“电力系统继电保护”课程教学大纲

教研室主任：周士贵          执笔人：陈玉庆

一、课程基本信息

开课单位：887700线路检测中心

课程名称：电力系统继电保护

课程编号：163003

英文名称：Power System Protection

课程类型：专业方向限选课

总 学 时：70     理论学时：54     实验学时：16  

学    分：3.5

开设专业：电气工程及其自动化

先修课程：电路、电机、电子、计算机、电气设备、电力系统分析

二、课程任务目标

（一）课程任务

本课程是电气工程及其自动化专业的专业方向限选课程、主干必修课程。本课程的任务是讲授电网、线路和元件的继电保护理论和技术，使员工掌握电力系统继电保护的基本结构、工作原理、实现技术、整定计算及解决继电保护问题的基本思想方法，建立继电保护整体概念，使员工具有对继电保护进行分析、计算、设计、开发的初步能力。

（二）课程目标

在学完本课程之后，员工能够：

1.根据电网、线路和元件在电力系统中所处的位置，提出电网、线路和元件继电保护的配置方案；

2.对电网的电流保护、距离保护进行原理分析、配置配合分析、影响因素分析和整定计算；

3.对输电线路纵联保护进行原理分析、配置配合分析、影响因素分析和整定计算；

4.对变压器、发电机、母线保护进行原理分析、配置配合分析、影响因素分析和整定计算；

5.正确进行保护和重合闸的配合；

6.逐步形成继电保护的设计、开发能力；

7.对各套继电保护的性能及存在的问题分析，提出改进措施；

8.对各套继电保护出现的各种故障进行分析，确定原因，提出解决方法；

9.不断将继电保护新原理、新技术融入已有知识和能力体系中。

三、教学内容和要求

（一）理论教学的内容及要求

第一章  绪论

本章重点：继电保护的基本原理、组成、作用；对继电保护的基本要求及其相互关系。

本章难点：对对继电保护的四大基本要求的理解。

第一节  电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态

1. 了解电力系统的正常工作状态；

2. 了解电力系统的常见的不正常工作状态及其危害；

3. 了解电力系统的故障状态及其危害；

4. 理解电力系统继电保护的作用。

第二节  继电保护的基本原理及组成

1. 理解各种继电保护的基本原理；

2. 了解保护装置的构成；

3. 了解继电保护的工作回路；

4. 理解电力系统继电保护的工作配合。

第三节  对继电保护的基本要求

1. 理解选择性、快速性、灵敏性、可靠性；

2. 理解四大基本要求相互间的关系。

第四节  继电保护发展简史

了解技术、装置的发展历史。

第二章  电网的电流保护

本章重点：单侧电源网络相间短路的三段式电流保护的结构、原理、问题分析、整定计算；双侧电源网络相间短路的三段式方向性电流保护的结构、原理、问题分析、整定计算。

本章难点：过电流保护的整定计算；功率方向判别元件的工作原理、接线方式；接地保护的整定计算；保护之间的配合。

第一节  单侧电源网络相间短路的电流保护

1. 了解继电器的要求和分类、过电流继电器的基本原理、继电器的继电特性；

2. 了解单侧电源网络相间短路时电流量值特征及影响因素；

3. 掌握电流速断保护的工作原理、组成结构、整定计算原则及方法、问题分析思路和方法，了解其主要优缺点；

4. 掌握限时电流速断保护的工作原理、组成结构、整定计算原则及方法、问题分析思路和方法，了解其主要优缺点；

5. 掌握定时限过电流保护的工作原理、组成结构、整定计算原则及方法、问题分析思路和方法，了解其主要优缺点；

6. 理解阶段式电流保护的配合及应用；

7. 了解反时限特性的电流保护的整定配合；

8. 理解电流保护的接线方式及特点和适用场合。

第二节  双侧电源网络相间短路的方向性电流保护

1. 了解双侧电源网络相间短路时的功率方向的特点；

2. 掌握方向性电流保护的基本原理；

3. 了解对功率方向判别元件的要求，掌握其动作特性、构成及原理、相间短路的接线方式；

4. 理解方向性电流保护的应用特点。

