束洪春教授：行波暫態(tài)保護技術

作者簡介

束洪春，博士、教授，國家“萬人計劃”教學名師、首批云嶺學者、云南省第四批中青年學術和技術帶頭人(第二層次)、國務院政府特殊津貼獲得者。獲全國五一勞動獎章、全國模范教師、全國優(yōu)秀科技工作者等稱號和榮譽。

長期致力于電力系統(tǒng)暫態(tài)保護與穩(wěn)定控制領域的教學和科研。主持完成國家863 計劃課題、國家自然科學基金學部重點等項目 20 余項。與研究生合作發(fā)表論文 600 余篇，其中 ESI 高被引論文 10 余篇，連續(xù)6 年入選斯坦福大學“全球前 2%頂尖科學家”、“終身科學家影響力排行榜”雙榜單；著有專著 11 部；獲中國發(fā)明專利 330 余項、美國專利 21 項。牽頭獲教育部技術發(fā)明一等獎 1 項和云南省科技獎 6 項（特等獎 3 項、一等獎 3 項）；獲國家級教學成果二等獎 2 項。

繼電保護是電力系統(tǒng)不可或缺的組成部分，是保障電力系統(tǒng)安全高效運行、提高供電可靠性、提高供電質(zhì)量、減少事故損失最直接、最有效的手段，是電力系統(tǒng)“三道防線”的第一道防線。輸電線路走廊的地理環(huán)境復雜，經(jīng)常遭受惡劣天氣或自然災害，如雷擊、覆冰和山火等，因此輸電線路故障在電力系統(tǒng)故障中占了很大的比例。20世紀20年代提出的基于工頻量的保護原理，歷經(jīng)了百年的發(fā)展，具有理論完備、可通過分析計算對保護判據(jù)進行精確的整定等重要優(yōu)勢，至今仍在電力系統(tǒng)繼電保護領域占主導地位，發(fā)揮著重大和重要作用。由中國學者提出并付諸實施的基于工頻故障分量的繼電保護，具有靈敏度高、動作速度快、受過渡電阻影響小等優(yōu)點，其故障分量距離保護和故障分量方向保護得到了廣泛的認同和普遍的應用，是中國學者在繼電保護領域對電力系統(tǒng)所做出的卓越貢獻。

實際線路典型暫態(tài)電流行波錄波

然而，現(xiàn)代電網(wǎng)呈現(xiàn)一些新情況，高比例新能源、高比例電力電子裝置接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)從“同步機主導型系統(tǒng)”逐步向“同步機和電力電子共同主導型系統(tǒng)”轉變，影響了傳統(tǒng)基于工頻量保護的動作特性，難以滿足繼電保護對“四性”的要求，繼電保護面臨新的挑戰(zhàn)和更高的要求。特高壓、遠距離、大容量輸電，其線路分布電容暫態(tài)電流大，影響距離保護和電流差動保護的動作性能；其具有線路波阻抗小、直流分量衰減時間常數(shù)長、交變分量衰減慢、會出現(xiàn)非整數(shù)次高頻、高頻分量頻率變化范圍寬且最低值更接近工頻等電磁暫態(tài)特性，從而影響工頻量保護。此外，高比例新能源和高比例電力電子設備接入電網(wǎng)、線路(可調(diào))電抗器的使用、柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)裝置的應用、直流輸電和交直流混合輸電的應用、柔性直流輸電的應用，存在調(diào)節(jié)和控制的動態(tài)(響應)過程、故障后電氣量幅值和相位受控，對線路故障暫態(tài)電氣量影響嚴重，反映故障信息的“故障分量”發(fā)生本質(zhì)的改變，難以正確反映故障，從而對工頻量繼電保護適應性造成影響，實屬必然。

“風光儲”輸電系統(tǒng)拓撲結構

然而，線路故障所引起的暫態(tài)行波中包含著豐富的故障信息，若能充分挖掘和利用暫態(tài)行波的故障信息，可以構成行波保護和暫態(tài)量保護原理。行波保護和暫態(tài)量保護具有不受CT 飽和的影響、不受長線路分布電容暫態(tài)電容電流的影響等優(yōu)勢，可較好地應用于特高壓遠距離輸電系統(tǒng)；另外，在新能源送出系統(tǒng)中，系統(tǒng)故障后1～2ms 時間段內(nèi)，電力電子器件暫未響應，控制尚未起作用，基于行波和短時窗暫態(tài)量的保護方法不會受到影響。因此，大量電力電子設備接入系統(tǒng)后，基于行波和暫態(tài)量的保護方法理應引起重視。

