《輸配電系統(tǒng)電力開關技術》是5位國際開關電器技術領域知名專家畢生經驗的總結，是開關電器領域的一本力作。與傳統(tǒng)的開關電器著作相比，本書強調了開關與電網之間的相互作用，包括各種開合工況下的暫態(tài)分析、選相開合等。書中還專門介紹了開關設備可靠性。相信無論是電力系統(tǒng)領域的工程師，還是電力設備領域的工程師，以及高等院校和科研機構的科研人員和學生，都可以從中受益。
《輸配電系統(tǒng)電力開關技術》介紹了從中壓到特高壓電力系統(tǒng)中的開關技術。
本書系統(tǒng)地討論了開關的電氣特性，詳細介紹了負荷電流及故障電流如何被開斷、故障電流所產生的影響，對比了各種開關設備尤其是斷路器。作者還用開合試驗中的測量結果解釋了實際開合現(xiàn)象的各種情況。
書中的亮點還包括輸配電領域*新的技術發(fā)展，如特高壓系統(tǒng)、高電壓等級真空開關、發(fā)電機斷路器、分布式發(fā)電、直流開斷、電纜系統(tǒng)特性、隔離開關開合、特快速暫態(tài)現(xiàn)象以及斷路器可靠性研究等。
《輸配電系統(tǒng)電力開關技術》主要特色：
? 1) 概括了輸配電系統(tǒng)中的電流開合技術。
? 2) 介紹了前沿技術發(fā)展，如輸電等級真空開關、SF6對環(huán)境的影響和替代以及斷路器測試等方面。
? 3) 提供了應對不可接受的開合暫態(tài)現(xiàn)象的實用指導。
? 4) 給出了全球認可的IEC標準在開關設備方面的大量細節(jié)，展示了斷路器的當前應用案例。
? 5) 展示了大量的來自于滿容量試驗、知名的培訓課程以及實際電網測量結果的圖表。
? 6) 致力于為一線工程師提供實際應用指導。
? 7) 面向電氣工程師、電網工程師、電力系統(tǒng)應用工程師、顧問、電力系統(tǒng)資產經理、研究生和電力系統(tǒng)方向高年級本科生的必讀書籍。
原書前言
當時間進入到19世紀，電氣工程領域開始了一場革命。在一個相當短的時期內，發(fā)明了變壓器，設計了發(fā)電機和電動機，出現(xiàn)了從直流輸電到交流輸電的跨越。在20世紀前葉，輸電電壓不斷增長，輸電損耗也隨之降低。為了提高運行效率，電力系統(tǒng)開始互連，備用電源或旋轉電源得以共享，從而成本支出得以降低。
電力開關的主要任務是將電力系統(tǒng)的故障部分隔離，使正常的部分繼續(xù)工作。當今的電力系統(tǒng)是人類所設計、建造并運行的最復雜的系統(tǒng)之一。盡管電力開關技術復雜而且需要具備高穩(wěn)健性，但是它可使用戶以相當簡單而且可靠的方式接通或斷開負載。電力開關技術還可以保護系統(tǒng)免受故障的影響。然而，其代價是導致系統(tǒng)每個狀態(tài)的變化都會產生暫態(tài)，它不僅影響系統(tǒng)的運行狀況，而且會影響到系統(tǒng)中的每一個元器件。
在早期的電力系統(tǒng)中，自從開始使用電力開關技術，其標準化就開始了，包括其參數(shù)等級、測試技術和高壓斷路器制造方面等。在美國，這方面的工作率先由一些工程學會和制造商學會展開，如成立于1884年的美國電氣工程師學會（AIEE），1963年它與美國無線電工程師學會（IRE）合并成為美國電氣電子工程師學會(IEEE)。
在歐洲，國際電工委員會(IEC)成立于1906年，國際大電網會議(CIGRE)成立于1921年。1927年國際大電網會議決定將研究委員會作為其組織框架，由研究委員會負責工作組和專責組的運作。工作組和專責組的職責是收集現(xiàn)場數(shù)據和進行系統(tǒng)調查，其研究報告為制定和修改IEC標準提供依據。
在過去的若干年間，在輸配電系統(tǒng)電力開關技術方面出過很多書和出版物。這方面大量的知識來自于CIGRE和IEEE工作組的工作，包括相關標準、技術手冊、研究報告和學術論文等。
對于想熟悉電力開關技術及其對系統(tǒng)影響的電力系統(tǒng)工程師而言，相關的文獻不僅不易獲取，而且有時這些文獻也難以理解。《輸配電系統(tǒng)電力開關技術》將架起一座橋梁將電力系統(tǒng)工程師的日常實踐與相關文獻連接起來。
《輸配電系統(tǒng)電力開關技術》作者在CIGRE、IEC和IEEE的相關工作組擁有長期的工作經驗，在電力開關設備的制造方面、電力開關對系統(tǒng)的影響方面和電力開關的大容量試驗方面都很熟悉。相關章節(jié)總結了作者們在CIGRE技術手冊、發(fā)表的學術論文及制定相關標準方面的貢獻。
