行波管，行波管工作原理
故障行波是由故障引发的、沿输电线路传播的导行电磁波，其理论基础是变化的电场和磁场相互作用形成电磁波，进而在输电线路导引下传播。源于电磁波理论的故障行波能更为真实、本质地反映故障，从而为利用故障行波构建继电保护和安全稳定控制技术奠定基础。
不可避免的故障是电力系统安全的天敌。分析并认识故障，揭示故障发生发展的规律和特点，进而构造出针对性的继电保护技术是继电保护工作者的责任。传统电力系统故障分析和继电保护技术把电力系统看成一个集总参数电路，在成熟的电路理论基础上形成了故障分析理论，并派生出系统性的继电保护和安全稳定控制技术，以保障电力系统安全。但是把电力系统看成一个集总参数电路是对电力物理系统的一种近似，实际电力系统并不是一个集总参数电路。随着电网规模的增大、输电距离的增长，建立在集总参数电路模型基础上的故障分析方法和保护技术越来越暴露出它的局限性。比如像柔性直流电网需要继电保护超高速动作切除故障，像电流差动保护不能有效保护距离长达3329km 的特高压输电线路等。这些问题的解决需要人们重新认识电力系统故障，剖析并提取更为本质的故障信息，从而更好地驾驭电力系统，保护电力系统。所幸的是，建立在电磁场基础上的均匀传输线导行电磁波理论为电力系统故障分析打开了一扇窗，这就是本书（《》，董新洲著. 北京：科学出版社，2022.5）要介绍的故障行波。
《》的第一个特点是新颖，它颠覆了传统故障分析理论，从分布参数电路、导引线导行电磁波的角度认识电力系统故障，挖掘出了许多新的故障信息，像行波到达母线检测点的时刻、行波方向性等，让人有耳目一新的感觉。
该书的第二个特点是系统，大家对电力系统中行波了解较多的是雷电波和操作波，对与继电保护有关的行波概念尽管不陌生但不成体系，也未获得广泛和实质性的应用，该书从基础的电磁波理论，过渡到导引线导行电磁波，再给出系统性的故障行波理论和对它的小波变换分析法，接着介绍了系列行波保护和故障测距原理，为构造行波保护奠定了坚实的理论基础，同时创造性地开发了一批基于故障行波的继电保护技术，像交直流输电线路行波测距技术、交流输电线路纵联方向保护技术、交流输电线路贝瑞龙差动保护技术、交直流输电线路行波差动保护技术、中性点非有效接地配电网单线接地行波选线技术等，这些技术极大地丰富了继电保护理论和知识宝库，也为电力系统安全运行提供了新选择，甚至是唯一的选择。
贺家李
2022 年1 月
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本书从集总参数电路模型分析故障所存在的问题开始，首先了解基本的电磁波现象，接着介绍均匀传输线导行电磁波、多导体系统的导行电磁波；然后系统性地描述故障行波，揭示基本的故障行波特征，给出暂态故障行波的解析解；为了从检测的角度提取故障行波、利用故障行波，建立起故障行波和小波变换的联系，给出故障行波的二进小波变换模极大值表示，为行波应用奠定数学基础，从第五章开始，分析行波的获取和传感器特性，详细介绍系列行波保护、行波测距和行波选线的原理与技术；为保证故障行波理论和技术体系的完整性，最后一章介绍迄今唯一的故障行波测试技术。
《》一书，从电磁场的角度分析电力系统故障，获得了传统保护所不具备的空间信息。利用它可以实现故障测距，而且它能够把故障点的信息以行波的形式平移到检测点，从而构成原理更为清晰，不受长线分布电容、空间传播时延影响的继电保护的技术，这是故障行波理论的精髓。
我国已经形成新能源发电与交直流混联并存的复杂大电网，以风电光伏为标志的可再生能源、新能源发电大规模接入电网，毫无疑问将成为未来电力系统的主力电源。最新的研究成果及实用效果已表明，直流输电系统最为合适和理想的保护是行波保护，因此故障行波理论和技术具有强大的生命力和广阔的应用前景。
葛耀中
2021 年9 月
作者早年师从葛耀中教授研究行波测距，后师从贺家李教授研究行波保护，自此与故障行波结下了不解之缘，也一直把它当成自己最为重要的学术研究目标和责任。本书所概括的成果首先归功于二位先生，是他们给我指明了电力科学研究的新方向。本书内容更是清华大学电力系统保护团队二十多年劳动的结晶，凝结了清华学子们的辛劳和汗水，他们是陈铮、毕见广、李幼仪、苏斌、施慎行、王庆平、王世勇、王珺、崔柳、罗澍忻，姜博、许飞、王飞、冯腾，感谢他们！成书的过程正是研究的过程，十年磨一剑，二十年一部书，是对这本书的真实写照。
董新洲教授长期从事故障行波理论和行波保护、故障测距技术研究，他本人热爱继电保护事业，勇于创新，给我留下了非常深刻的印象。不管是从书中所写的内容还是从他本人所付出的辛勤劳动来讲，该书都值得从事电力系统故障分析和继电保护的科研人员和工程技术人员一读。我也有充分的理由相信，该书的出版将扩大继电保护的研究领域，提升继电保护研究和应用的水平，提高电力系统运行的可靠性和安全性。
杨奇逊
2021 年9 月
本文摘编自《》（董新洲著. 北京：科学出版社，2022.5）一书“前言”“序”，有删减，标题为编者所加。
（本文编辑：刘四旦）
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行波管(行波管工作原理)