电力系统继电保护
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spContent=向广大电力用户提供优质而连续的能源供给服务,是电力系统的首要任务。而当故障或异常发生时,借助于继电保护,可将故障的影响最小化,尽可能地缩短停电时间,保障电力系统的安全稳定运行。那么什么叫“继电保护”?她的灵魂又是什么?她又蕴含了什么样的哲学思想呢?
—— 课程团队
课程概述

     本课程为电气工程及其自动化专业的核心课程之一。其主要内容是介绍电力系统继电保护的基本原理与实现、电网继电保护配置与整定以及继电保护基本试验方法,变压器、发电机、母线等元件保护基本原理与配置、整定方法。

     本课程内容偏重继电保护原理,偏向工程应用的微机保护、具体装置应用以及相应的二次接线等内容安排在课外自学。

     



授课目标
1、掌握继电保护继电器的构成原理、实现方法、动作特性、指标参数分析及评价。 2、熟悉不同电压等级的线路保护的工作原理、实现方法,并掌握其整定计算及评价。 3、熟悉变压器、发电机、母线等元件保护的工作原理及其特点分析。 4、了解继电保护中新技术及其特点分析。
课程大纲

一、课程目标

本课程为电气工程及其自动化专业的核心课程之一。本课程目标的具体指标点如下:

1、了解电力系统继电保护的历史传承与最新发展。

2、理解继电保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性等保护四性之间对立统一关系。

3、理解对于被保护对象的故障电气量特征与继电保护原理间的联系。

4、理解配电网、输电网的相应继电保护基本原理。

5、掌握配电网、输电网的继电保护的配置与整定方法。

6、具备对于配电网、输电网的继电保护装置进行简单测试实验的能力。

7、了解数字式线路保护装置的技术说明及安装调试方法。

8、具备对于保护对象的重要性、运行机理及保护特性的简要分析能力。

9、理解电力系统自动重合闸装置的基本原理。

10、理解变压器、发电机、母线等元件的相应继电保护基本原理。

11、掌握变压器、发电机、母线等元件的继电保护的配置与整定方法。

12、了解数字式元件保护装置的技术说明及安装调试方法。

 

二、教学内容

1、绪论及基础知识 (支撑课程目标123

   教学要求:了解本课程的主要内容及学习方法。理解并掌握电力系统继电保护的定义及任务,掌握继电保护的构成形式及基本工作原理,理解保护区域的概念。理解对于继电保护的要求即继电保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性等保护四性。了解电力系统继电保护的历史传承与最新发展。理解电流互感器、电压互感器传变特性与继电保护的关系,重点掌握电流互感器、电压互感器的接线方式。

   教学内容:

®1)继电保护的作用及任务。

2)继电保护构成及工作原理概述

®3)继电保护基本要求(保护四性)。

¯4)保护对象与保护区域。

¯5)如何学好继电保护?

6)继电保护发展历程简介。

²7)电流互感器参数与误差简介。

8)电压互感器参数与接线简介。

9)继电器与变换器简介。

2、反应相间短路的电流电压保护(支撑课程目标234567

   教学要求:掌握馈线及输电线路在不同运行方式、不同相间故障条件下保护安装处电压量、电流量的变化特点,掌握阶段式电流保护的设计思路、动作值整定与校验方法,理解近后备远后备的概念,理解方向电流保护的工作原理,掌握功率方法继电器的工作原理,掌握功率方向继电器90度接线原理。了解电流保护及方向电流保护的接线方式,了解反时限电流保护基本原理。具备对于馈线过电流继电器的简单测试实验的能力。

   教学内容:

1)单侧电源配电线路相间短路电流量的变化特征及电流保护设计思路。

2)最大运方与最小运方。

®3)电流元件的动作电流、返回电流及返回系数定义。

²4I段的动作值整定。

5I段的最小保护范围。

6)相间过电流II段设计思路。

²7II段的动作值整定。

8II段的灵敏度校验。

9)相间过电流III段设计思路。

²10III段的动作值整定。

11III段的灵敏度校验。

®12)阶段式电流保护。

13)对于阶段式电流保护的评价。

14)反时限电流保护。

®15)电流保护的接线方式与接线系数。

®16)对于阶段式电流保护的评价。

15)复杂配网的短路功率方向。

®16)如何判别功率方向。

1590度接线。

¯16)按相起动。

3、反应接地短路的电流电压保护(支撑课程目标34578

   教学要求:掌握输电线路在不同运行方式、不同相间故障条件下保护安装处零序电压及电流量的变化特点,掌握输电线路阶段式零序电流保护的设计思路、动作值整定与校验方法,了解中性点非直接接地系统发生接地故障时零序电气量特点及小电流选线装置的基本工作原理。