《輸配電系統(tǒng)電力開關技術》參考了相關標準，并且像一條線一樣用標準將本書穿了起來。這種做法一方面是因為相關標準對實際中所遇到的幾乎各種開合操作問題都進行了指導，另一方面，這種做法還為引導讀者正確理解標準及標準提出的背景提供幫助。
如果沒有斷路器及開關介質方面的重要章節(jié)，《輸配電系統(tǒng)電力開關技術》將是不完整的。這方面的內容主要取材于Mirsad Kapetanovi?教授所著的《高壓斷路器理論、設計與試驗方法》一書，該書受KEMA實驗室委托由薩拉熱窩ETF-電氣工程學院于2011年發(fā)行。
作者感謝Zdenek Matyas碩士，他花了很多時間使本書的文字、圖表、公式等與IEC標準相一致，并使術語保持一致。
感謝Viktor Kertész教授檢查了本書中所有的數(shù)學部分，還要感謝Romain Thomas碩士關于暫態(tài)的數(shù)值仿真方面的貢獻。
我們將《輸配電系統(tǒng)電力開關技術》獻給Geert Christaan Damstra教授(19302012)，無論他在開關制造廠Hazemeyer、KEMA實驗室還是在埃因霍芬工業(yè)大學期間，他的一生對電力開關制造技術、測量技術及實驗技術方面的發(fā)展做出了杰出的貢獻。他的整個一生都活躍在高電壓技術領域并做出了真正有價值的創(chuàng)新工作，直到生命的最后一刻，他為許多人樹立了楷模。
René Smeets
于荷蘭阿納姆市
René Smeets有超過30年的從事10kV到1200kV開關設備開合工作的經驗。在過去的19年中他在荷蘭的DNV GL（即前KEMA）大容量試驗室工作。他是IEEE會士。他還擔任電流零點俱樂部主席，該俱樂部是一個由電流開斷領域專家組成的非正式組織。他擁有博士學位，從2001年起擔任艾因霍芬大學兼職教授，從2013年起擔任西安交通大學客座教授。他曾任IEEE期刊的客座編輯，在開關和試驗方面發(fā)表過大量文章。他曾在世界各地講授開關方面的課程。
Lou van der Sluis從代爾夫特工業(yè)大學獲得電氣工程碩士學位。他于1977年加入KEMA大容量試驗室成為一名試驗工程師，參與了數(shù)據采集系統(tǒng)的開發(fā)、試驗回路的計算機仿真以及試驗數(shù)據的數(shù)字化分析。從1992年起他成為代爾夫特工業(yè)大學電力系統(tǒng)系的全職教授。他是IEEE高級會員。
Mirsad Kapetanovi?于1993年和1997年在波黑共和國薩拉熱窩大學分別獲得碩士學位和博士學位。1982年他擔任薩拉熱窩的動力投資電力研究所高壓斷路器設計部負責人。1997年起他擔任薩拉熱窩大學電氣工程學院兼職教授。現(xiàn)在他是該校全職教授，并兼任埃內古博斯公司研發(fā)經理。他是IEEE會員。
David F.Peelo于1965年以優(yōu)異成績畢業(yè)于都柏林大學電氣工程專業(yè)。隨后在瑞典盧德維卡市ASEA公司的高壓實驗室工作。1973年他加入加拿大溫哥華市卑詩水電局，成長為一名開關專家，并于2001年退休。隨后作為一名獨立顧問開始了新的職業(yè)生涯，并開始攻讀博士學位。他于2004年獲得博士學位，研究內容為高壓空氣隔離開關的開合現(xiàn)象。
Anton Janssen在電力傳輸與電/氣配送工業(yè)領域從事管理工作已有35年，包括在KEMA大容量實驗室的管理崗位。他尤其感興趣的領域包括電力暫態(tài)、保護與系統(tǒng)穩(wěn)定性、資產與壽命管理、優(yōu)化各種能源的組合、電力公司與政府的合作、優(yōu)化網絡和變電站拓撲、協(xié)調各種不穩(wěn)定的可持續(xù)能源，以及指導博士生等。
譯者序
原書前言
第1章 電力系統(tǒng)中的開合操作1
1.1簡介1
1.2本書的結構2
1.3電力系統(tǒng)分析5
1.4開合操作的目的7
1.4.1絕緣隔離與接地7
1.4.2母線轉換7
1.4.3負載投切7
1.4.4分斷故障電流8
1.5開關電弧9
1.6暫態(tài)恢復電壓（TRV）12
1.6.1暫態(tài)恢復電壓的描述12
1.6.2暫態(tài)恢復電壓的負載側和電源側分量14
1.7開關設備17
