

1.2配电变电站1

1.3辐射状馈线4

1.4配电馈线分布图5

1.5配电馈线电气特性7

1.6小结8

第2章负荷特性9

2.1定义9

2.2单个用户负荷10

2.2.1需求10

2.2.2最大需求10

2.2.3平均需求10

2.2.4负载系数11

2.3配电变压器负载12

2.3.1实际需求13

2.3.2最大实际需求13

2.3.3负荷持续时间曲线13

2.3.4最大非同时需求14

2.3.5差异系数14

2.3.6需求率16

2.3.7利用率16

2.3.8负荷差异16

2.4馈线负荷16

2.4.1负荷分配16

2.4.1.1差异系数的应用16

2.4.1.2负荷调查17

2.4.1.3变压器负荷管理20

2.4.1.4测量馈线的最大需求20

2.4.1.5方法的选择21

2.4.2利用分配的负荷计算电压降21

2.4.2.1应用差异系数21

2.4.2.2根据变压器额定功率分配负荷24

2.5小结25

习题25

第3章近似分析方法30

3.1电压降30

3.2线路阻抗31

3.3K系数法32

3.3.1Kdrop系数法32

3.3.2Krise系数法34

3.4负荷的均匀分布35

3.4.1电压降35

3.4.2线路损耗37

3.4.3严格的集中负荷模型38

3.5集中负荷的几何分布40

3.5.1矩形40

3.5.2三角形43

3.5.3梯形46

3.6小结50

习题50

参考文献54

第4章架空和地下线路的阻抗55

4.1架空线路的阻抗55

4.1.1相位变换的三相线路55

4.1.2相位不变换的配电线路56

4.1.3Carson公式57

4.1.4修正的Carson公式59

4.1.5架空线路的初始阻抗矩阵60

4.1.6架空线路的相阻抗矩阵61

4.1.7序阻抗63

4.1.8并列架空输电线路68

4.2地下线路阻抗70

4.2.1中性线同轴电缆71

4.2.2屏蔽电缆75

4.2.3并列地下配电线路78

4.3小结80

习题81

Windmil作业83

参考文献84

第5章架空和地下线路的导纳85

5.1一般电压降方程85

5.2架空线路86

5.3中性线同轴地下电缆91

5.4地下屏蔽电缆94

5.5序导纳95

5.6地下线路的导纳96

5.7小结97

习题97

Windmil作业98

参考文献98

第6章配电系统线路模型99

6.1线路的精确模型99

6.2线路的改进模型104

6.2.1三线制△形联结线路105

6.2.2中性线电流和接地电流的计算106

6.3线路的近似模型108

6.4改进梯形迭代法112

6.5并列线路的一般矩阵113

6.5.1物理上并列的线路116

6.5.2电气上并列的线路120

6.6小结123

习题124

Windmil作业128

参考文献128

第7章电压控制129

7.1标准电压等级129

7.2两绕组变压器理论130

7.3两绕组自耦变压器133

7.3.1自耦变压器的额定值136

7.3.2阻抗标幺值138

7.4分级式调压器140

7.4.1单相分级式调压器142

7.4.1.1类型A的分级式调压器142

7.4.1.2类型B的分级式调压器143

7.4.1.3常量145

7.4.1.4线路压降补偿器146

7.4.2三相分级式调压器150

7.4.2.1星形联结的调压器151

7.4.2.2闭合三角形联结的调压器157

7.4.2.3开环三角形联结的调压器159

7.5小结168

习题168

Windmil作业172

参考文献172

第8章三相变压器模型173

8.1引言173

8.2一般常量矩阵174

8.3△-Y（Y侧接地）降压型接线174

8.3.1电压174

