本书是“现代电力系统丛书”之一，丛书由著名电力系统专家卢强院士策划并领导相关学者撰写，截至目前该系列丛书已出版十本，丛书在提高我国电力系统学术水平和高层次人才培养方面具有重要作用。本书主要介绍了现场应用较多的继电保护新技术，如高压线路光纤电流差动保护、工频变化量距离保护等； 同时在本科电力系统继电保护原理基础上增加了直流保护、行波保护、系统保护等内容，以期扩大继电保护学科范畴和研究人员的视野。

第1章 绪论
1.1 现代电力系统
1.2 现代电网对于继电保护的要求
1.3 现代电力继电保护的系统构成
1.4 本书的内容安排
第2章 电流保护
2.1 过电流保护
2.1.1 电流速断保护
2.1.2 限时电流速断保护
2.1.3 定时限过电流保护
2.1.4 方向过电流保护
2.2 零序电流保护
2.2.1 中性点有效接地方式下的零序电流保护
2.2.2 中性点不接地方式下的零序电流保护
2.3 中性点不接地系统单相接地电流变化量保护
2.4 配电线路无通道保护
2.4.1 无分支配电线路无通道保护
2.4.2 有分支配电线路无通道保护
2.4.3 单电源辐射状配电线路无通道保护
2.4.4 单断路器配置的配电线路无通道保护
2.5 中性点非有效接地系统单相接地电流行波选线保护
参考文献
第3章 距离保护
3.1 距离保护的作用原理和时限特性
3.2 工频变化量阻抗继电器
3.2.1 叠加原理的应用
3.2.2 工作原理与动作方程
3.3 免疫于过负荷与振荡的距离保护
3.3.1 免疫于过负荷的距离保护
3.3.2 免疫于振荡的距离保护
3.4 不受分布电容电流影响的接地阻抗继电器
3.4.1 基于分布参数线路模型的阻抗继电器接线方式分析
3.4.2 基于分布参数线路模型的阻抗继电器动作特性研究
参考文献
第4章 输电线路电流差动保护
4.1 导引线电流差动保护
4.1.1 差动继电器
4.1.2 整定原则
4.1.3 带制动的电流差动保护
4.2 光纤分相电流差动保护
4.2.1 光纤通信
4.2.2 差动保护光纤通道
4.2.3 分相电流差动继电器
4.2.4 数据同步
4.3 零序电流差动保护
4.3.1 零序电流差动保护判据
4.3.2 基于曲面的零序电流差动保护判据性能评价
4.3.3 改进零序电流差动保护判据
4.3.4 新型零序电流差动保护方案
参考文献
第5章 电力线路行波保护
5.1 故障行波
5.1.1 故障行波的产生
5.1.2 单根导体线路的波动方程
5.2 小波变换
5.2.1 信号的时频局部化表示
5.2.2 连续小波变换
5.2.3 小波变换的时频局部化性能
5.2.4 两类重要的小波变换
5.2.5 信号的小波表示
5.3 二进小波变换及信号的奇异性检测
5.3.1 二进小波及二进小波变换
5.3.2 基于B样条的二进小波函数与尺度函数
5.3.3 二进小波变换的分解与重构算法
5.3.4 信号的小波变换模极大值表示及奇异性检测理论
5.3.5 利用小波变换模极大值重构原信号
5.3.6 二进小波变换的应用
5.4 故障行波的小波表示
5.4.1 行波的故障特征
5.4.2 各种行波的小波变换模极大值表示
5.4.3 电压行波、电流行波和方向行波的比较
5.5 行波差动保护
5.5.1 行波差动保护的基本原理
5.5.2 行波差动电流和行波制动电流的构成
5.5.3 区外扰动或故障时不平衡行波差动电流分析
5.5.4 区内、外有故障时行波差动电流的比较
5.5.5 动作判据
5.5.6 保护算法
5.6 极化电流行波方向继电器
5.6.1 不同频带下电压故障行波极性的一致性
5.6.2 极化电流行波方向继电器的原理与算法
5.6.3 极化电流行波方向继电器动作性能分析
参考文献
第6章 直流输电系统故障分析与保护
6.1 直流输电系统故障分析
6.1.1 换流器故障
6.1.2 直流开关场与接地极故障
6.1.3 换流站交流侧故障
6.1.4 直流线路故障
6.2 直流输电保护系统
6.2.1 直流保护的配置原则、特点及动作策略
6.2.2 直流保护功能配置
6.2.3 直流保护工程实例
参考文献
第7章 主设备保护
7.1 发电机定子绕组保护
7.1.1 发电机纵差保护
7.1.2 发电机横差保护
7.1.3 发电机单相接地保护
7.1.4 大机组故障多回路分析法
7.1.5 大机组主保护定量化设计
