電力系統(tǒng)繼電保護(hù) 學(xué)習(xí)指南

PAGE8“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”學(xué)習(xí)指南一、課程性質(zhì)“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)（簡(jiǎn)稱繼電保護(hù)）”課程是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)的核心專業(yè)課程，具有理論與實(shí)踐并重的特點(diǎn)。主要內(nèi)容包括電力系統(tǒng)中的輸電線路、變壓器、發(fā)電機(jī)、母線等主要設(shè)備的繼電保護(hù)。其主要任務(wù)是當(dāng)系統(tǒng)（或設(shè)備）發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)、迅速、有選擇的將故障元件從系統(tǒng)中切除，使故障設(shè)備免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)發(fā)生不正常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。因此，無論是專職繼電保護(hù)技術(shù)人員，還是電氣運(yùn)行值班人員、設(shè)備安裝檢修人員都應(yīng)具備相應(yīng)的繼電保護(hù)知識(shí)和技能，以保證繼電保護(hù)裝置的正確安裝、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)。學(xué)習(xí)本課程之前應(yīng)具有電工數(shù)學(xué)、電工技術(shù)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、電機(jī)學(xué)、電力工程、電力系統(tǒng)故障分析等課程的相關(guān)知識(shí)與技能。同時(shí)又為電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置、變電站綜合自動(dòng)化、電氣二次接線等專業(yè)課程打下基礎(chǔ)。二、課程學(xué)習(xí)目標(biāo)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程主要介紹電力系統(tǒng)輸電線路、變壓器、發(fā)電機(jī)、母線等設(shè)備的繼電保護(hù)，學(xué)習(xí)這門課程，達(dá)到以下目標(biāo)：（1）具有明確、清晰的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本概念，了解微機(jī)保護(hù)的主要內(nèi)容、主要特征及其發(fā)展趨勢(shì)；（2）熟悉電力系統(tǒng)中各種繼電保護(hù)的作用和工作原理；（3）掌握各種繼電保護(hù)裝置的調(diào)試方法和技能；（4）能進(jìn)行220kV及以下線路、變電站的繼電保護(hù)裝置的配置及其整定計(jì)算；（5）熟悉繼電保護(hù)裝置運(yùn)行操作的相關(guān)規(guī)程、規(guī)范；（6）基本具備“繼電保護(hù)工”所要求的有關(guān)繼電保護(hù)的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能；（7）具備較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新意識(shí)，較高的職業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)。三、課程內(nèi)容電力系統(tǒng)繼電保護(hù)一門專業(yè)性很強(qiáng)的課程，具有理論與實(shí)踐并重的特點(diǎn)。課程內(nèi)容主要包括：繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)、微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)、電網(wǎng)繼電保護(hù)和元件（發(fā)電機(jī)、變壓器、母線）繼電保護(hù)保護(hù)。具體內(nèi)容和崗位技能要求如表1所示。表1電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程內(nèi)容序號(hào)模塊主要內(nèi)容崗位技能需求1繼電保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)繼電保護(hù)的基本概念和要求；常用電磁繼電器的分類、構(gòu)造和動(dòng)作原理；變換元件的原理及接線。明確繼電保護(hù)的基本概念和基本要求；學(xué)會(huì)分析電流、電壓、中間、時(shí)間、信號(hào)等常用繼電器的構(gòu)造和動(dòng)作原理；學(xué)會(huì)變換元件的原理及接線；能進(jìn)行繼電器的調(diào)試。2微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)微機(jī)保護(hù)硬件組成及作用；微機(jī)保護(hù)的軟件構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及開關(guān)量輸出輸入回路原理；微機(jī)保護(hù)算法及提高微機(jī)保護(hù)可靠性的措施。了解微機(jī)保護(hù)硬件和軟件的構(gòu)成及作用；學(xué)會(huì)微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理，特別是在110kV以上普遍采用的VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；熟悉微機(jī)保護(hù)的各種算法和微機(jī)保護(hù)抗干擾的措施；能進(jìn)行微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)調(diào)試。