8.3.2电流178

8.4△-Y（Y侧接地）升压型接线185

8.5Y-△（Y侧不接地）降压型接线187

8.6Y-△（Y侧不接地）升压型接线196

8.7Y-△（Y侧接地）降压型接线197

8.8开Y-开△接线201

8.9Y-Y（Y侧均接地）接线205

8.10△-△接线207

8.11开△-开△接线215

8.12戴维南等效电路218

8.13小结220

习题221

Windmil作业224

第9章负荷模型225

9.1Y型联结的负荷225

9.1.1恒有功和无功负荷225

9.1.2恒阻抗负荷226

9.1.3恒电流模型226

9.1.4组合负荷模型226

9.2△型联结的负荷228

9.2.1恒有功和无功负荷228

9.2.2恒阻抗负荷229

9.2.3恒电流模型229

9.2.4组合负荷模型229

9.2.5注入△型联结负荷的线电流230

9.3两相和单相负荷230

9.4并联电容器230

9.4.1Y型联结的电容器组230

9.4.2△型联结的电容器组230

9.5三相感应电机231

9.5.1感应电机模型231

9.5.2T形等效电路235

9.5.3转差率的计算239

9.5.4感应发电机241

9.6小结242

习题242

Windmil作业244

参考文献244

第10章配电馈线分析245

10.1潮流分析245

10.1.1梯形迭代技术245

10.1.1.1线性网络245

10.1.1.2非线性网络246

10.1.2一般馈线248

10.1.3不平衡三相配电馈线249

10.1.4改进梯形迭代技术的应用250

10.1.5综合分析251

10.1.6负荷分配256

10.1.7潮流分析总结257

10.2短路分析257

10.2.1一般原理257

10.2.2短路故障260

10.3小结264

习题264

Windmil作业266

参考文献270

第11章中间抽头变压器及二次侧线路271

11.1中间抽头的单相变压器模型271

11.1.1矩阵方程272

11.1.2通过二次侧三线制线路为负荷供电的中间抽头变压器276

11.2中间抽头的Y-△（Y侧不接地）联结变压器280

11.2.1回代过程方程280

11.2.2前推过程方程283

11.3超前开Y-开△型变压器接线289

11.4滞后开Y-开△型变压器接线291

11.5四线制二次侧线路293

11.6综合分析296

11.7小结302

习题302

Windmil作业303

参考文献304

附录305

附录A导线数据305

附录B地下电缆数据

本书反映了配电系统领域的*新进展。本书描述的方法能够确保配电系统在计算建模中得到尽可能准确的结果。和前两版中简便方法一样，本书清楚地阐释了系统模型背后的数学原理，同时讨论了“智能电网”的概念及其带来的益处。然而，本书添加了前两版没有的重要元素。前两版书中建立了所有元件的模型，但是很少关注如何将这些模型应用到计算机中来进行规划和实时分析。本书包含大量的元件模型和一些实际的例子,来演示工程人员如何应用和设置计算机程序以帮助他们规划和运行系统。同时，本书增加了些近似方法来帮助读者解释计算机程序反馈，以便他们能识别出与实际不符的结果。另外一个改进是本书对修正梯形迭代技术的提前介绍（第4章），该方法用于大多数配电分析程序，作者解释了该方法的必要性并且详述了该方法是如何运用的以及为什么是*强有力的方法。正如读者所期待，每个主题后都有详尽的总结，本书提供一些习题、参考文献和任务来帮助读者应用Mathcad和Windmil程序将他们所学运用在实践中。

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这是一本企业中高层管理者和一线技术人员都需要阅读的质量管理基础读物。

