電力系統(tǒng)繼電保護課程自學指導書-《電力系統(tǒng)自動裝置》課程

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1、《電力系統(tǒng)繼電保護》課程自學指導書 一、課程的任務和教學目標 《電力系統(tǒng)繼電保護》是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)課，是選修課。通過本課程學習，應使學生深刻地認識到，電力系統(tǒng)繼電保護在保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行中所起的重要作用；使學生掌握電力系統(tǒng)繼電保護的基本原理、基本概念，這將利于學生從事本專業(yè)范圍內(nèi)的實際工作。 二、課程的主要內(nèi)容 緒論（面授2學時，自學6學時） 通過對電力系統(tǒng)故障和不正常運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)危害的分析，引出了電力系統(tǒng)繼電保護的基本作用和對繼電保護裝置的基本要求，并根據(jù)電力系統(tǒng)故障和不正常運行狀態(tài)所表現(xiàn)出的一些電氣量和非電氣量在故障發(fā)生前后的一些顯著變化特點，

2、引出了構成繼電保護裝置的基本原理及保護裝置的基本組成。 第一章 電網(wǎng)的電流電壓保護（面授12學時，自學36學時） 本章主要從電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，電流增大和電壓降低這兩個主要特征入手，揭示了反應各種短路故障的電流、電壓保護的基本工作原理。并且，為了確保電流電壓保護在不同的電力網(wǎng)結(jié)構中及不同的短路故障情況下能正確動作，本章分別介紹了適合單側(cè)電源供電、靈敏地反應電網(wǎng)相間短路的三段電流保護的基本工作原理及其接線方式；適合雙側(cè)電源供電、靈敏地反應電網(wǎng)相間短路的方向電流保護的基本原理、功率方向繼電器的工作原理和接線方式；反應電網(wǎng)接地短路的零序電流保護的工作原理，并分別針對大接地電流系統(tǒng)和小接地電流系

3、統(tǒng)的單相接地短路的特點予以分析。 第二章 電網(wǎng)的距離保護（面授6學時，自學24學時） 本章主要從電網(wǎng)電流電壓保護在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護范圍受系統(tǒng)運行方式影響大，保護的靈敏度較低的特點出發(fā)，同時考慮到電力系統(tǒng)故障時的兩個顯著特點，即電流增大、電壓降低，而引入反應線路電壓與電流比值（阻抗）的距離保護。由于電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，電壓降低、電流增大，所以，距離保護中的阻抗繼電器在電網(wǎng)正常運行時，所測量的阻抗是額定電壓與額定負荷電流的比值，即負荷阻抗；而當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，所測量的阻抗是保護安裝處的電壓與短路電流的比值，如果阻抗繼電器的接線方式選擇合適，此值即為短路點與保護安裝處的線路阻抗，此值

4、遠遠小于正常運行時的負荷阻抗，所以，距離保護為低動作量的繼電保護裝置，即線路發(fā)生故障時，反應的是比整定阻抗的整定值低而動作的一種繼電保護。從這點上看，與電網(wǎng)的電流保護正好相反。電流保護反映的是在電網(wǎng)發(fā)生故障時，電流增大而動作的保護，所以說電流保護是一種反映故障量增大的過量保護，這一點顯著的區(qū)別，希望在學習中予以特別注意。距離保護通常也是采用三段保護的原理，每一段的概念與電流保護相類似。所以本章主要介紹了距離保護中的故障測量元件—阻抗繼電器的工作原理及適用與不同故障形式的幾種典型的阻抗繼電器的接線方式，距離保護整定計算的基本原則和影響距離保護正確動作的因素和對策。 第三章 輸電線路的高頻保護

5、（面授4學時，自學12學時） 根據(jù)電力系統(tǒng)故障時，繼電保護裝置反映的是故障元件或故障線路的單端電氣量還是雙端電氣量，可以將繼電保護裝置分為兩大類：反映單端電氣量變化的繼電保護，如：電流電壓保護、方向電流保護、零序方向電流保護、距離保護等保護裝置；反映雙端電氣量變化的繼電保護，如：輸電線路的縱差保護，高頻保護、發(fā)電機、變壓器的差動保護和母線差動等繼電保護。這兩大類保護的顯著區(qū)別是：對于反映單端電氣量變化的繼電保護裝置，由于反映的是單端電氣量，所以保護不能正確地反映是本線路末端故障還是相鄰線路的首端故障。為了保證保護的選擇性，在全線路任意一點故障時，保護不可能都能無時限地動作，需加時限來保證。而