   教学内容:

1)零序分量的获取与特点。

²2)接地时零序电压与电流变化及其与继电保护的关系。

3)零序I段的设计思路。

¯4)灵敏I段与不灵敏I段。

®5)零序I段的整定与校验。

6)零序II段的设计思路。

7)零序II段的整定与校验。

8)零序的最末段的设计思路。

²9)最末段的的整定与校验。

¯10)零序方向元件。

11)零序电流保护框图与评价。

12)小电流接地系统单相接地电气量特征。

13)基于零序电气量的小电流接地选线装置简介。

4、输电线路的距离保护(支撑课程目标345678

   教学要求:掌握输电线路保护安装处阻抗的变化特点,理解距离保护起动部分的重要性,掌握输电线路阶段式距离保护的主要构成及工作原理。理解阻抗元件的动作特性,掌握三段式距离保护的整定与校验方法。了解工频变化量等新型继电保护判据,理解影响阻抗元件正确动作的各种因素,了解实用数字式距离保护装置硬件基本构成及起动元件、测量元件、执行元件的工作原理。具备对于阻抗继电器的简单测试实验的能力。

   教学内容:

®1)距离与阻抗。

®2)阻抗元件的基本测量原理。

¯3)圆特性方法阻抗继电器的动作特性简介

4)四边形阻抗简介。

5)阻抗继电器的精工电流。

®6)相间距离保护的接线方式。

®7)接地距离保护的接线方式。

8)方向阻抗继电器的死区问题。

²9)阶段式距离保护的整定方法。

10)分支系数在距离整定中的应用。

²11)阶段式距离保护的整定案例。

12)过渡电阻与对策。

13)振荡影响与振荡闭锁。

14)电压回路断线影响与对策。

®15)距离保护的评价。

5、输电线路的纵联保护(支撑课程目标34578

      教学要求:了解被超高压输电线路快速切除故障的重要性,掌握输电线路两侧电流量及功率方向在故障条件下的变化特点,理解纵联保护起动的原理,理解输电线路纵联保护通道的主要构成及工作原理。掌握电流差动式、功率方向比较式纵联保护的动作特性。了解分布式电容等影响纵联保护正确动作的各种因素,了解实用数字式纵联保护装置硬件基本构成及起动元件、故障判别元件、执行元件的工作原理。

      教学内容:

®1)全线速动的重要性。

®2)双侧测量的原理。

®3)纵联保护的分类。

¯4)纵联保护的通道。

5)分相电流差动纵联保护简介。

6)功率比较式纵联差动保护简介。

6自动重合闸(支撑课程目标389

   教学要求:掌握输电线路对于供电可靠性的要求。理解自动重合闸的分类及动作行为。掌握对于自动重合闸的基本要求及闭锁条件。理解三相一次重合闸的动作原理,掌握检无压、检同期的基本动作逻辑,了解三相一次重合闸的整定原则。了解单相重合闸的选相原理,掌握单相重合闸的基本动作逻辑。了解非全相运行对于单相重合闸的影响,了解数字式重合闸装置的的工作原理。

   教学内容:

®1)自动重合与供电可靠性。

®2)对重合闸的要求。

®3)重合闸的分类。

®4)三相一次重合闸动作逻辑。

5)双侧电源重合闸设计。

6)检无压与检同期。

7)单相重合闸动作逻辑简介。

²10)前加速与后加速。

7、电力变压器保护(支撑课程目标38101112

      教学要求:了解电力主变压器的重要性,掌握变压器的故障及异常特征,掌握变压器纵联差动保护的基本原理,理解励磁涌流对于继电保护的影响与对策,掌握纵差动保护的相位补偿与数值补偿原理,理解比率制动特性。掌握变压器相间短路后备保护与接地短路后备保护的基本原理及整定方法。了解过励磁保护、瓦斯保护的基本工作原理。了解数字式变压器保护装置的的工作原理。