三個故障階段劃分示意圖

線路AG 故障下量測端的故障電壓、電流瞬態(tài)響應波形

在500kV交流輸電仿真系統(tǒng)中，若距離M 端40km 處，發(fā)生A 相接地(AG)故障，故障初始相角為90°，過渡電阻為10Ω，量測端故障相電流和電壓如圖所示，線路發(fā)生故障將引起從直流分量到故障行波高頻分量的寬頻暫態(tài)量，圖中的故障電壓、電流攜帶著故障方向、故障相別、故障位置、故障初始相角、過渡電阻等豐富的故障信息，利用這些信息可構造單端量保護和雙端量保護。

電磁暫態(tài)過程的本質(zhì)是各元件中磁場和電場的能量分布重新達到平衡，伴隨著波的多次折反射，電場、磁場能量分布變化將通過電壓和電流的瞬態(tài)改變表現(xiàn)出來，它們既是時間的函數(shù)也是空間的函數(shù)，具有波動性，故稱行波。對應不同性質(zhì)的激勵源，反映于觀測點處的行波暫態(tài)量響應存在差異，以實測暫態(tài)電流為例，諸如山火故障、雷擊故障、雷擊未閃絡，因其發(fā)生機理不同所致觀測到的故障電流波形存在差異；線路故障和母線故障因其拓撲不同導致所觀測的各回線電流的群體幅值相位關系不同。深入研究其變化規(guī)律并發(fā)掘其中所蘊含的故障信息，是構造新型繼電保護原理的基礎。

《行波暫態(tài)保護技術》結合作者多年的研究和實踐積累，介紹輸電線路行波理論、行波保護與暫態(tài)量保護及其輔助元件的原理與方法、輸電線路無通道保護及非單元式保護的創(chuàng)新原理與方法、含MMC-UPFC 等新型柔性交流輸電元件的交流輸電系統(tǒng)暫態(tài)量保護、互感器二次側信號正演和一次側信號反演恢復、跟網(wǎng)型和構網(wǎng)型PECIG的短路特性及其規(guī)律、風光水儲送出線路的暫態(tài)量保護方法以及新型自適應重合閘技術。值得特別關注的是，作者創(chuàng)新性地提出了廣義模量行波、測后模擬原理與方法、基于行波頻差概念的保護與測距方法，以及倡導基于CVT 二次側故障波形信息判別故障存續(xù)性的自適應重合閘技術等。

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行波暫態(tài)保護技術（上下冊）購買

束洪春 著

北京: 科學出版社, 2026. 3

ISBN 978-7-03-082946-7

全書內(nèi)容以作者研究成果為主，吸納同行研究成果作為補充，以使內(nèi)容體系完整，以饗讀者。全書結構緊湊，以方法原理為主線，輔以豐富的實測行波波形，旨在幫助讀者深入理解并掌握相關技術的核心要義。全書分上下兩冊，上冊包括第1～6 章，下冊包括第7～10 章。

?第1 章圍繞行波展開深入探討，總結行波在傳播過程中的折反射規(guī)律，以及行波耦合、色散和衰耗等基本特征。

?第2 章對行波方向保護、差動保護、T 接和三角形環(huán)網(wǎng)輸電線路的非單元式保護、測距式行波保護以及全線速動無通道行波保護的原理進行剖析。

?第3 章論述行波保護的啟動、選相，以及小故障初始相角識別、雷擊干擾識別等輔助元件原理和算法效果。

?第4 章闡述基于暫態(tài)量的輸電線路無通道保護、方向保護、縱聯(lián)保護和非單元式保護基本原理。

?第5 章主要研究含有FACTS 元件的輸電線路的新型暫態(tài)量保護。

?第6 章闡述暫態(tài)量保護的啟動元件、選相元件，以及雷擊干擾識別等輔助元件原理和算法效果。

?第7 章基于互感器物理結構及其實測頻率特性，研究互感器對高頻暫態(tài)量的傳變特性。

?第8 章闡述CT 的飽和對差動保護、距離保護和方向保護的影響，對于CVT二次側輸出可能造成工頻量保護越級動作的暫態(tài)超越現(xiàn)象，對其產(chǎn)生原因和影響因素進行理論分析和仿真驗證。