7.2 变压器差动保护
7.2.1 变压器纵差保护
7.2.2 变压器励磁涌流
7.2.3 变压器和应涌流
7.3 母线差动保护
参考文献
第8章 系统保护
8.1 引言
8.1.1 印度大停电事故过程
8.1.2 印度大停电中的继电保护行为分析
8.2 国内的安全稳定控制系统
8.3 北美的特殊保护系统
8.4 国家电网公司提出的特高压交直流电网系统保护
8.4.1 构建系统保护的必要性及关键问题
8.4.2 系统保护的体系设计
8.4.3 系统保护的关键技术
8.4.4 系统保护的实施方案建议
8.5 基于本地信息的系统保护
8.5.1 基于本地信息的系统保护思想
8.5.2 基于本地信息的系统保护构成方案
8.5.3 仿真验证
参考文献

前言
继电保护是电力系统的第一道安全屏障，是专门的
反故障技术，历经百年发展，理论和技术日臻完善，形
成了特色鲜明的电力系统故障分析理论和故障检测技术
体系，有效保护了电气设备安全，有力保障了电力系统
的安全稳定运行。近年来，随着交直流混联电网的出现
以及新能源发电大量接入电网，电力系统对于继电保护
提出了诸多新要求，这些要求包括更快的继电保护动作
速度、更严格的选择性需求以及对于电网稳定运行更强
的支撑能力； 另一方面，凭借微型计算机强大的平台
处理能力，新的保护原理和技术不断涌现，继电保护呈
现出快速发展的势头。编写本书的目的就是在经典继电
保护理论和技术的基础上，尽力反映继电保护在理论研
究和实际工程应用中的新进展。本书可作为研究生在电
力系统继电保护原理本科课程的基础上继续学习继电保
护知识的教材或者参考书，也可供工程技术人员参考。
本书的编写体系传承我国电力系统继电保护原理教
材体系，让读者不陌生。但是重点介绍现场应用较多的
继电保护新技术，譬如高压线路光纤电流差动保护、工
频变化量距离保护等； 同时在本科阶段继电保护知识
的基础上增加了直流保护、行波保护、系统保护等内容
，以期扩大继电保护学科范畴和研究人员的视野。
本书内容分为8章，董新洲编写第1章绪论和第5章
电力线路行波保护，施慎行编写第2章电流保护、第4章
输电线路电流差动保护、第7章主设备保护，王宾编写
第3章距离保护、第6章直流输电系统故障分析与保护和
第8章系统保护，全书由董新洲统稿。
特别需要说明的是，卢强先生在15年前的《现代电
力系统丛书》中就规划了现代电力系统保护的内容，但
是由于作者忙于日常的教学和科研工作，更由于自己对
于继电保护的理解不深、贡献甚微，因此迟迟不敢下笔
，以至于一直迟滞至今。去年9月本书初稿成型，作者
亲自呈送先生审阅，先生给予了高度的评价和肯定。然
而就在本书杀青前夕，卢强先生溘然长逝，未能让先生
目睹本书的问世，成为作者终生的遗憾。这里以本书的
出版，作为对卢强先生信任和支持的回报，表达对卢强
先生的尊敬与追思。
感谢国家自然科学基金重点项目(故障行波理论及
其在电力系统故障检测中的应用，50077029)、国家重
点研发计划项目(大型交直流混联电网运行控制与保护
，6B6000)的经费支持！感谢所有对于本书的编撰成稿
有帮助的技术发明者、理论研究者的贡献，感谢继电保
护前辈的倾力支持！感谢白丽博士对全部书稿的编辑、
排版以及部分章节的录入工作！
作者于清华园2022年4月

首先是为了反映清华大学继电保护课题组和国内外同行在继电保护领域所取得的最新理论和技术进展；其次试图反映在实际电力系统中所实际使用的来自于不同国家和制造厂家的最新继电保护技术；还要反映现代电力系统的新需求以及由此所产生的新技术。
本书读者应该具有本科生电气工程专业基础，最好系统地学习过电力系统继电保护课程。但是考虑读者实际状况，本书也通过最短的篇幅介绍一些基本的继电保护概念。以期达到电气工程专业毕业生能够有所收获、非电气工程基础或者没有学习过电力系统继电保护课程的专业人员不唐突，基本上能接受的程度。

第3章距 离 保 护
3.1距离保护的作用原理和时限特性
距离保护和电流保护一样是反映输电线路一端电气量变化的保护，
在图31所示的电网中，将输电线路一端的电压Um、电流Im加到阻抗继电器中，
图31阻抗继电器接线示意图
阻抗继电器反映的是它们的
比值，称之为阻抗继电器的测量阻抗Zm，Zm=Um/Im。
