输配电系统电力开关技术

译者序
原书前言

第1章 电力系统中的开合操作1
1.1简介1
1.2本书的结构2
1.3电力系统分析5
1.4开合操作的目的7
1.4.1绝缘隔离与接地7
1.4.2母线转换7
1.4.3负载投切7
1.4.4分断故障电流8
1.5开关电弧9
1.6暂态恢复电压（TRV）12
1.6.1暂态恢复电压的描述12
1.6.2暂态恢复电压的负载侧和电源侧分量14
1.7开关设备17
1.8断路器的分类19
参考文献23

第2章 电力系统中的故障24
2.1简介24
2.2非对称电流25
2.2.1基本概念25
2.2.2直流时间常数27
2.2.3三相系统中的非对称电流29
2.3短路电流对系统和元器件的影响31
2.4故障统计数据37
2.4.1短路的发生及特点37
2.4.2短路电流的幅值38
参考文献40

第3章 故障电流的开断与关合42
3.1简介42
3.2故障电流开断42
3.3出线端故障43
3.3.1简介43
3.3.2三相电流的开断44
3.4变压器限制的故障50
3.4.1用于计算暂态恢复电压的变压器建模51
3.4.2外部电容53
3.5电抗器限制的故障53
3.6架空线故障56
3.6.1近区故障56
3.6.2长线故障71
3.7失步开合72
3.7.1简介72
3.7.2发电机和系统间的开合过程73
3.7.3两个系统间的开合过程75
3.8故障电流的关合75
3.8.1关合短路电流对断路器的影响75
3.8.2三相系统关合时的操作电压暂态77
参考文献83

第4章 负载开合85
4.1开合正常负载85
4.2开合容性负载86
4.2.1简介86
4.2.2开合单相容性负载87
4.2.3开合三相容性负载92
4.2.4延迟击穿现象93
4.2.5开合架空线101
4.2.6关合电容器组104
4.3开合感性负载110
4.3.1电流截流110
4.3.2电流截流的影响111
4.3.3感性负载开合的工况112
参考文献122

第5章 开合过程暂态计算125
5.1解析法计算125
5.1.1简介125
5.1.2 LR电路的关合125
5.1.3 RLC电路的开断129
5.2暂态过程的数值仿真133
5.2.1历史回顾133
5.2.2电磁暂态分析程序134
5.2.3电磁暂态仿真程序概述137
5.3暂态计算时网络元器件的表示方法138
参考文献140

第6章 气体介质中的电流开断141
6.1简介141
6.2空气作为开断介质143
6.2.1概述143
6.2.2通过拉长电弧开断故障电流144
6.2.3灭弧栅片147
6.2.4敞开空气中的电弧149
6.2.5采用压缩空气开断电流150
6.3油作为开断介质151
6.3.1简介151
6.3.2多油断路器中的电流开断152
6.3.3少油断路器中的电流开断154
6.4六氟化硫（SF6）作为开断介质155
6.4.1简介155
6.4.2物理特性156
6.4.3 SF6的分解产物159
6.4.4 SF6对环境的影响162
6.4.5 SF6替代167
6.5 SF6-N2混合气体168
参考文献169

第7章 气体断路器172
7.1油断路器172
7.2空气断路器174
7.3 SF6断路器176
7.3.1简介176
7.3.2双压式SF6断路器178
7.3.3压气式SF6断路器179
7.3.4自能式SF6断路器183
7.3.5双动原理187
7.3.6倍速原理188
7.3.7旋弧式SF6断路器189
参考文献189

第8章 真空中的电流开断190
8.1简介190
8.2作为开断环境的真空191
8.3真空电弧194
8.3.1简介194
8.3.2阴极鞘层和阳极鞘层195
8.3.3扩散型真空电弧196
8.3.4集聚型真空电弧199
8.3.5磁场控制的真空电弧200
参考文献205