?第9 章研究跟網(wǎng)型和構網(wǎng)型電力電子變換器接口電源(PECIG)的短路故障特性，系統(tǒng)分析風電變流器、光伏逆變器和儲能變流器(PCS)在短路故障條件下的電流、電壓輸出特性，闡明跟網(wǎng)型、構網(wǎng)型控制策略以及低電壓穿越控制策略對故障特性的影響，研究新能源送出線路的暫態(tài)量保護方法。

?第10 章對基于故障存續(xù)性判別的自適應重合閘技術進行探討。

感謝國家科學技術學術著作出版基金對本書的資助。本書的相關研究得到了以下項目的支持，包括：國家自然科學基金重點項目“基于數(shù)據(jù)驅動的高原山地輸電線路故障精確定位與雷擊電流反演恢復研究”(U1202233)、“LCC-VSC 混合多端高壓直流輸電系統(tǒng)保護控制與故障測距”(52037003)和“高原山地輸電線路多重雷擊辨識與防護的理論及方法研究”(52337005)，國家自然科學基金面上項目“含調(diào)諧半波長輸電線路繼電保護關鍵問題研究”(51977102)和“基于多維度大數(shù)據(jù)的輻射配電網(wǎng)故障檢測與定位研究”(51667010)，教育部學位中心主題案例庫“構網(wǎng)型技術創(chuàng)新驅動新型電力系統(tǒng)發(fā)展，賦能智能電網(wǎng)新質(zhì)生產(chǎn)力騰飛”(ZT-2410674006)，云南省重大科技專項“提升綠色電力消納的電網(wǎng)運行分析與保護控制關鍵技術研究及應用”(202002AF080001)和“規(guī)模化儲能支撐云南高比例新能源接入電網(wǎng)關鍵技術研究及工程應用”(202402AG050006)，云南省自然科學基金重點項目“高原山地輸電線路雷擊檢測識別及雷電參數(shù)反演恢復研究”(2011FA032)，云南省重大科技攻關項目“高海拔大容量遠距離輸電中行波故障測距技術研究”(2003GG10)和“高原山地長距離高壓輸電線路電弧故障檢測定位技術與系統(tǒng)研制”(2000B2-02)，云南省自然科學基金面上項目“新型時域法故障測距研究”(99E006G)、“小波分析在線路故障測距應用研究”(98EO409M)、“基于形態(tài)學和小波分析的小接地電流系統(tǒng)故障綜合選線”(2004E0020M)和“10～35kV 電網(wǎng)選線技術及接地故障監(jiān)測設備”(2011BA004)。本書還得到了教育部省部共建智能電網(wǎng)故障檢測與保護控制協(xié)同創(chuàng)新中心、云南省綠色能源與數(shù)字電力量測及控保重點實驗室建設等項目支持。同時，在與電網(wǎng)業(yè)界同行合作的一系列項目中有相當部分內(nèi)容得到實際應用，一并謹致謝忱。

本文摘編自《行波暫態(tài)保護技術（上下冊）》（束洪春著. 北京: 科學出版社, 2026. 3）一書“前言”“第1 章 輸電線路行波理論基礎與故障特性”，有刪減修改，標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-082946-7

責任編輯：張海娜 紀四穩(wěn)

全書分上下兩冊，上冊包括第1～6 章，下冊包括第7～10 章。上冊主要以輸電線路行波理論為基礎，詳細闡述了行波保護與暫態(tài)量保護的啟動、選相等輔助元件的原理與方法，探討了基于暫態(tài)量的輸電線路無通道保護、方向保護及非單元式保護的創(chuàng)新原理與方法，研究了含MMC-UPFC 等新型柔性交流輸電元件的交流輸電系統(tǒng)暫態(tài)量保護。下冊主要探究了互感器二次側信號正演和一次側信號反演恢復，分析了跟網(wǎng)型和構網(wǎng)型PECIG 的短路特性及其規(guī)律，研究了適應于風光水儲送出線路的暫態(tài)保護方法，以及新型自適應重合閘技術。值得特別關注的是，作者創(chuàng)新性地提出了廣義模量行波、測后模擬原理與方法、基于行波頻差概念的保護與測距方法，以及倡導基于電容式電壓互感器(CVT)二次側故障波形信息判別故障存續(xù)性的自適應重合閘技術等。全書結構緊湊，以方法原理為主線，輔以豐富的實測行波波形，旨在幫助讀者深入理解并掌握相關技術的核心要義。

本書可作為高等院校相關學科的研究生、本科生研究行波保護和暫態(tài)保護的參考書，也可供相關科技工作者閱讀和參考。

（本文編輯：劉四旦）

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