      教学内容:

®1)变压器的故障与保护配置。

2)瓦斯保护。

®3)变压器纵差动保护概述。

4)励磁涌流的特点及对策。

5)纵差动保护不平衡电流形成原因与减小其影响的措施

²6)相位补偿与数值补偿。

²7)比率制动特性与差动速断保护。

®8)变压器相间短路的后备保护。

²9)变压器接地短路的后备保护。

10)数字式变压器保护装置简介。

8、同步发电机保护(支撑课程目标38101112

      教学要求:了解同步发电机的重要性,掌握变压器的故障及异常特征,掌握发电机纵联差动保护的基本原理,理解发电机定子接地保护基本原理原理、匝间短路保护、励磁绕组接地、失磁保护基本工作原理。掌握发电机相间短路后备保护特别是反时限过负荷保护的基本原理及整定方法。了解数字式发电机保护硬件构成及其工作原理。具备典型发电机比率制动式纵差动保护及相间后备保护简单整定计算能力。

      教学内容:

®1)发电机的重要性及其故障、异常特征。

®2)发电机保护保护配置。

3)发电机的纵差保护原理。

4)定子绕组匝间保护。

¯5)定子绕组接地保护。

6)过电流与过负荷保护。

®7)励磁回路接地保护。

8)发电机失磁保护。

9)数字式发电机保护简介。

9、母线保护和断路器失灵保护(支撑课程目标38101112

教学要求:了解母线的重要性,掌握母线的故障电气量特征,掌握母线纵联差动保护的基本原理,掌握断路器失灵保护基本原理原理。了解数字式母线保护硬件构成及其工作原理。

教学内容:

1)母线的故障范围

®2)母线保护原理及配置

3)母线保护整定

¯4)双母线保护的特点与配置

®5)断路器失灵保护

 

三、各教学环节学时分配表

教学单元名称

讲课

实验

上机

研讨

绪论及基础知识

4

 

 

 

 

 

 

反映相间短路的电流电压保护

8

2

 

2

 

 

 

反映接地短路的电流电压保护

4

 

 

2

 

 

 

输电线路的距离保护

8

4

 

2

 

 

 

输电线路的纵联保护

3

2

 

1

 

 

 

自动重合闸

3

 

 

1

 

 

 

电力变压器的保护

7

 

 

1

 

 

 

同步发电机保护

6

 

 

1

 

 

 

母线保护和断路器失灵保护

2

 

 

 

 

 

 

总复习

 

 

 

1

 

 

 

       

45

8

 

11

 

 

 

四、教学组织与方法

本课程所采用的教学方法主要有两种,一种是课堂授课教学方法,该方法应以板书授课为主体,辅助以多媒体教学。另一种是采用在线开放课程教学方法。在线教学内容包含视频、教学资料(PPT课件、参考资料等)、随堂测验、课堂讨论、单元测验及单元作业等。教学团队本大纲所列教学单元依次按发布课程教学内容,在网上实施教学工作,教学团队应在规定的教学时间内进行在线的课程讨论、检查学生作业、进行提问、测验与单元考试,同时,本大纲所列教学环节的研讨部分均在线下进行,期末考试采用线下方式,本课程的实验均在线下进行。

无论采用何种教学方法,都应以学生为主体,重视案例教学,在教学中增加互动环节,习题设计多样化。避免非重点内容理论研究、避免复杂的推导与计算。多讲最基本原理及用法、多讲实用时所遇到的问题。依托现代化的继电保护实践教学环境,结合课程实验、课程设计、专业实习等内容,不断重复强化继电保护专业知识,在理论教学与实践过程中进行工程应用能力的强化及提升。

五、课程考核与成绩评定

成绩组成

考核/评价环节

分值(或百分比)

考核/评价细则

教学目标

 

学习过程

20

由授课教师按学生的考勤、作业、提问、单元测验等进行综合评价。

 

课内实验

10

由授课教师按学生的实验效果进行综合评价。

 

