《電力系統(tǒng)與繼電保護》課程教學大綱

《電力系統(tǒng)與繼電保護》課程教學大綱

課程名稱：電力系統(tǒng)與繼電保護課程代碼：ELEA1041

英文名稱：PowerSystemRelayProtection

課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程學分/學時：2學分/36學時(30+6)

開課學期：第7學期

適用專業(yè)：電氣工程及其自動化

先修課程：電機原理與電機拖動、電力電子技術、電力系統(tǒng)基礎

后續(xù)課程：無

一、課程性質(zhì)和教學目標(在人才培養(yǎng)中的地位與性質(zhì)及主要內(nèi)容，指明學生需掌握知識與

能力及其應達到的水平)

課程性質(zhì)：電力系統(tǒng)與繼電保護是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。本課程針

對電氣工程及其自動化專業(yè)的特點，以電力系統(tǒng)繼電保護原理等基礎知識為主，同時結(jié)合電

路原理、電力系統(tǒng)基礎，并且以理論知識、計算分析為導向，培養(yǎng)學生掌握電力系統(tǒng)繼電保

護的基本原理，整定計算及運行分析的能力。

教學目標：電力系統(tǒng)與繼電保護是一門全面介紹繼電保護基本原理、常用技術、分析方法的

課程。本課程的主要內(nèi)容包括：繼電保護的基本原理及組成、電網(wǎng)的電流保護、電網(wǎng)距離保

護、輸電線路縱聯(lián)保護、自動重合閘、電力變壓器保護、發(fā)電機保護、母線保護。通過相關

功能模塊的理論講授和實驗訓練，使學生掌握電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)、變壓器、發(fā)電機、母線等

原件的保護方式。通過對各種保護的整定計算，培養(yǎng)學生具備保護整定計算和保護運行分析

的能力。通過電力系統(tǒng)中電流保護和距離保護的實驗，培養(yǎng)學生對電力系統(tǒng)保護運行分析和

解決實際問題的能力。

本課程的具體教學目標如下：

掌握電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求，電網(wǎng)的電流保護、電網(wǎng)距離保護、輸電線路縱聯(lián)保護、

自動重合閘、電力變壓器保護、發(fā)電機保護、母線保護基本原理。培養(yǎng)學生對電力系統(tǒng)不同

電壓等級、不同的原件保護方式的選擇和設置的能力。

掌握電網(wǎng)電流保護、距離保護電力變壓器保護及接地保護整定計算的方法，培養(yǎng)學生針對具

體輸電線路采用的繼電保護保護的計算及整定的能力。

掌握輸電線路及電力網(wǎng)主要元件的相間短路保護及接地保護的配置，培養(yǎng)學生對電力系統(tǒng)各

元件采用各種主保護及后備保護的配置及多保護方式卜.發(fā)生故障的運行分析能力。

教學目標與畢業(yè)要求的對應關系:

畢業(yè)要求指標點課程目標對應關系說明

掌握電力系統(tǒng)三段式電流保護、距

2-1能運用數(shù)理和工程知

離保護、電力變壓器及接地保護的

畢業(yè)要求2：識進行專業(yè)領域復雜工程

教學目標2整定計算方法，具備對具體輸電線

問題分析問題中的內(nèi)涵識別與理解

路采用的繼電保護保護的計算及

分析

整定的能力。

理解掌握輸電線路及電力網(wǎng)主要

元件的相間短路保護及接地保護

教學目標3的配置，具備配置、設計各種主保

護及后備保護，和多保護方式下發(fā)

生故障的運行分析能力。

3-1能夠理解專業(yè)知識與

畢業(yè)要求3：相關技能，具備解決復雜掌握繼電保護的基本要求，電力系

設計/開發(fā)解工程問題的設計能力，并教學目標1統(tǒng)中的電網(wǎng)、變壓器、發(fā)電機、母

決方案具有能夠初步分析、設計、線等原件的保護原理。

運行與技術維護能力

二、課程教學內(nèi)容及學時分配（含課程教學、自學、作業(yè)、討論等內(nèi)容和要求，指明重點內(nèi)

容和難點內(nèi)容）（重點內(nèi)容：★;難點內(nèi)容：A）

緒論（2學時）（支撐教學目標1）

1.1電力系統(tǒng)故障及不正常工作狀態(tài)

1.2繼電保護基本原理

13對繼電保護的基本要求

1.4繼電保護的發(fā)展狀況

1.5本課程的教學內(nèi)容、課程特點和學習要求

目標及要求：

了解電力系統(tǒng)繼電保護的作用、技術發(fā)展狀況；

了解電力系統(tǒng)故障及不正常工作狀態(tài)，理解電力系統(tǒng)繼電保護的基本原理及組成★;

掌握電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求，重點是選擇性的意義★;

