《電力系統(tǒng)與繼電保護(hù)》課程教學(xué)大綱

1、電力系統(tǒng)與繼電保護(hù)課程教學(xué)大綱課程名稱：電力系統(tǒng)與繼電保護(hù)課程代碼：ELEA1041英文名稱：Power System Relay Protection課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程學(xué)分/學(xué)時：2學(xué)分/36學(xué)時(30+6)開課學(xué)期：第7學(xué)期適用專業(yè)：電氣工程及其自動化先修課程：電機(jī)原理與電機(jī)拖動、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)基礎(chǔ)后續(xù)課程：無一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)（在人才培養(yǎng)中的地位與性質(zhì)及主要內(nèi)容，指明學(xué)生需掌握知識與能力及其應(yīng)達(dá)到的水平）課程性質(zhì)：電力系統(tǒng)與繼電保護(hù)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(hù)原理等基礎(chǔ)知識為主，同時結(jié)合電路原理、電

2、力系統(tǒng)基礎(chǔ)，并且以理論知識、計算分析為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生掌握電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理，整定計算及運(yùn)行分析的能力。教學(xué)目標(biāo)：電力系統(tǒng)與繼電保護(hù)是一門全面介紹繼電保護(hù)基本原理、常用技術(shù)、分析方法的課程。本課程的主要內(nèi)容包括：繼電保護(hù)的基本原理及組成、電網(wǎng)的電流保護(hù)、電網(wǎng)距離保護(hù)、輸電線路縱聯(lián)保護(hù)、自動重合閘、電力變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)。通過相關(guān)功能模塊的理論講授和實驗訓(xùn)練，使學(xué)生掌握電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)、變壓器、發(fā)電機(jī)、母線等原件的保護(hù)方式。通過對各種保護(hù)的整定計算，培養(yǎng)學(xué)生具備保護(hù)整定計算和保護(hù)運(yùn)行分析的能力。通過電力系統(tǒng)中電流保護(hù)和距離保護(hù)的實驗，培養(yǎng)學(xué)生對電力系統(tǒng)保護(hù)運(yùn)行分析和解決實際問

3、題的能力。本課程的具體教學(xué)目標(biāo)如下：掌握電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求，電網(wǎng)的電流保護(hù)、電網(wǎng)距離保護(hù)、輸電線路縱聯(lián)保護(hù)、自動重合閘、電力變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)基本原理。培養(yǎng)學(xué)生對電力系統(tǒng)不同電壓等級、不同的原件保護(hù)方式的選擇和設(shè)置的能力。掌握電網(wǎng)電流保護(hù)、距離保護(hù)電力變壓器保護(hù)及接地保護(hù)整定計算的方法，培養(yǎng)學(xué)生針對具體輸電線路采用的繼電保護(hù)保護(hù)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(hù)及接地保護(hù)的配置，培養(yǎng)學(xué)生對電力系統(tǒng)各元件采用各種主保護(hù)及后備保護(hù)的配置及多保護(hù)方式下發(fā)生故障的運(yùn)行分析能力。教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系：畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系說明畢業(yè)要求2：

4、問題分析2-1能運(yùn)用數(shù)理和工程知識進(jìn)行專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題中的內(nèi)涵識別與理解分析教學(xué)目標(biāo)2掌握電力系統(tǒng)三段式電流保護(hù)、距離保護(hù)、電力變壓器及接地保護(hù)的整定計算方法，具備對具體輸電線路采用的繼電保護(hù)保護(hù)的計算及整定的能力。教學(xué)目標(biāo)3理解掌握輸電線路及電力網(wǎng)主要元件的相間短路保護(hù)及接地保護(hù)的配置，具備配置、設(shè)計各種主保護(hù)及后備保護(hù)，和多保護(hù)方式下發(fā)生故障的運(yùn)行分析能力。畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案3-1能夠理解專業(yè)知識與相關(guān)技能，具備解決復(fù)雜工程問題的設(shè)計能力，并具有能夠初步分析、設(shè)計、運(yùn)行與技術(shù)維護(hù)能力教學(xué)目標(biāo)1掌握繼電保護(hù)的基本要求，電力系統(tǒng)中的電網(wǎng)、變壓器、發(fā)電機(jī)、母線等原件的保護(hù)原理。二