期中考试

20

线下,由授课教师按标准答案进行评价。

 

期末考试

50

线下,由授课教师按标准答案进行评价。

 

 

 

 

 

 

六、推荐教材和教学参考书目与文献

推荐教材:《电力系统继电保护(第二版)》,韩  笑 主编,机械工业出版社,2015年。


 


预备知识

本课程的先修课程为电路学、电机学、电力系统。


证书要求

暂无




参考资料

1          许正亚.电力系统故障分析. 北京:水利电力出版社,1993.6

2          刘万顺.电力系统故障分析(第二版) 北京:中国电力出版社,1998.11

3        许正亚.输电线路新型距离保护.北京:中国水利水电出版社,2002.4

4        许正亚.变压器及中低压网络数字式保护.北京:中国水利水电出版社,2004.4

5        许建安. 继电保护整定计算 . 北京:中国水利水电出版社 2001.1

6        王维俭.发电机变压器继电保护应用.北京:中国电力出版社,1998.3

7        吴必信.电力系统继电保护.北京:中国电力出版社,2000.10

8        王维俭. 电气主设备继电保护原理与应用. 北京:中国电力出版社,1996.1

9        崔家佩、孟庆炎、陈永芳、熊炳耀. 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算. 北京:水利电力出版社 1995.9

10     贺家李.宋从矩.电力系统继电保护原理(第三版). 北京:水利电力出版社,1994.10

11     李斌.电力系统继电保护.北京:高等教育出版社,2006.10

12     宋继成. 220~500kV变电所二次接线设计 . 北京:中国电力出版社,1996.9

13     中国标准出版社.电气制图国家标准汇编.北京:中国标准出版社,2001.5

14     中国标准出版社.电气简图用图形符号国家标准汇编.北京:中国标准出版社,2001.4

15     金建源.新标准二次电路图识读.北京:中国水利水电出版社,2004.10

16     何永华.发电厂和变电所二次回路.北京:中国电力出版社,1997.10

17     何永华、闫晓霞.新标准电气工程图.北京:中国水利水电出版社,1996.12

18     王国君. 电气制图与读图手册.北京:科学普及出版社,1995.4

19     石方安电气图形符号实用手册.北京:中国劳动出版社,1997.10

20     何利民、尹全英.电气制图与读图.北京:机械工业出版社,1993.12

21     薛定宇,陈阳泉. 基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用. 北京:清华大学出版社,2002

22     余啸海. Matlab接口技术与应用. 北京:国防工业出版社,2004

23     宗士杰.发电厂电气设备及运行. 北京:中国电力出版社,1997.10

24     白焰.分散控制系统与现场总线控制系统:基础、评选、设计和应用. 北京:中国电力出版社, 2001.3

25     丁尔谋.发电厂励磁调节. 北京:中国电力出版社,1998.4

26     杨冠城.电力系统自动装置原理  .北京:中国电力出版社,2000 .7

27     能源部西北电力设计院 . 电力工程电气设计手册(二)  . 北京:水利电力出版社,   1990.7

28     国家电力调度通信中心. 《电力系统安全稳定导则》学习与辅导 . 北京:中国电力出版社,2001.9

29     全国电力工人技术教育供电委员会.变电运行岗位技能培训教材(500kV.北京:中国电力出版社,1997.6

30     江苏省电力工业局.变电运行岗位技能培训教材(220kV变电所).北京:中国电力出版社,1995.9

31     吴权威,慕城.实例学Visio 2000.北京:中国铁道出版社 , 2001.6

32     齐剑锋,彭岩.精通Visio 2000. 北京:机械工业出版社 , 2001.1

 


常见问题

1)所保护对象的电气主接线图;2)所保护对象的等值阻抗及阻抗图;3)电力系统的基本参数,如频率、电压等;4)截止目前,被保护对象已有保护及所存在的问题;5)被保护对象的运行机理及影响保护正确动作的因素;6)所被保护对象的重要性及地位;7)电力系统故障分析知识;8)与最大负荷及电力系统振荡相关的电气量极值;9)电流互感器、电压互感器的安装位置、接线及变比;10)对保护未来扩建的期望及预期。