反映输电线路一端电气量变化的保护一定要满足两个条件： 首先，它必须能区分正常运行和短路故障； 其次，它应该能反映短路点的远近。正常运行时，加在阻抗继电器上的电压是额定电压UN，电流是负荷电流IL，阻抗继电器的测量阻抗是负荷阻抗： Zm=ZL=UN/IL。短路时，加在阻抗继电器上的电压是母线处的残压UmK，电流是短路电流IK，阻抗继电器的测量阻抗是短路阻抗： Zm=ZK=UmK/IK。由于|UmK|<|UN|，|IK|>|IL|，因而|ZK|<|ZL|。所以，阻抗继电器的测量阻抗可以区分正常运行和短路故障。如果在K点发生的是金属性短路，短路点到保护安装处的线路阻抗为ZK，流过保护的电流为IK，则保护安装处的电压为UmK=IKZK，阻抗继电器的测量阻抗是Zm=UmK/IK=ZK。这说明阻抗继电器的测量阻抗反映了短路点到保护安装处的阻抗，也就是反映了短路点的远近。所以，可以用它来构成反映一端电气量的保护。
由于阻抗继电器的测量阻抗反映了短路点的远近，也就是反映了短路点到保护安装处的距离，所以把以阻抗继电器为核心构成的反映输电线路一端电气量变化的保护称作距离保护［1］。
距离保护相对于电流保护来说，其突出的优点是受运行方式变化的影响小。距离保护第Ⅰ段只保护本线路的一部分，在保护范围内发生金属性短路时，一般在短路点与保护安装处之间没有其他分支电流，所以它的测量阻抗完全不受运行方式变化的影响。保护背后电源运行方式越大(小)，流过保护的短路电流IK越大(小)，但保护安装处的电压UmK也越大(小)，仍然满足 UmK=IKZK的关系。电压与电流的比值即测量阻抗仍然是ZK，所以它不受运行方式变化的影响。距离保护第Ⅱ段、第Ⅲ段的保护范围延伸到相邻线路上，在相邻线路上发生短路时，由于在短路点和保护安装处之间可能存在分支电流，所以它们在一定程度上将受运行方式变化的影响。
第3章距离保护
3.1距离保护的作用原理和时限特性
由于测量阻抗可以反映短路点的远近，所以可以做成阶梯形的时限特性，如图32所示。短路点越近，保护动作得越快； 短路点越远，保护动作得越慢。第Ⅰ段按躲过本线路末端短路(本质上是躲过相邻元件出口短路)时继电器的测量阻抗(也就是本线路阻抗)整定。它只能保护本线路的一部分，其动作时间是保护的固有动作时间(软件算法时间)，一般不带专门的延时。第Ⅱ段应该可靠保护本线路的全长，它的保护范围将延伸到相邻线路上，其定值一般按与相邻元件的瞬动段例如相邻线路的第Ⅰ段定值相配合整定，以tⅡ延时发跳闸命令。第Ⅲ段作为本线路Ⅰ、Ⅱ段的后备，在本线路末端短路时要有足够的灵敏度。在110kV系统中，第Ⅲ段还作为相邻线路保护的后备，在相邻线路末端短路时要有足够的灵敏度。第Ⅲ段的定值一般按与相邻线路Ⅱ、Ⅲ段定值相配合并躲最小负荷阻抗整定，以tⅢ延时发跳闸命令。在220kV及以上系统中，在装设了双重化配置的两套功能完整的纵联保护的情况下，为了简化后备保护的整定，第Ⅱ段、第Ⅲ段允许与相邻线路的主保护(纵联保护、线路Ⅰ段)和变压器的主保护(差动保护、瓦斯保护)配合整定。
图32距离保护的阶梯形时限特性
3.2工频变化量阻抗继电器
对继电保护从原理上划分，有反映稳态量的保护和反映暂态量的保护两大类。最早研究并使用的都是反映稳态量的保护，例如通常的电流、电压保护，零序电流保护，用上面分析的阻抗继电器为核心构成的距离保护，以及纵联保护等都是反映稳态量的保护。反映暂态量的保护有： 反映工频变化量的保护，反映行波初始特征的行波保护，反映电气量中的暂态分量的保护等。
反映工频变化量的保护是由我国科学家首先提出并付诸实现的。20世纪80年代初，我国科学家首先提出工频变化量阻抗继电器和工频变化量方向继电器的理论，并立即将它们应用在集成电路保护中且取得了良好的业绩。随后，反映工频变化量的保护又应用在微机线路保护、微机母线保护和主设备保护中，使工频变化量继电器的理论更加成熟，应用更加广泛，分析更加完善。下面以工频变化量阻抗继电器为例，分析工频变化量继电器的原理。
3.2工频变化量阻抗继电器
3.2.1叠加原理的应用
像工频变化量继电器这种反映暂态分量的继电器的理论基础都是叠加原理。图33(a)是发生短路后的系统图。在F点发生经过渡电阻Rg的短路，可以理解成在过渡电阻Rg的下方K点发生金属性短路，K点对中心点的电压为零。现在在K点与中性点之间串入幅值相等、相位相反的两个电压源ΔU·F后，依然保持K点的电位是零，没有改变短路后的状态，所以图33(a)是短路后的系统图。根据