译者序

原书第3版序

原书第2版序

原书第1版序和感谢

第1章 绪论 1

1.1 概况 1

1.2 电力系统基础知识 1

1.3 保护要求 3

1.4 保护范围 4

1.5 主保护和后备保护 5

1.5.1 主保护 5

1.5.2 后备保护 5

1.6 方向保护 6

1.7 习题 7

第2章 短路电流的计算 9

2.1 短路电流计算模型 9

2.1.1 系统阻抗影响 9

2.1.2 旋转电机的影响 11

2.1.3 故障种类 12

2.1.4 故障电流计算 13

2.2 计算短路电流的方法 15

2.2.1 各序网络的构建和重要性 18

2.2.2 使用对称分量法进行不对称故障计算 20

2.2.3 电力系统等效阻抗 20

2.3 保护系统的电流和电压信号 21

2.4 用计算机进行故障计算 22

第3章 继电器的类别和功能 24

3.1 分类 24

3.1.1 按结构分类 24

3.1.2 按输入信号分类 24

3.1.3 按功能分类 24

3.1.4 电气设备的国际分类 25

3.2 电磁继电器 26

3.2.1 吸引继电器 26

3.2.2 带移动线圈的继电器 27

3.2.3 感应继电器 27

3.3 保护继电器的发展 31

3.4 数字保护 31

3.4.1 概述 31

3.4.2 数字继电器的特点 31

3.4.3 数字继电器的典型结构 32

3.4.4 数字继电器的标准功能 33

3.5 继电器供电 34

第4章 电流互感器和电压互感器 35

4.1 电压互感器 35

4.1.1 等效电路 35

4.1.2 误差 35

4.1.3 负载 36

4.1.4 电压互感器的选择 37

4.1.5 电容式电压互感器 37

4.2 电流互感器 39

4.2.1 等效电路 39

4.2.2 误差 40

4.2.3 交流饱和 41

4.2.4 负载 41

4.2.5 电流互感器的选择 44

4.2.6 ANSI标准定义的准确级 45

4.2.7 直流饱和 46

4.2.8 使用电流互感器的注意事项 47

第5章 过电流保护 49

5.1 简述 49

5.2 过电流继电器种类 49

5.2.1 固定电流值继电器 49

5.2.2 定时限/定电流继电器或定时限继电器 51

5.2.3 反时限继电器 52

5.3 过电流继电器整定 52

5.3.1 速断单元整定 52

5.3.2 保护变电站间连接线路的速断单元覆盖范围 53

5.3.3 延时过电流继电器参数整定 54

5.4 继电器配合的限制条件 58

5.4.1 最小短路电流水平 58

5.4.2 发热限制 59

5.4.3 启动电流值 61

5.5 与Dy联结变压器的配合 69

5.5.1 三相短路故障 70

5.5.2 相间短路故障 70

5.5.3 单相接地故障 71

5.6 与熔断器的配合 78

5.7 与负序单元的配合 78

5.8 带电压控制的过电流继电器 79

5.9 用软件技术设置过电流继电器 80

5.10 数字继电器中数字逻辑的使用 81

5.10.1 简述 81

5.10.2 数字逻辑基础 81

5.10.3 逻辑关系图 82

5.11 群组整定变化的适应性保护 84

5.12 习题 85

第6章 熔断器、重合闸和分段器 89

6.1 设备 89

6.1.1 重合闸 89

6.1.2 分段器 92

6.1.3 熔断器 92

6.2 配电系统的时间/电流设备的配合原则 94

6.2.1 熔断器-熔断器的配合 95

6.2.2 重合闸-熔断器的配合 95

6.2.3 重合闸-重合闸的配合 98

6.2.4 重合闸-继电器的配合 98

6.2.5 重合闸-分段器的配合 99

6.2.6 重合闸-分段器-熔断器的配合 99

第7章 方向过电流继电器 102

7.1 结构 102

7.2 动作原则 103

7.3 继电器的连接 103

7.3.1 30°连接（0°AMT） 103

7.3.2 60°连接（0°AMT） 104

7.3.3 90°连接（30°AMT） 105

7.3.4 90°连接（45°AMT） 105

7.4 接地故障方向继电器 106

7.5 速断单元的配合 111

7.6 方向过电流延时继电器的整定 114

7.6.1 启动电流整定 114

7.6.2 时间刻度整定 114

7.7 习题 119

第8章 差动保护 121

8.1 概述 121

8.2 差动保护的分类 123

8.3 变压器差动保护 123

8.3.1 基本因素 124

8.3.2 CT的选择和连接 125