5、、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配（含課程教學(xué)、自學(xué)、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：）緒論（2學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)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(hù)基本原理1.3 對繼電保護(hù)的基本要求1.4 繼電保護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r1.5 本課程的教學(xué)內(nèi)容、課程特點和學(xué)習(xí)要求目標(biāo)及要求：了解電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用、技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r；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(hù)的基本原理及組成；掌握電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求，重點是選擇性的意義；了解課程的主要教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和主要參考資料。討論內(nèi)容：簡要介紹繼電保護(hù)四個特性重要性，討論不同場合下優(yōu)先滿足的

6、特性，突出選擇性和速動性在不同保護(hù)狀態(tài)要求下的滿足度。作業(yè)內(nèi)容：繼電保護(hù)裝置通過哪些主要環(huán)節(jié)完成預(yù)定的保護(hù)功能，各環(huán)節(jié)的作用。自學(xué)拓展：通過網(wǎng)絡(luò)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(hù)有何不同。電網(wǎng)的電流保護(hù)（6學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)1、2）2.1 單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的電流保護(hù)2.2 雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)相間短路的方向性電流保護(hù)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(hù)2.4 中性點非直接接地系統(tǒng)中單相接地故障的保護(hù)目標(biāo)及要求：了解繼電保護(hù)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(yùn)行方式、短路電流曲線、三段式電流保護(hù)原理接線、電流保護(hù)

7、接線方式；掌握三段式電流保護(hù)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(hù)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(hù)及方向保護(hù)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(hù)的原理、接線與整定計算。討論內(nèi)容：結(jié)合最大最小運(yùn)行方式下三段式電流保護(hù)范圍變化，討論輸電線路采用三段式電流保護(hù)的優(yōu)缺點。作業(yè)內(nèi)容：輸電線路三段式電流保護(hù)的整定計算。自學(xué)拓展：通過網(wǎng)絡(luò)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(hù)（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)1

8、、2、3）3.1 距離保護(hù)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(hù)的整定計算與對距離保護(hù)的評價3.5 距離保護(hù)的振蕩閉鎖3.6 故障類型判別和故障選相3.7 距離保護(hù)特殊問題的分析3.8 工頻故障分量距離保護(hù)目標(biāo)及要求：了解電網(wǎng)距離保護(hù)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(hù)的整定計算，了解線路保護(hù)的配置及對距離保護(hù)的評價；掌握系統(tǒng)振蕩、過渡電阻、串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)扔绊懢嚯x保護(hù)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(hù)原理

9、。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(hù)整定計算。自學(xué)拓展：學(xué)習(xí)繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程中規(guī)定必須裝設(shè)距離保護(hù)的情況。輸電線路縱聯(lián)保護(hù)（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)1、3）4.1 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)概述4.2 輸電線路縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)信息的交換4.3 方向比較式縱聯(lián)保護(hù)4.4 縱聯(lián)電流差動保護(hù)目標(biāo)及要求：了解輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的基本原理，輸電線路縱聯(lián)保護(hù)常用的通信方式；理解高頻保護(hù)的基本概念與構(gòu)成原理，掌握高頻閉鎖方向保護(hù)、高頻閉鎖距離保護(hù)及相差高頻保護(hù)的基本原理以及相差高頻保護(hù)的相位特性和閉鎖角整定