第三节  中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护

1. 了解接地短路时零序电压、电流和功率的分布规律；

2. 理解零序电压、电流滤过器的构成；

3. 掌握零序电流I、II、III段保护的整定原则及计算方法；

4. 掌握方向性零序电流保护原理，了解零序功率方向元件；

5. 了解对零序电流保护的不足及解决方法。

第四节  中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护

1. 了解中性点不接地或经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点；

2. 理解零序电压保护的结构原理；

3. 了解零序电流的整定计算和零序功率方向保护的特点。

第三章  电网距离保护

本章重点：偏移圆特性阻抗继电器的动作特性；阻抗继电器的实现方法；距离保护的结构、原理整定计算；距离保护的振荡闭锁的方法及分析。

本章难点：距离保护的振荡闭锁分析；距离保护特殊问题的分析。

第一节  距离保护的基本原理与构成

1. 掌握距离保护的概念、测量阻抗及其与故障距离的关系；

2. 理解三相系统中测量电压和测量电流的选取方法；

3. 掌握距离保护的时限特性；

4. 了解距离保护的构成及功能。

第二节  阻抗继电器及其动作特性

1. 理解阻抗继电器动作区域的概念；

2. 掌握偏移圆特性阻抗继电器的动作特性和动作方程，了解其他特性阻抗继电器的动作特性和动作方程；

3. 了解绝对值比较与相位比较之间的相互转换。

第三节  阻抗继电器的实现方法

1. 理解模拟式、数字式保护中的绝对值比较原理、相位比较原理的实现方法；

2. 理解比较工作电压相位法实现的故障区段判断的基本原理，掌握以正序电压、记忆电压为参考电压的测量元件的特点。

第四节  距离保护的整定计算与对距离保护的评价

1. 掌握距离保护第I、II、III段的整定计算原则和方法；

2. 了解对距离保护的评价。

第五节  距离保护的振荡闭锁

1. 掌握振荡闭锁的概念；

2. 理解电力系统振荡时电流、电压及测量阻抗的变化规律，理解电力系统振荡对距离测量元件特性的影响，理解电力系统振荡与短路时电气量的差异；

3. 掌握距离保护的振荡闭锁的措施；

4. 理解振荡过程中再故障的判断的方法。

第六节  故障类型判别和故障选相

了解故障类型判别和故障选相的方法和步骤。

第七节  距离保护特殊问题的分析

理解短路点过渡电阻、线路串联补偿电容、短路电压电流中的非工频分量对距离保护的影响及相应的克服措施。

第八节  工频故障分量距离保护

了解工频故障分量的概念，了解工频故障分量距离保护的工作原理、动作特性、特点及应用。

第四章  输电线路纵联保护

本章重点：闭锁式方向纵联保护的工作原理、构成、过程分析方法；纵联电流差动保护的工作原理、特性分析、整定计算。

本章难点：对影响输电线路纵联保护正确动作因素及解决措施的分析。

第一节  输电线路纵联保护概述

1. 了解纵联保护的概念及分类；

2. 理解输电线路短路时两侧电气量的故障特征及相应的纵联保护的基本原理。

第二节  输电线路纵联保护两侧信息的交换

了解引导线、电力线载波、微波、光纤通信的方式、构成、特点。

第三节  方向比较式纵联保护

1. 了解工频故障分量的方向元件正序、负序、零序分量故障判据；

2. 掌握闭锁式方向纵联保护的工作原理、构成、过程分析方法；

3. 理解闭锁式距离纵联保护的组成、原理；

4. 理解影响方向比较式纵联保护工作的因素及克服措施。

第四节  纵联电流差动保护

1. 掌握纵联电流差动保护的工作原理、特性分析、整定计算；

2. 了解两侧电流的同步测量方法；

3. 掌握纵联电流相位差动保护的结构原理、动作特性；

4. 理解影响输电线路纵联差动保护正确动作的因素及解决措施。

第五章  自动重合闸

本章重点：单、双侧电源送电线路三相一次重合闸。

本章难点：重合闸与继电保护的配合。

第一节  概述

了解自动重合闸的作用、分类及对它的基本要求。

第二节  输电线路的三相一次自动重合闸

1. 掌握单侧电源送电线路三相一次重合闸的构成和工作原理；