8.3.3 接地故障时差动继电器保护的绕组的百分比 130

8.3.4 确定斜率 131

8.3.5 电力变压器中的故障电流分布 132

8.4 发电机和旋转电机的差动保护 134

8.5 线路差动保护 137

8.6 母线差动保护 138

8.6.1 多个制动线圈的差动保护系统 138

8.6.2 高阻抗差动系统 138

8.7 习题 140

第9章 距离保护 142

9.1 概述 142

9.2 距离继电器的种类 142

9.2.1 阻抗继电器 144

9.2.2 方向继电器 146

9.2.3 感抗继电器 147

9.2.4 姆欧继电器 148

9.2.5 完全极化的姆欧继电器 149

9.2.6 透镜特性的继电器 150

9.2.7 多边形特性的继电器 150

9.2.8 混合特性继电器 150

9.3 整定距离继电器的保护范围和动作时间 151

9.4 距离继电器馈入电流的影响 154

9.5 距离保护中的弧阻影响 158

9.6 剩余补偿 159

9.7 距离继电器测得的阻抗 159

9.7.1 相单元 159

9.7.2 接地故障单元 160

9.8 电力系统振荡 160

9.9 距离继电器的有效保护范围 163

9.10 最大负载检查 164

9.10.1 姆欧继电器 164

9.10.2 多边形特性的继电器 165

9.11 画出继电器整定值 165

9.12 联锁脱扣 174

9.12.1 欠范围直接脱扣 174

9.12.2 允许的欠范围联锁脱扣 174

9.12.3 允许的超范围联锁脱扣 175

9.13 在串联补偿线路中的距离继电器 175

9.14 在T形回路中距离保护的考虑因素 177

9.14.1 两个端口有馈入电流的T形回路 177

9.14.2 所有三个端口都有馈入电流的T形回路 179

9.15 采用距离继电器发现发电机励磁故障 179

9.16 习题 181

第10章 工业系统的保护 184

10.1 保护设备 184

10.1.1 过电流继电器 184

10.1.2 普通断路器和塑壳断路器的直接动作器件 184

10.1.3 热继电器、接触器和熔断器组合使用 184

10.2 电机相关过电流保护的整定原则 185

10.2.1 热继电器 185

10.2.2 低压断路器 186

第11章 工业负载切除系统 194

11.1 失电后的系统运行 194

11.2 自动减载系统的设计 195

11.2.1 简单发电机模型 195

11.2.2 建立减载系统的参数 195

11.3 整定频率继电器的原则 196

11.3.1 动作时间 196

11.3.2 确定频率波动 197

11.4 计算和整定某工厂的频率继电器的案例 197

11.4.1 过载计算 197

11.4.2 需要切除的负载 197

11.4.3 频率水平 197

11.4.4 负载切除阶段 197

11.4.5 确定频率继电器整定值 199

11.4.6 动作的验证 201

第12章 保护方案和变电站设计图 204

12.1 保护方案 204

12.1.1 发电机保护 204

12.1.2 电动机保护 205

12.1.3 变压器保护 209

12.1.4 线路保护 212

12.2 变电站设计图 213

12.2.1 单线图 214

12.2.2 变电站布置图 214

12.2.3 交流连接图 215

12.2.4 直流连接图 215

12.2.5 接线图 216

12.2.6 逻辑图 216

12.2.7 电缆列表 216

第13章 电力系统自动化的通信网络 218

13.1 IEC 61850概述 219

13.2 IEC 61850的内容和特点 220

13.3 系统配置语言 224

13.4 IEC 61850设备测试的问题 225

13.5 GOOSE信息的配置和验证 227

13.5.1 系统配置 229

13.5.2 系统验证试验 229

13.6 变电站IT网络 229

13.7 过程总线 230

第14章 保护系统的安装、测试和维护 231

14.1 保护设备的安装 231

14.2 测试保护方案 232

14.2.1 工厂测试 233

14.2.2 安装前测试 233

14.2.3 周期性维护 237

14.3 安装数字保护 238

14.3.1 设置参数 238

14.3.2 运行测试 239

附录 习题答案 242

参考文献 277

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