1.8斷路器的分類19
參考文獻23
第2章 電力系統(tǒng)中的故障24
2.1簡介24
2.2非對稱電流25
2.2.1基本概念25
2.2.2直流時間常數(shù)27
2.2.3三相系統(tǒng)中的非對稱電流29
2.3短路電流對系統(tǒng)和元器件的影響31
2.4故障統(tǒng)計數(shù)據37
2.4.1短路的發(fā)生及特點37
2.4.2短路電流的幅值38
參考文獻40
第3章 故障電流的開斷與關合42
3.1簡介42
3.2故障電流開斷42
3.3出線端故障43
3.3.1簡介43
3.3.2三相電流的開斷44
3.4變壓器限制的故障50
3.4.1用于計算暫態(tài)恢復電壓的變壓器建模51
3.4.2外部電容53
3.5電抗器限制的故障53
3.6架空線故障56
3.6.1近區(qū)故障56
3.6.2長線故障71
3.7失步開合72
3.7.1簡介72
3.7.2發(fā)電機和系統(tǒng)間的開合過程73
3.7.3兩個系統(tǒng)間的開合過程75
3.8故障電流的關合75
3.8.1關合短路電流對斷路器的影響75
3.8.2三相系統(tǒng)關合時的操作電壓暫態(tài)77
參考文獻83
第4章 負載開合85
4.1開合正常負載85
4.2開合容性負載86
4.2.1簡介86
4.2.2開合單相容性負載87
4.2.3開合三相容性負載92
4.2.4延遲擊穿現(xiàn)象93
4.2.5開合架空線101
4.2.6關合電容器組104
4.3開合感性負載110
4.3.1電流截流110
4.3.2電流截流的影響111
4.3.3感性負載開合的工況112
參考文獻122
第5章 開合過程暫態(tài)計算125
5.1解析法計算125
5.1.1簡介125
5.1.2 LR電路的關合125
5.1.3 RLC電路的開斷129
5.2暫態(tài)過程的數(shù)值仿真133
5.2.1歷史回顧133
5.2.2電磁暫態(tài)分析程序134
5.2.3電磁暫態(tài)仿真程序概述137
5.3暫態(tài)計算時網絡元器件的表示方法138
參考文獻140
第6章 氣體介質中的電流開斷141
6.1簡介141
6.2空氣作為開斷介質143
6.2.1概述143
6.2.2通過拉長電弧開斷故障電流144
6.2.3滅弧柵片147
6.2.4敞開空氣中的電弧149
6.2.5采用壓縮空氣開斷電流150
6.3油作為開斷介質151
6.3.1簡介151
6.3.2多油斷路器中的電流開斷152
6.3.3少油斷路器中的電流開斷154
6.4六氟化硫（SF6）作為開斷介質155
6.4.1簡介155
6.4.2物理特性156
6.4.3 SF6的分解產物159
6.4.4 SF6對環(huán)境的影響162
6.4.5 SF6替代167
6.5 SF6-N2混合氣體168
參考文獻169
第7章 氣體斷路器172
7.1油斷路器172
7.2空氣斷路器174
7.3 SF6斷路器176
7.3.1簡介176
7.3.2雙壓式SF6斷路器178
7.3.3壓氣式SF6斷路器179
7.3.4自能式SF6斷路器183
7.3.5雙動原理187
7.3.6倍速原理188
7.3.7旋弧式SF6斷路器189
參考文獻189
第8章 真空中的電流開斷190
8.1簡介190
8.2作為開斷環(huán)境的真空191
8.3真空電弧194
8.3.1簡介194
8.3.2陰極鞘層和陽極鞘層195
8.3.3擴散型真空電弧196
8.3.4集聚型真空電弧199
8.3.5磁場控制的真空電弧200
參考文獻205
第9章 真空斷路器206
9.1真空滅弧室的基本特性206
9.2真空開關的觸頭材料209
9.2.1純金屬209
9.2.2合金210
9.3真空開關的可靠性211
9.4電壽命211
9.5機械壽命212
9.6開斷能力213
9.7絕緣耐受能力213
9.8電流傳導214
9.9真空度214
9.10高電壓等級真空開關215
9.10.1簡介215
9.10.2高電壓等級真空斷路器的發(fā)展216
9.10.3高電壓等級真空斷路器的實際應用217
9.10.4 X射線輻射218
9.10.5高壓真空斷路器與高壓SF6斷路器的比較218
參考文獻219
第10章特殊開合工況222
10.1發(fā)電機電流分斷222