2. 掌握双测电源线路的检同期三相一次自动重合闸结构和工作原理；

3. 掌握重合闸时限的整定原则；

4. 理解自动重合闸与继电保护的配合的工作原理。

第三节  高压输电线路的单相自动重合闸

了解单相自动重合闸与保护的配合关系、特点、输电线路自适应单相重合闸的概念。

第四节  高压输电线路的综合重合闸简介

了解综合重合闸概念、回路接线的基本原则。

第六章  电力变压器保护

本章重点：变压器纵差动保护的原理、接线、整定计算；变压器相间短路的后备保护的原理。

本章难点：差动继电器的制动特性分析；励磁涌流的鉴别方法。

第一节  电力变压器的故障类型和不正常工作状态

了解电力变压器的故障类型和不正常工作状态及相应的保护。

第二节  变压器纵差动保护

1. 掌握变压器纵差动保护的基本原理和接线方式；

2. 掌握变压器差动保护中的不平衡电流及克服方法；

3. 掌握纵差动保护的整定计算原则和方法；

4. 掌握具有制动特性的差动继电器的制动特性和在内部故障时的动作行为分析。

第三节  变压器的励磁涌流及鉴别方法

1. 掌握单相变压器的励磁涌流产生原因、特点、计算及分析；

2. 理解三相变压器励磁涌流特征；

3. 理解防止励磁涌流引起误动的方法。

第四节  变压器相间短路的后备保护

1. 掌握过电流保护的结构原理、整定计算；

2. 理解低电压启动的过电流保护

3. 理解复合电压启动的过电流保护

4. 了解三绕组变压器相间短路后备保护的特点

第五节  变压器接地短路的后备保护

1. 理解变电所单台变压器的零序电流保护I、II段的结构原理、整定计算；

2. 了解自耦变压器零序电流保护的特点

3. 理解多台变压器并联运行时全绝缘、分级绝缘变压器的接地后备保护的配置、结构、整定计算。

第六节  变压器零序电流差动保护

了解变压器零序电流差动保护的接线特点和整定原则。

第七节  变压器保护配置原则

理解变压器保护配置原则。

第七章  发电机保护

本章重点：发电机纵、横差动保护的结构、原理、动作方程和整定计算。

本章难点：发电机失磁、失步保护的原理。

第一节  发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式

了解发电机的故障类型、不正常运行状态类型及其相应的保护方式。

第二节  发电机定子绕组短路故障的保护

1. 了解发电机定子绕组短路故障的特点；

2. 掌握比率制动式纵差动保护的结构、原理、动作方程和整定计算；

3. 了解标积制动式纵差保护原理；

4. 理解发电机纵差动保护的接线方式；

5. 理解发电机横差动保护的基本原理、整定计算；

6. 了解纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护的基本原理、纵向零序电压的整定计算。

第三节  发电机定子绕组单相接地保护

1. 了解发电机定子绕组单相接地时电气量的特征；

2. 理解利用零序电压构成的定子单相接地保护的基本原理；

3. 理解三次谐波电压构成的定子单相接地保护原理、动作判据；

4. 了解利用零序电压和叠加电源构成100％定子单相接地保护的接线和原理。

第四节  发电机负序电流保护

1. 了解负序电流保护的作用；

2. 了解定时限负序过电流保护的接线、原理、整定计算；

3. 了解反时限负序过电流保护的接线、原理。

第五节  发电机的失磁保护

1. 了解发电机失磁运行及后果；

2. 了解发电机失磁后和其他运行方式下的机端测量阻抗的变化规律；

3. 了解失磁保护转子判据；

4. 了解失磁保护的构成方式。

第六节  发电机的失步保护

了解装设失步保护的必要性和其原理。

第七节  发电机励磁回路接地保护

1. 了解发电机励磁回路一点接地保护的类型、实现方法、工作原理；

2. 了解反应发电机定子电压二次谐波分量的励磁回路两点接地保护。

第八章  母线保护

本章重点：单母线完全电流差动母线保护的接线、原理、整定计算；具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护的接线、原理。