6、對于反映雙端電氣量變化的繼電保護裝置，由于反映的是雙端電氣量，所以保護能正確地反映本線路內(nèi)任意一點故障，即在全線路任意一點故障時，保護都能無時限地動作。但此種保護的保護區(qū)只在本線路內(nèi)，所以，不能作為相鄰線路的后備保護。所以說，這兩種保護各有優(yōu)缺點，一般配合使用。 本章正是從介紹反映雙端電氣量變化的輸電線路的縱差動保護入手，引入各種保護原理的高頻保護，并為今后學習發(fā)電機和變壓器的差動保護打下基礎。 第四章 自動重合閘（面授2學時，自學6學時） 由于電力系統(tǒng)的輸電線路所發(fā)生的故障大多數(shù)都是瞬時性的短路故障，即故障發(fā)生，保護動作跳開斷路器后，線路又恢復完好，所以，為了提高供電的可靠性，在輸電

7、線路上普遍裝設了自動重合閘。顧名思義即當線路故障時保護動作，跳開故障線路的斷路器，之后自動重合閘動作，將跳開的斷路器再合上，即恢復線路的正常供電。由于自動重合閘裝置無法區(qū)分線路發(fā)生的是瞬時性故障還是永久性故障，所以當重合到完好線路時，線路可以恢復運行；而當重合到故障線路時，保護還需再次動作，將斷路器跳開；跳開后，一般重合閘也不再動作（一次動作的重合閘）。根據(jù)故障的類型即單相故障還是相間故障，保護動作跳的是單相斷路器還是三相斷路器，可將重合閘分為單相重合閘、三相重合閘和綜合重合閘幾種類型。 第五章 電力變壓器保護（面授4學時，自學12學時） 本章從變壓器常見的故障和不正常運行狀態(tài)出發(fā)，得出了

8、變壓器應配置的保護，并詳細地分析了變壓器的主要保護的工作原理：差動保護、零序保護和瓦斯保護。由于在前面章節(jié)中這幾種保護的基本原理都已學過，所以，在本章學習時，重點是學習其作為變壓器保護時保護的特點。 第六章 微機型繼電保護（面授2學時，自學8學時） 本章主要以繼電保護的發(fā)展過程為線索，引出了現(xiàn)在廣泛使用的微機型繼電保護，介紹了微機保護特點、軟件原理和硬件結(jié)構、微機保護的抗干擾措施等內(nèi)容。 三、課程的學習要求 緒論 闡明繼電保護在電力系統(tǒng)中的作用，重點講述對繼電保護的基本要求及不同要求之間的相互關系。通過學習，使學生理解繼電保護在保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行中的作用；掌握

9、對繼電保護的四個基本要求；明確繼電保護的原理、組成和繼電保護技術的發(fā)展。 重點：對繼電保護的基本要求。 在學習對繼電保護的基本要求時，可以從電力系統(tǒng)繼電保護所起作用的角度來理解繼電保護裝置為什么必須滿足四個要求，以及它們之間的相互關系。 第一章 電網(wǎng)的電流電壓保護 了解電流、電壓繼電器的構造與原理；掌握三段式電流保護的作用、原理、整定計算原則、保護的接線圖；理解電流保護的接線方式及特點；掌握裝設方向元件的必要性；理解功率方向繼電器的工作原理；掌握功率方向繼電器的90接線方式；掌握大接地電流系統(tǒng)和小接地電流系統(tǒng)的單相接地短路的特點，了解反應電網(wǎng)接地短路的零序電流保護的工作原理。 重點

10、：三段式電流保護各段的工作原理、整定計算、保護性能；功率方向繼電器工作原理、最大靈敏角的概念，90°接線。 從繼電保護裝置所反應的故障量的來源來分，可以將繼電保護裝置分為兩大原理構成的繼電保護：反應單端電氣量變化的繼電保護，如：三段電流保護、三段電流方向保護、三段零序電流保護、三段距離保護等；反應雙端電氣量變化的繼電保護，如：差動保護、高頻保護等保護。從這個意義上看，掌握了三段電流保護的工作原理，也就相當掌握三段電流方向保護、三段零序電流保護、三段距離保護等保護裝置的工作原理，所以說三段電流保護是本課程的重點內(nèi)容，同學在學習這部分內(nèi)容時，需牢固掌握每段保護的具體保護區(qū)，以及與相鄰線路繼電保護