3電網(wǎng)繼電保護(hù)電網(wǎng)相間短路的電流電壓保護(hù)熟悉電網(wǎng)內(nèi)各電壓等級(jí)的繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作原理、結(jié)構(gòu)及其用途；能進(jìn)行電力系統(tǒng)內(nèi)各電壓等級(jí)的繼電保護(hù)裝置的配置；能進(jìn)行110kV及以下線路保護(hù)的整定計(jì)算；能對(duì)電網(wǎng)內(nèi)各種線路繼電保護(hù)裝置進(jìn)行調(diào)試。電網(wǎng)相間短路的方向電流保護(hù)電網(wǎng)接地保護(hù)電網(wǎng)的距離保護(hù)電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)4元件保護(hù)變壓器保護(hù)熟悉電力系統(tǒng)各主要元件的原理、結(jié)構(gòu)及其用途;能進(jìn)行電力系統(tǒng)各主要元件繼電保護(hù)的配置；能讀電力系統(tǒng)各主要元件繼電保護(hù)裝置的原理接線圖并對(duì)主要保護(hù)裝置的調(diào)試；掌握變壓器、發(fā)電機(jī)和母線保護(hù)的整定計(jì)算方法。發(fā)電機(jī)保護(hù)母線保護(hù)四、學(xué)習(xí)方法建議1.理論聯(lián)系實(shí)際電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)理論是人們從長(zhǎng)期的電力系統(tǒng)二次工程實(shí)踐中總結(jié)提煉出來的，與實(shí)際裝置的緊密結(jié)合是其突出的特點(diǎn)。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置是根據(jù)電氣特征量區(qū)分電力系統(tǒng)一次設(shè)備的故障、不正常運(yùn)行和正常運(yùn)行三種運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判斷三種運(yùn)行狀態(tài)并做出正確的動(dòng)作的自動(dòng)裝置，是有形的。但實(shí)現(xiàn)其功能的繼電保護(hù)工作原理是無形的，技術(shù)中反映三態(tài)電氣量是實(shí)實(shí)在在可以測(cè)量或觀察到的。如何把“形”（實(shí)際有形的裝置）和“象”（抽象無形的工作原理或邏輯關(guān)系）聯(lián)系起來，是學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。解決問題的方法：首先要有“形”，通過參觀繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)基地、觀察保護(hù)屏（由具體保護(hù)裝置構(gòu)成）、動(dòng)畫或圖片演示和講解，了解繼電保護(hù)裝置的基本模塊和基本工作原理；通過理論分析和實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握繼電保護(hù)的工作特性，建立形象思維。將實(shí)在的繼電保護(hù)裝置與抽象的原理聯(lián)系起來。2.抓住重點(diǎn)，解決難點(diǎn)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)崗位具有知識(shí)密集、技能水平要求高的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)繼電保護(hù)課程要明確各項(xiàng)目的基本要求，抓住課程重點(diǎn)內(nèi)容，解決課程學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)。本課程的重點(diǎn)及解決辦法如表2所示，課程學(xué)習(xí)難點(diǎn)及解決辦法如表3所示。表2課程重點(diǎn)及解決辦法序號(hào)課程重點(diǎn)解決辦法1電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本概念①在課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)上充分利用常規(guī)的電流、電壓保護(hù)的原理及實(shí)現(xiàn)的方法簡(jiǎn)單、直觀的特點(diǎn)，作為學(xué)習(xí)繼電保護(hù)原理的入門。在初步掌握電流、電壓保護(hù)的基本原理后，再安排學(xué)習(xí)微機(jī)保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容，由易至難，有利于對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握；②充分利用多媒體課件、動(dòng)畫演示、視頻等對(duì)保護(hù)裝置元件進(jìn)行直觀學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)過程形象生動(dòng)，幫組記憶和理解，提高學(xué)習(xí)效果；③適當(dāng)安排課內(nèi)實(shí)踐及討論內(nèi)容；④加強(qiáng)課堂微機(jī)保護(hù)演示；利用微機(jī)保護(hù)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行理論加實(shí)踐的學(xué)習(xí)方法。2線路和元件的微機(jī)保護(hù)原理3電力系統(tǒng)內(nèi)各電壓等級(jí)的繼電保護(hù)裝置的配置①案例法學(xué)習(xí)，通過工程實(shí)例學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)內(nèi)各電壓等級(jí)的繼電保護(hù)裝置的配置，說明各裝置的作用和相互間的配合；②發(fā)電廠、變電站繼電保護(hù)裝置的配置，通過課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)行保護(hù)配置。4線路、變電站主要設(shè)備繼電保護(hù)整定計(jì)算①結(jié)合例題以及課后練習(xí)，掌握線路、變電站主要設(shè)備繼電保護(hù)整定計(jì)算，通過多媒體手段，理解發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置、；理。②通過課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)行具體的線路、變電站主要設(shè)備繼電保護(hù)整定計(jì)算。5繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行操作①學(xué)習(xí)運(yùn)行操作規(guī)程，理解運(yùn)行、操作的程序及其理由，知其然也知其所以然；②通過仿真實(shí)訓(xùn)，在模擬的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中學(xué)習(xí)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行操作，加深對(duì)裝置運(yùn)行、操作相關(guān)知識(shí)的理解。表3課程難點(diǎn)及解決辦法序號(hào)課程難點(diǎn)解決辦法1三段式電流保護(hù)的整定計(jì)算①利用多媒體課件及動(dòng)畫演示結(jié)合短路電流的計(jì)算曲線，形象理解三段式電流保護(hù)各段的保護(hù)范圍及整定原則。②通過案例教學(xué)法結(jié)合工程實(shí)例講解以及課堂練習(xí)，掌握三段式電流保護(hù)的整定計(jì)算的方法。2阻抗繼電器的動(dòng)作特性及動(dòng)作方程①通過多媒體動(dòng)畫軟件，對(duì)比分析全阻抗繼電器、方向阻抗繼電器、偏移特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性及動(dòng)作方程；②通過“理論聯(lián)系實(shí)際學(xué)習(xí)”在微機(jī)保護(hù)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行阻抗繼電器學(xué)習(xí)，再通過微機(jī)型阻抗繼電器的實(shí)驗(yàn)更好掌握這部分內(nèi)容。3變壓器比率差動(dòng)保護(hù)原理①通過多媒體課件學(xué)習(xí)比率差動(dòng)保護(hù)平衡系數(shù)的調(diào)整方法；②利用微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的課堂演示或通過“理實(shí)一體”在微機(jī)實(shí)訓(xùn)室學(xué)習(xí)理論的同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更好地好掌握變壓器的比率差動(dòng)保護(hù)的原理。4變壓器保護(hù)縱差保護(hù)的整定計(jì)算①通過繼電保護(hù)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)變壓器保護(hù)的配置與整定計(jì)算的內(nèi)容。②結(jié)合工程案例學(xué)習(xí)。5發(fā)電機(jī)保護(hù)整定計(jì)算①通過多媒體手段，理解發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置、原理。②結(jié)合例題講解以及課后練習(xí)，掌握發(fā)電機(jī)保護(hù)整定計(jì)算的方法。6變電站、發(fā)電廠繼電保護(hù)裝置的配置①通過工程實(shí)例講解變電站、發(fā)電廠繼電保護(hù)裝置的配置，說明各裝置的作用和相互間的配合；②通過課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)行發(fā)電廠、變電站繼電保護(hù)裝置的配置。設(shè)計(jì)題目來自工程實(shí)際，學(xué)生設(shè)計(jì)完成后，可到現(xiàn)場(chǎng)參觀，對(duì)比發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)中的問題，以增加解決實(shí)際問題的能力。3.善于總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程的學(xué)習(xí)過程中力求做到由淺入深、從具體到一般，善于總結(jié)各種類型保護(hù)的共同點(diǎn)與區(qū)別，特別是原理與裝置的內(nèi)在聯(lián)系。無論是線路保護(hù)還是元件保護(hù)，無論是常規(guī)保護(hù)還是微機(jī)保護(hù)，每個(gè)保護(hù)模塊學(xué)習(xí)都是先了解電氣設(shè)備故障、不正常運(yùn)行和正常運(yùn)行三種運(yùn)行狀態(tài)的區(qū)別，再根據(jù)故障時(shí)的電氣特征量確定保護(hù)原理，不同原理的保護(hù)設(shè)置不同保護(hù)裝置。每種保護(hù)都要學(xué)習(xí)其基本原理、保護(hù)裝置構(gòu)成，并分析保護(hù)動(dòng)作行為。整個(gè)課程的學(xué)習(xí)都貫穿繼電保護(hù)的“選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性”四個(gè)基本要求。初學(xué)者一般都會(huì)感到繼電保護(hù)概念多、理論性強(qiáng)、內(nèi)容多、向量關(guān)系復(fù)雜，保護(hù)裝置類型各異。因此，建議在學(xué)習(xí)中注意以下幾點(diǎn)：（1）區(qū)別電氣設(shè)備故障、不正常運(yùn)行和正常運(yùn)行三種運(yùn)行狀態(tài)，切忌采用死記硬背或短時(shí)突擊的學(xué)習(xí)方法。應(yīng)勤思多問，通過分析和解決問題，在理解的基礎(chǔ)上來掌握繼電保護(hù)原理。實(shí)例1：輸電線路距離保護(hù)中振蕩閉鎖的原理分析。第1步：振蕩閉鎖需要區(qū)分振蕩與短路，振蕩與短路的電氣量主要區(qū)別如下：①振蕩時(shí)，電壓、電流及測(cè)量阻抗幅值均作周期性的變化，變化緩慢；而短路時(shí)電流突然增大，電壓突然減小，變化速度快。②振蕩時(shí)，三相完全對(duì)稱，無負(fù)序或零序分量；短路時(shí)，總要長(zhǎng)期（不對(duì)稱短路）或瞬間（對(duì)稱短路）出現(xiàn)負(fù)序電流（接地故障時(shí)還有零序電流）。第2步：振蕩閉鎖的構(gòu)成原理：利用振蕩與短路電氣量的區(qū)別以及振蕩的特點(diǎn)可以構(gòu)成如下原理的振蕩閉鎖。①振蕩閉鎖的起動(dòng)元件：起動(dòng)元件的作用是在振蕩時(shí)閉鎖保護(hù)，在故障時(shí)開放保護(hù)。