了解課程的主要教學內(nèi)容、學習方法和主要參考資料。

討論內(nèi)容：

簡要介紹繼電保護四個特性重要性，討論不同場合下優(yōu)冗滿足的特性，突出選擇性和速動性

在不同保護狀態(tài)要求下的滿足度。

作業(yè)內(nèi)容：

繼電保護裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預定的保護功能，各環(huán)節(jié)的作用。

自學拓展：

通過網(wǎng)絡查詢目前電力系統(tǒng)和其他行業(yè)如軌道交通的繼電保護有何不同。

電網(wǎng)的電流保護（6學時；（支撐教學目標1、2）

2.1單側(cè)電源網(wǎng)絡相間短路的電流保護

2.2雙側(cè)電源網(wǎng)絡相間短路的方向性電流保護

2.3中性點直接接地系統(tǒng)中接地短路的零序電流及方向保護

2.4中性點非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護

目標及要求：

了解繼電保護裝置的動作和返回、過電流繼電器和功率方向繼電器的原理，理解動作值、返

回值、返回系數(shù)、系統(tǒng)運行方式、短路電流曲線、三段式電流保護原理接線、電流保井接線

方式；

掌握三段式電流保護原理、動作電流整定、靈敏度校驗、動作時間整定掌握方向性電

流保護原理接線及整定計算、功率方向元件的工作原理與接線方式；

掌握中性點直接接地系統(tǒng)中零序電流保護及方向保護的原理、接線與整定計算*;

掌握中性點非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障分析及特點*,了解中性點非直接接地系統(tǒng)中單

相接地故障的零序電流、電壓及方向保護的原理、接線與整定計算。

討論內(nèi)容：

結(jié)合最大最小運行方式下三段式電流保護范圍變化，討論輸電線路采用三段式電流保護的優(yōu)

缺點。

作業(yè)內(nèi)容：

輸電線路三段式電流保護的整定計算。

自學拓展：

通過網(wǎng)絡搜索了解功率方向繼電器，零序電流濾過器的實物特性。

電網(wǎng)距離保護（4學時）（支撐教學目標1、2、3）

3.1距離保護的基本原理與構(gòu)成

3.2阻抗繼電器及其動作特性

3.3阻抗繼電器的實現(xiàn)方法

3.4距離保護的整定計算與對距離保護的評價

3.5距離保護的振蕩閉鎖

3.6故障類型判別和故障選相

3.7距離保護特殊問題的分析

3.8工頻故障分量距離保護

目標及要求：

了解電網(wǎng)距離保護的原理及構(gòu)成；

了解圓特性阻抗繼電器原理，理解偏移圓、方向圓、全阻抗圓特性阻抗繼電器的動作方程、

動作特性及特性分析，理解阻抗繼電器的接線方式；

掌握三段距離保護的整定計算了解線路保護的配置及對距離保護的評價：

掌握系統(tǒng)振蕩、過渡電阻、串聯(lián)電容補償?shù)扔绊懢嚯x保護正確工作的因素分析及防止方法

了解工頻故障分量距離保護原理。

討論內(nèi)容：

采用匯編、C語言、調(diào)用內(nèi)建函數(shù)和混合編程等方法，編寫實現(xiàn)向量表數(shù)據(jù)乘加的源程序,

討論不同方法的執(zhí)行效率，

作業(yè)內(nèi)容：

三段式距離保護整定計算。

自學拓展：

學習《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》中規(guī)定必須裝設距離保護的情況。

輸電線路縱聯(lián)保護（3學時）（支撐教學目標1、3）

4.1輸電線路縱聯(lián)保護概述

4.2輸電線路縱聯(lián)保護兩側(cè)信息的交換

4.3方向比較式縱聯(lián)保護

4.4縱聯(lián)電流差動保護

目標及要求：

了解輸電線路縱聯(lián)保護的基本原理，輸電線路縱聯(lián)保護常用的通信方式；

理解高頻保護的基本概念與構(gòu)成原理，掌握高頻閉鎖方向保護、高頻閉鎖距離保護及相差高

頻保護的基本原理以及相差高頻保護的相位特性和閉鎖角整定

討論內(nèi)容：

閉鎖式距離縱聯(lián)保護保護配合。

作業(yè)內(nèi)容：

閉鎖式縱聯(lián)保護為何需要竊低定值兩個啟動元件。

7.5發(fā)電機的失磁保護

7.6發(fā)電機的失步保護

7.7發(fā)電機勵磁回路接地保護

目標及要求：

了解發(fā)電機的故障類型、不正常工作狀態(tài)及其保護方式：

掌握發(fā)電機定子繞組短路放障的縱差動及橫差動保護工作原理

理解利用零序電壓構(gòu)成的發(fā)電機定子繞組單相接地保護原理，利用三次

諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機定子繞組單相接地保護原理★:

了解發(fā)電機負序過電流保護的作用，理解定時限和反時限零序過電流保

護的工作原理；

掌握發(fā)電機失磁過程及其分析，理解失磁保護判據(jù)的意義及失磁保護原

理，了解失步保護原理，了解勵磁回路接地保護原理。

討論內(nèi)容：

發(fā)電機完全差動保護和不完全差動保護的保護特點及不足。

作業(yè)內(nèi)容：

大容量發(fā)電機為何要采用100%定子接地保護。

自學拓展：

發(fā)電機勵磁回路一點接地保護和反應發(fā)電機定子電壓二次諧波分量的勵磁I可路兩點接地保

護。

母線保護（2學時）（支撐教學目標1、3）

8.1母線故障和裝設母線保護基本原則

8.2母線差動保護基本原理

8.3母線保護的特殊問題及其對策

8.4斷路器失靈保護簡介

目標及要求：

了解母線保護配置基本原則；

掌握單母線完全電流差動保爐*、高阻抗母線差動保護，具有比率制動

特性的中阻抗母線差動保護，電流比相式母線保護★，原件固定連接的

雙母線電流差動保護，母聯(lián)電流比相式母線差動保護的工作原理；

了解裝設斷路器失靈保護的條件及要求。

討論內(nèi)容：

電流互感器的飽和問題及母線保護常用的對策。

作業(yè)內(nèi)容：

判別母線故障的基本方法，

自學拓展：

母線運行方式的切換及保護的自適應。

實驗一：輸電線路電流保護實驗（2學時）（支撐教學目標2、3）

目標及要求：

熟悉幾種常用繼電器，如也流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器

等的構(gòu)成原理，及調(diào)整動作值、返回值和計算返回系數(shù)：

學習電力系統(tǒng)三段式電流保護中電流、電壓、時間整定值的調(diào)整方法★;

研究電力系統(tǒng)中運行方式變化對保護靈敏度的影響，分析三段式電流保護動作配合的正確性

自學拓展：

學習電力系統(tǒng)中微機型電流保護時間、電流、整定值的調(diào)整方法。

實驗二：輸電線路距離?保護實驗（2學時）（支撐教學目標2、3）

目標及要求：

熟悉阻抗繼電器原理、特性及調(diào)整整定值方法；

掌握阻抗繼電器在線路距離保護中的應用和實現(xiàn)方法以及與重合閘繼

電器的配合方式*；

了解不同的運行方式對距啕保護的影響：

了解同一變電站阻抗保護各段之間配合的動作過程。

自學拓展：

電力系統(tǒng)含有串聯(lián)補償下阻抗特定的調(diào)整。

實驗三：變壓器差動保護實驗（2學時）（支撐教學目標2、3）

目標及要求：

1）掌握變壓器縱差保護的組成原理及整定值的調(diào)整方法★;

2）了解Y/A接線的變壓器，其電流互感器二次接線方式對減少不平衡

的影響；

了解差動保護制動特性的特點，觀察差動保護制動特性上A點或B點

大小的變化對保護靈敏度和保護避不平衡電流能力的影響

自學拓展；

三繞組變壓器與兩繞組變壓器保護的配置及接線，整定的不同方法。

三、教學方法

在教學方式上，根據(jù)具體教學內(nèi)容，綜合運用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習、發(fā)現(xiàn)

學習法和自學指導法，通過引入問題和啟發(fā)式教學，使學生更加明確教學內(nèi)容的知識體系，

引導學生主動學習，激發(fā)內(nèi)在學習動機,提高課堂的積極性。在目前的實驗教學條件基砒上，

及時采用實驗練習法，強化所學知識的理解和運用，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

結(jié)合具體教學內(nèi)容，本課程所采用的教學方法說明如下：

利用圖片演示的方法，直觀向?qū)W生呈現(xiàn)電力系統(tǒng)常見故障及產(chǎn)生的后果，展示繼電保護構(gòu)成

的基本元件，利用電路故障推演的方法，演示繼電保護的選擇性在電氣元件前后保護配合的

重要性。

電網(wǎng)的電流保護、電網(wǎng)的距離保護、電力變壓器的保護。教學內(nèi)容涉及保護的整定計算，教

學時比較容易設計明確的功能目標。在教學中采用講授法、演示法和案例法、實驗練習法相

結(jié)合。在講授各模塊的基本工作原理的基礎上，通過課堂講授案例的計算和課外練習，并予

以適當指導，及時強化教學內(nèi)容。設計實驗內(nèi)容時，主扒三個保護的核心內(nèi)容，在原理清晰

的基礎上，針對需要整定計算和現(xiàn)實中最常見的保護方式進行試驗練習，使學生對保井的整

定，計算，調(diào)整，配合有更深刻的理解。

輸電線路保護、發(fā)電機保護和斷路器失靈保護。教學內(nèi)容建立在對瞬時電流速斷保護，限時

電流速斷保護，過電流保距離保護，差動保護等原理的基礎上，結(jié)合保護對象，采用講

授法，演示法，對于工程中的實際的問題，采用討論法，探討解決保護