11、的配合關系，只有掌握了這兩點，才能理解各段保護的整定計算原則，也就搞清了三段電流保護的基本工作原理，為再學習其它三段式保護的工作原理奠定了堅實的基礎。 難點：三段式電流保護的整定計算；用相量圖畫功率方向繼電器的動作區(qū)，及其動作行為分析；接地短路故障的特點。 第二章 電網(wǎng)的距離保護 理解距離保護的基本原理和特性；掌握幾種常用的阻抗繼電器的工作特性、動作原理和動作方程；掌握阻抗繼電器常用的幾種接線方式；熟悉影響阻抗繼電器正確工作的因素及克服的對策；能根據(jù)給定的簡單電力網(wǎng)絡對距離保護進行整定計算。 重點：距離保護的基本工作原理；阻抗繼電器的動作特性和動作方程。 在分析各種阻抗繼電器的動作

12、方程時，可以從繼電器的動作特性入手，根據(jù)繼電器的動作原理，就容易得到阻抗繼電器的幅值動作特性以及相位動作特性。 難點：影響阻抗繼電器正確工作因素的分析。 關鍵是明確哪些因素可以導致阻抗繼電器的不正確動作，在學習電力系統(tǒng)振蕩對距離保護影響時，主要搞清在電力系統(tǒng)振蕩時，測量阻抗所測量到的阻抗的變化軌跡是通過阻抗繼電器的特性穿越過復平面，而在距離保護的保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，測量阻抗所測量到的阻抗值是落入阻抗特性區(qū)內(nèi)。 第三章 輸電線路的高頻保護 掌握輸電線路的縱差動保護的工作原理；熟悉高頻保護的作用原理和高頻通道的基本構成；了解高頻閉鎖方向保護和相差高頻保護的基本工作原理。 重點：輸電線路

13、的縱差動保護和高頻保護的工作原理。 正確分析被保護線路內(nèi)部故障時，流入差動繼電器的電流就是兩端所供給的短路電流之和，此值遠遠大于保護的動作值，所以保護能正確動作。而在被保護的線路之外發(fā)生故障或線路正常運行時，流入差動繼電器的電流就是兩端電流之差，為最大不平衡電流，此電流遠遠小于繼電器的整定值，所以保護能可靠的不動作，理解了這一點，也就明確了差動保護的基本原理。對于短線路來說，很容易通過導引線把線路兩端的電流引入差動繼電器，但對于長線路來說，如果還是通過導引線將兩端電流引過來，一方面成本加大且不現(xiàn)實，另一方面導引線發(fā)生的故障幾率也是非常高的，這樣反而會降低保護的可靠性，所以，就用替代導引線，采

14、用高頻收發(fā)信機的方法，將兩側(cè)的電氣量引過來進行比較，即就是本章所要講的高頻保護。 第四章 自動重合閘 掌握自動重合閘在電力系統(tǒng)中的作用，重點講述單電源三相一次自動重合閘及繼電保護與重合閘的配合。掌握雙電源線路采用重合閘的特殊要求和類型。了解單相重合閘的原理及輸電線路使用綜合重合閘的意義。 重點：自動重合閘的基本作用、工作原理與繼電保護的配合。 需注意搞清當輸電線路發(fā)生各種故障時，繼電保護和自動重合閘的動作順序。 第五章 電力變壓器保護 掌握電力變壓器常見的故障和不正常運行狀態(tài)及應配置的繼電保護；熟悉變壓器縱聯(lián)差動保護的基本原理；理解變壓器零序保護和瓦斯保護的工作原理。

15、 重點：變壓器繼電保護的基本配置及典型保護的工作原理。 難點：變壓器勵磁涌流的分析及保護的影響。 關鍵是把變壓器的故障和勵磁涌流的特點區(qū)分開來，這樣在構成保護時，就可以考慮盡量減少勵磁涌流對變壓器保護的影響，防止保護的不正確動作。 第六章 微機型繼電保護 理解微機保護的優(yōu)越性能和基本構成，掌握微機保護的硬件構成框圖，了解微機保護的相關算法。 重點：微機保護的構成和硬件框圖。 四、思考題和作業(yè) 緒論 1． 什么是電力系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)、故障和事故？ 2． 繼電保護的任務是什么？對繼電保護裝置的要求是什么？ 3． 什么是繼電保護裝置動作的選擇性和靈敏性？ 4． 畫