根據(jù)振蕩與短路電氣量的區(qū)別，起動(dòng)元件一般采用負(fù)序電流加零序電流（即）起動(dòng)；也可以采用突變量元件起動(dòng)，如負(fù)序零序增量，或相電流差突變量。②振蕩中對(duì)稱短路開放保護(hù)的判據(jù)對(duì)稱短路時(shí)沒有負(fù)序及零序分量，開放保護(hù)方法有兩種，一種是利用振蕩中心電壓的變化，一種是利用阻抗的變化率。（2）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)在分析具體工程問題時(shí)，一般是從有關(guān)電氣量出發(fā)，首先對(duì)保護(hù)動(dòng)作行為做定性分析，然后采用繼電保護(hù)的基本分析方法和手段，對(duì)元件電氣參數(shù)進(jìn)行定量計(jì)算和向量分析。通過此過程，應(yīng)掌握繼電保護(hù)工程實(shí)際分析方法的特點(diǎn)并能夠靈活運(yùn)用，同時(shí)培養(yǎng)和提高分析解決問題的能力。（3）雖然繼電保護(hù)保護(hù)類型多種多樣，裝置結(jié)構(gòu)和特性各異，但其工作原理和分析方法都有相同或相似之處。因此，通過某個(gè)具體設(shè)備保護(hù)的學(xué)習(xí)，掌握其個(gè)性和特點(diǎn)，學(xué)會(huì)分析具體問題的同時(shí)，還應(yīng)通過比較和分析，總結(jié)和掌握各種類型保護(hù)的共性，努力做到使所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通。在此基礎(chǔ)上，可迸一步開拓思路，去探索問題，提出新設(shè)想、新方法，激發(fā)創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。4.結(jié)合實(shí)際案例，加深知識(shí)理解由于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，繼電保護(hù)的新原理、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，在學(xué)習(xí)本門課程相關(guān)知識(shí)時(shí)要密切聯(lián)系電力生產(chǎn)的實(shí)際及一些相關(guān)的案例，能了解該領(lǐng)域的技術(shù)現(xiàn)狀。通過結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的一些典型事故的分析可以培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的能力。在講述變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)，配合以下案例進(jìn)行分析，便于學(xué)生更好的理解所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)增加現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。實(shí)例2：某變電站裝有兩臺(tái)容量為150MVA的三繞組自耦變壓器。變壓器高壓側(cè)接330kV母線，中壓側(cè)接110kV母線，110kV母線系雙母線加旁路。2號(hào)主變壓器配置的保護(hù)為全套500型微機(jī)保護(hù)。其差動(dòng)保護(hù)采用具有比例制動(dòng)特性的分相差動(dòng)保護(hù)，其初始動(dòng)作電流為0.4倍變壓器額定電流。事故發(fā)生前，2號(hào)主變壓器110kV側(cè)通過旁路斷路器（即1110斷路器）送出負(fù)荷。①事故經(jīng)過1999年1月16日12點(diǎn)08分，運(yùn)行人員進(jìn)行操作，合上1102斷路器（2號(hào)變壓器110kV側(cè)斷路器），退出1110斷路器，切換110kV側(cè)差動(dòng)TA時(shí)，差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。切除了2號(hào)主變壓器。②差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析在110kV側(cè)合上1102斷路器之后，110kV側(cè)兩組差動(dòng)TA二次均流過有大小相等、方向相同的電流。在切換TA的過程中，110kV側(cè)差動(dòng)回路多了1個(gè)電流，即產(chǎn)生了差流。當(dāng)差流大于定值時(shí)，差動(dòng)保護(hù)便動(dòng)作。打印報(bào)告證明，差動(dòng)保護(hù)的初始動(dòng)作電流定值為0.14A（二次值），故動(dòng)作時(shí)的實(shí)際差流剛好達(dá)到0.14A之值。由于操作過程中沒有退出差動(dòng)保護(hù)出口連接片。故差動(dòng)保護(hù)出口切除變壓器。③經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)運(yùn)行人員在進(jìn)行操作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程規(guī)定。對(duì)于上述項(xiàng)目的操作，應(yīng)首先退出差動(dòng)保護(hù)的出口連接片。5.重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高動(dòng)手能力電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與工程實(shí)際結(jié)合密切，因此實(shí)踐環(huán)節(jié)（包括實(shí)驗(yàn)和繼電保護(hù)調(diào)試實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目）是繼電保護(hù)學(xué)習(xí)中的重要環(huán)節(jié)。例如在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生能根據(jù)繼電保護(hù)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)設(shè)備擬定實(shí)驗(yàn)方案，