10.1.1簡介222
10.1.2發(fā)電機斷路器225
10.2輸電系統(tǒng)中的電流延遲過零227
10.3隔離開關開合228
10.3.1簡介228
10.3.2空載電流開合229
10.3.3母線轉換用開合237
10.4接地239
10.4.1接地開關239
10.4.2高速接地開關239
10.5與串聯(lián)電容器組有關的開合241
10.5.1串聯(lián)電容器組的保護241
10.5.2旁路開關242
10.6開合操作導致的鐵磁諧振244
10.7并聯(lián)電容器組附近的故障電流開斷245
10.8特高壓系統(tǒng)中的開合247
10.8.1絕緣水平248
10.8.2特高壓系統(tǒng)中與開合相關的特性248
10.9高壓交流電纜系統(tǒng)的特性250
10.9.1背景250
10.9.2當前現(xiàn)狀250
10.10直流系統(tǒng)中的開合253
10.10.1簡介253
10.10.2低壓與中壓直流開斷253
10.10.3高壓直流開斷255
10.11分布式發(fā)電系統(tǒng)中的開合暫態(tài)過程257
10.11.1總體考慮257
10.11.2失步情況258
10.12非機械式裝置的開合259
10.12.1故障電流限制259
10.12.2熔斷器259
10.12.3 Is限流器261
參考文獻262
第11章 操作過電壓及其限制措施267
11.1過電壓267
11.2操作過電壓269
11.3操作過電壓的限制270
11.3.1限制措施270
11.3.2采用合閘電阻限制270
11.3.3采用避雷器限制272
11.3.4采用快速投入并聯(lián)電抗器限制276
11.4采用選相開合限制操作過電壓276
11.4.1選相開合的原理276
11.4.2選相分閘277
11.4.3選相合閘278
11.4.4極間錯相位關合技術279
11.4.5選相開合技術的應用279
11.4.6各種操作過電壓限制措施的比較288
11.4.7金屬氧化物避雷器對斷路器瞬態(tài)恢復電壓的影響290
11.4.8對斷路器的功能要求292
11.4.9可靠性方面294
11.5實際應用中的操作過電壓數(shù)據295
11.5.1架空線295
11.5.2并聯(lián)電容器組和并聯(lián)電抗器296
參考文獻298
第12章 開關設備可靠性研究300
12.1國際大電網會議（CIGRE）關于開關設備可靠性的研究300
12.1.1可靠性300
12.1.2全球范圍的調查301
12.1.3設備樣本與故障統(tǒng)計302
12.2電壽命與機械壽命307
12.2.1燃弧引起的劣化307
12.2.2電壽命驗證方法308
12.2.3機械壽命310
12.3 CIGRE關于斷路器壽命管理方面的研究310
12.3.1維護311
12.3.2監(jiān)測與診斷311
12.3.3對于負載頻繁投切斷路器的壽命管理313
12.4變電站和系統(tǒng)可靠性研究313
參考文獻314
第13章標準、規(guī)范與試運行316
13.1故障電流開斷試驗標準316
13.1.1 IEC關于瞬態(tài)恢復電壓描述的背景和歷史317
13.1.2 IEC對瞬態(tài)恢復電壓的描述319
13.1.3 IEC規(guī)定的試驗方式320
13.1.4 IEC 規(guī)定的瞬態(tài)恢復電壓參數(shù)的選擇和應用323
13.2容性電流開合試驗的IEC標準326
13.3感性負載開合試驗的IEC標準328
13.3.1并聯(lián)電抗器的開合328
13.3.2中壓電動機的開合331
13.4規(guī)范和試運行331
13.4.1通用規(guī)范331
13.4.2斷路器規(guī)范332
13.4.3要求標書提供的信息333
13.4.4應隨標書提供的信息333
13.4.5斷路器的選擇333
13.4.6斷路器的試運行333
參考文獻334
第14章試驗335
14.1簡介335
14.2大容量試驗336
14.2.1簡介336
14.2.2直接試驗339
14.2.3合成試驗342
參考文獻356
附錄縮略語表357
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