16、出繼電保護裝置的組成方框圖，并說明各部分的基本作用？ 第一章 電網(wǎng)的電流電壓保護 1． 簡述三段電流保護的基本工作原理和整定計算原則。 2． 三段電流保護由哪三種保護構成？各段各起何作用？ 3． 何為電流保護的接線方式？常用的接線方式有哪幾種？ 4． 功率方向繼電器在保護裝置中的作用是什么？ 5． 什么叫功率方向繼電器的最大靈敏角？畫出功率方向繼電器的動作區(qū)（內(nèi)角為30°） 6． 什么叫功率方向繼電器的90°接線？畫出相量圖。 7． 說明中性點直接接地系統(tǒng)單相接地故障的特點。 8． 說明中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障的特點。 第二章 電網(wǎng)的距離保護 1． 說明距離保護的

17、基本工作原理。 2． 畫出三段式距離保護的時限特性。 3． 畫出方向阻抗繼電器的動作特性圓，并寫出幅值比較和相位比較的動作方程，說明為何圓內(nèi)為動作區(qū)。 4． 畫出全阻抗繼電器的動作特性圓，并寫出幅值比較和相位比較的動作方程，說明為何圓內(nèi)為動作區(qū)。 5． 對阻抗繼電器的接線方式有何要求？常用的接線方式有哪幾種？ 6． 影響距離保護正確工作的因素有哪些？一般采用什么措施來消除或減少其影響。 7． 說明反應相間短路的三段式距離保護的整定計算方法。 第三章 輸電線路的高頻保護 1． 簡述縱差動保護的工作原理。 2． 說明相—地制高頻通道的基本構成元件和各元件的作用。 3． 何為高

18、頻閉鎖方向保護？ 4． 何為相差高頻向保護？ 第四章 輸電線路的高頻保護 1．說明輸電線路裝設重合閘的意義。 2．解釋單相自動重合閘、三相自動重合閘和綜合自動重合閘的含義。 3．說明自動重合閘與保護的配合方式。 4．何為重合閘前加速保護和重合閘后加速保護。 5． 雙電源線路裝設重合閘應考慮何種問題？ 6． 雙電源線路三相自動重合閘常見的類型有哪幾種？ 第五章 電力變壓器保護 1． 說明電力變壓器可能出現(xiàn)的故障和不正常狀態(tài)。 2． 說明瓦斯保護的工作原理和對其安裝的要求。 3． 何為電力變壓器的勵磁涌流？有何特點？ 4． 在Y，d11接線的變壓器上裝設差動繼電器時，

19、為什么電流互感器要采用相位補償接線。 5． 簡述變壓器零序保護的工作原理。 第六章 微機型繼電保護 1． 簡述微機型繼電保護的優(yōu)點。 2． 畫出微機保護的典型硬件框圖，并說明各部分的基本作用。 3． 何為數(shù)字濾波器？與模擬濾波器相比有何優(yōu)點？ 4． 什么是算法？微機保護的主要算法有哪些？ 5． 提高微機保護抗干擾性能的措施是什么？ 五、需要說明的問題 1．課程作業(yè) 由于本課程的課時偏少，建議根據(jù)章節(jié)內(nèi)容，再找一些相關的繼電保護習題集，進行學習，鞏固所學習的內(nèi)容，題目類型可以是：思考題、簡答題、畫圖題和整定計算等各種類型。 2．課程的考核 采用閉卷考試形式，其中平時成績和考勤占20%，試卷成績占80%。 3．考試題型 名詞解釋、填空題、簡答題、畫圖題和整定計算等類型。 4．教材及教學參考書 陳生貴主編《電力系統(tǒng)繼電保護》 重慶大學出版社，2003年，第3版。 5．任課教師的聯(lián)系方式 電話：01051687104 電子郵件地址： qingf@ 通信地址：北京交通大學電氣學院電力系 秦芳 郵政編碼：100044 任課教師：秦芳 2004年9月 8