第9章 真空断路器206
9.1真空灭弧室的基本特性206
9.2真空开关的触头材料209
9.2.1纯金属209
9.2.2合金210
9.3真空开关的可靠性211
9.4电寿命211
9.5机械寿命212
9.6开断能力213
9.7绝缘耐受能力213
9.8电流传导214
9.9真空度214
9.10高电压等级真空开关215
9.10.1简介215
9.10.2高电压等级真空断路器的发展216
9.10.3高电压等级真空断路器的实际应用217
9.10.4 X射线辐射218
9.10.5高压真空断路器与高压SF6断路器的比较218
参考文献219

第10章特殊开合工况222
10.1发电机电流分断222
10.1.1简介222
10.1.2发电机断路器225
10.2输电系统中的电流延迟过零227
10.3隔离开关开合228
10.3.1简介228
10.3.2空载电流开合229
10.3.3母线转换用开合237
10.4接地239
10.4.1接地开关239
10.4.2高速接地开关239
10.5与串联电容器组有关的开合241
10.5.1串联电容器组的保护241
10.5.2旁路开关242
10.6开合操作导致的铁磁谐振244
10.7并联电容器组附近的故障电流开断245
10.8特高压系统中的开合247
10.8.1绝缘水平248
10.8.2特高压系统中与开合相关的特性248
10.9高压交流电缆系统的特性250
10.9.1背景250
10.9.2当前现状250
10.10直流系统中的开合253
10.10.1简介253
10.10.2低压与中压直流开断253
10.10.3高压直流开断255
10.11分布式发电系统中的开合暂态过程257
10.11.1总体考虑257
10.11.2失步情况258
10.12非机械式装置的开合259
10.12.1故障电流限制259
10.12.2熔断器259
10.12.3 Is限流器261
参考文献262

第11章 操作过电压及其限制措施267
11.1过电压267
11.2操作过电压269
11.3操作过电压的限制270
11.3.1限制措施270
11.3.2采用合闸电阻限制270
11.3.3采用避雷器限制272
11.3.4采用快速投入并联电抗器限制276
11.4采用选相开合限制操作过电压276
11.4.1选相开合的原理276
11.4.2选相分闸277
11.4.3选相合闸278
11.4.4极间错相位关合技术279
11.4.5选相开合技术的应用279
11.4.6各种操作过电压限制措施的比较288
11.4.7金属氧化物避雷器对断路器瞬态恢复电压的影响290
11.4.8对断路器的功能要求292
11.4.9可靠性方面294
11.5实际应用中的操作过电压数据295
11.5.1架空线295
11.5.2并联电容器组和并联电抗器296
参考文献298

第12章 开关设备可靠性研究300
12.1国际大电网会议（CIGRE）关于开关设备可靠性的研究300
12.1.1可靠性300
12.1.2全球范围的调查301
12.1.3设备样本与故障统计302
12.2电寿命与机械寿命307
12.2.1燃弧引起的劣化307
12.2.2电寿命验证方法308
12.2.3机械寿命310
12.3 CIGRE关于断路器寿命管理方面的研究310
12.3.1维护311
12.3.2监测与诊断311
12.3.3对于负载频繁投切断路器的寿命管理313
12.4变电站和系统可靠性研究313
参考文献314

第13章标准、规范与试运行316
13.1故障电流开断试验标准316
13.1.1 IEC关于瞬态恢复电压描述的背景和历史317
13.1.2 IEC对瞬态恢复电压的描述319
13.1.3 IEC规定的试验方式320
13.1.4 IEC 规定的瞬态恢复电压参数的选择和应用323
13.2容性电流开合试验的IEC标准326
13.3感性负载开合试验的IEC标准328
13.3.1并联电抗器的开合328
13.3.2中压电动机的开合331
13.4规范和试运行331
13.4.1通用规范331
13.4.2断路器规范332
13.4.3要求标书提供的信息333
13.4.4应随标书提供的信息333
13.4.5断路器的选择333
13.4.6断路器的试运行333
参考文献334

第14章试验335
14.1简介335
14.2大容量试验336
14.2.1简介336
14.2.2直接试验339
14.2.3合成试验342
参考文献356

附录缩略语表357