本章难点：具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护的接线、原理。

第一节  母线故障和装设母线保护的基本原则

了解母线故障类型和装设母线保护的基本原则。

第二节  母线差动保护基本原理

1. 掌握单母线完全电流差动母线保护的接线、原理、整定计算；

2. 理解高阻抗母线差动保护的接线、原理；

3. 理解具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护的接线、原理；

4. 了解电流比相式母线保护的基本原理；

5. 了解元件固定联接的双母线电流差动保护的接线、原理；

6. 了解母联电流比相式母线差动保护的基本原理；

7. 了解母线保护常见类型及特点；

8. 了解数字式母线差动保护的基本判据及算法。

第三节  母线保护的特殊问题及其对策

1. 了解电流互感器的饱和问题及母线保护常用的对策；

2. 了解母线运行方式的切换及保护的自适应；

3. 了解3/2断路器接线的母线及其保护问题。

第四节  断路器失灵保护简介

了解断路器失灵保护的装设条件、要求、实现方法、逻辑结构。

第九章  数字式继电保护技术基础

本章重点：简单数字滤波器的性能分析；正弦、非正弦信号的特征量算法；启动判据的算法。

本章难点：简单数字滤波器的性能分析；非正弦信号的特征量算法；

第一节  数字式保护装置硬件原理

了解数字式保护装置硬件结构和原理。

第二节  数字式保护的数据采集与数字滤波

1. 了解数据采集系统的基本原理；

2. 了解数字滤波的基本方法和原理；

3. 理解数字保护中常用的简单数字滤波器的性能分析。

第三节  数字式保护的特征量算法

1. 理解正弦信号的特征量算法；

2. 理解非正弦信号的特征量算法；

3. 了解移相算法及序分量算法；

4. 了解基于输电线路简化物理模型的阻抗算法；

5. 了解故障分量的算法。

第四节  数字式保护的基本动作判据的算法

1. 理解启动判据的算法；

2. 理解相位比较和幅值比较判据的算法；

3. 了解功率方向判据的算法；

4. 了解实现距离元件动作特性的算法；

5. 了解电流差动判据的算法。

第五节  数字式保护装置的软件构成

了解数字式保护装置的软件构成。

（二）实践教学的内容及要求

实验1. 电磁型继电器实验

了解DL型继电器的实际结构、工作原理、基本特性；掌握动作值、返回值及其相关参数的测量计算及整定方法。先由老师全面讲解各种电磁式继电器的结构、原理、接线，员工可在电磁式电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器中任选一到两个继电器做实验。

实验2. 6—10kV线路过电流保护实验

掌握过流保护的电路原理，深入认识继电保护、自动装置的二次原理接线图和展开接线图；了解本实验中继电保护实际设备与原理接线图和展开接线图的对应关系；掌握过流保护的整定调试和动作试验方法。首先老师讲解保护原理、实验接线、实验步骤、注意事项，然后员工分组做实验。

实验3. 低电压起动过电流保护及过负荷保护实验

掌握发电机低电压起动过电流保护和过负荷保护的工作原理、整定值计算方法和调试技术；理解保护的原理图、展开图及其保护装置中各继电器的作用；理解保护的安装接线操作技术及整组实验方法。首先老师讲解保护原理、实验接线、实验步骤、注意事项，然后员工分组做实验。

实验4. 复合电压起动过电流保护实验

掌握复合电压起动过电流保护的工作原理、保护动作值的计算及整定方法；理解保护的原理图、展开图及其保护装置中各继电器的作用；理解保护的整定试验方法和接线技术。首先老师讲解保护原理、实验接线、实验步骤、注意事项，然后员工分组做实验。

实验5. 单侧电源辐射式输电线路三段式电流保护实验

掌握无时限电流速断保护、带时限电流速断保护及过电流保护的电路原理、工作特性及整定原则；理解输电线路阶段式电流保护的原理图、展开图及保护装置中各继电器的功用；掌握阶段式电流保护的电气接线和操作实验技术。首先老师讲解保护原理、实验接线、实验步骤、注意事项，然后员工分组做实验。

实验6. 自动重合闸前或后加速保护实验

理解三相一次重合闸装置的电气结构和工作原理；理解三相一次重合闸装置内部器件的功能和特性，掌握其实验操作及调整方法；理解自动重合闸前或后加速保护的接线原理；理解自动重合闸前或后加速保护的组成形式、技术特性，掌握其实验操作方法。首先老师讲解保护原理、实验接线、实验步骤、注意事项，然后员工分组做实验。

实验7. 过流保护与三相自动重合闸装置综合实验

理解过流保护与三相自动重合闸的电路原理、实际接线、逻辑功能, 掌握其基本特性和实验整定方法。首先老师讲解保护原理、实验接线、实验步骤、注意事项及用到的相关回路，然后员工分组做实验。

实验8. BCH--2差动继电器特性实验

了解差动继电器的工作原理、实际结构、基本特性，掌握执行元件和工作安匝的整定调试方法。首先老师讲解保护原理、实验接线、实验步骤、注意事项，然后员工分组做实验。

实验9. 保护与自动重合闸装置设计型实验

理解保护与重合闸的在电力系统中各自的作用及相互关系，理解系统整体结构；掌握实验接线和实验方法；对实验现象、实验数据进行分析，了解分析思路、方法。由员工自行选择保护与重合闸配合、自行设计线路、自行设计实验步骤，老师进行检查指导。

四、学时分配

五、考核说明

本课程采用闭卷考试进行考核，总成绩 = 平时成绩 ×（20～30%）+ 期末考试成绩 ×（80～70%），其中平时成绩综合听课成绩、作业成绩、实验成绩等评定，有期中考试成绩时，平时成绩还应包括期中考试成绩。

六、主要教材及教学参考书目

（本项编写要求：写明教材及主要教学参考书目的编著者、书名、出版社、出版时间）

（一）主要教材

1. 张保会、尹项根主编《电力系统继电保护》，中国电力出版社，2013年。

2．贺家李、宋从矩主编《电力系统继电保护原理》，中国电力出版社，2013年。

    （二）主要参考书目

1．曾克娥主编《电力系统继电保护原理》，中国电力出版社，2007年。

2．谷水清主编《电力系统继电保护》，中国电力出版社，2010年。

3. 霍利民、葛丽娟、吕佳主编《电力系统继电保护》，中国电力出版社，2013年。

4. 杨奇逊、黄少锋编著《微型机继电保护基础》，中国电力出版社，2013年。