10、。討論內(nèi)容：閉鎖式距離縱聯(lián)保護(hù)保護(hù)配合。作業(yè)內(nèi)容：閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)為何需要高低定值兩個啟動元件。自學(xué)拓展：對縱聯(lián)差動保護(hù)及閉鎖方向保護(hù)保護(hù)區(qū)范圍的比較。自動重合閘（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)1、3）5.1 自動重合閘的作用及對它的基本要求5.2 輸電線路的三相一次自動重合閘5.3 高壓輸電線路的單相自動重合閘5.4 高壓輸電線路的綜合重合閘簡介目標(biāo)及要求：理解重合閘的作用、基本要求；掌握單側(cè)電源三相一次重合閘的工作原理，掌握雙側(cè)電源具有同步檢定無壓檢定的重合閘工作原理，理解重合閘時限的選擇，掌握重合閘與繼電保護(hù)的配合。理解單相重合閘基本原理，了解綜合重合閘基本原理。 討論內(nèi)容：三相一次重合閘與其他保

11、護(hù)的配合關(guān)系。作業(yè)內(nèi)容：電網(wǎng)中使用三相重合閘哪些情況需要考慮兩側(cè)電源同期問題。自學(xué)拓展：變電所三相一次重合閘電路原理及動作情況。電力變壓器保護(hù)（6學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)1、2、3）6.1 電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)6.2 變壓器縱差動保護(hù)6.3 變壓器的勵磁涌流及鑒別方法6.4 變壓器相間短路的后備保護(hù)6.5 變壓器接地短路的后備保護(hù)6.6 變壓器零序電流差動保護(hù)6.7 變壓器保護(hù)配置原則目標(biāo)及要求：了解變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)；掌握變壓器差動保護(hù)構(gòu)成原理以及不平衡電流的產(chǎn)生分析方法，掌握 變壓器差動保護(hù)的整定計算原則，掌握具有制動特性的變壓器差動保 護(hù)的工作原理，掌握變壓器勵

12、磁涌流的分析與特點及鑒別方法；了解變壓器常用相間及接地后備保護(hù)工作原理；理解變壓器零序電流差動保護(hù)的原理，掌握變壓器保護(hù)配置的原則；討論內(nèi)容：單相及三相變壓器勵磁涌流的特征。作業(yè)內(nèi)容：變壓器縱差動保護(hù)中消除勵磁涌流影響的措施。自學(xué)拓展：多臺變壓器并列運(yùn)行時的主保護(hù)及后備保護(hù)。發(fā)電機(jī)保護(hù)（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)1、3）7.1 發(fā)電機(jī)的故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)及其保護(hù)方式7.2 發(fā)電機(jī)定子繞組短路故障的保護(hù)7.3 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)7.4 發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)7.5 發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)7.6 發(fā)電機(jī)的失步保護(hù)7.7 發(fā)電機(jī)勵磁回路接地保護(hù)目標(biāo)及要求：了解發(fā)電機(jī)的故障類型、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式

13、；掌握發(fā)電機(jī)定子繞組短路故障的縱差動及橫差動保護(hù)工作原理；理解利用零序電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)原理，利用三次 諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)原理；了解發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流保護(hù)的作用，理解定時限和反時限零序過電流保 護(hù)的工作原理；掌握發(fā)電機(jī)失磁過程及其分析，理解失磁保護(hù)判據(jù)的意義及失磁保護(hù)原 理，了解失步保護(hù)原理，了解勵磁回路接地保護(hù)原理。討論內(nèi)容：發(fā)電機(jī)完全差動保護(hù)和不完全差動保護(hù)的保護(hù)特點及不足。作業(yè)內(nèi)容：大容量發(fā)電機(jī)為何要采用100%定子接地保護(hù)。自學(xué)拓展：發(fā)電機(jī)勵磁回路一點接地保護(hù)和反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子電壓二次諧波分量的勵磁回路兩點接地保護(hù)。母線保護(hù)（2學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)1

14、、3）8.1 母線故障和裝設(shè)母線保護(hù)基本原則8.2 母線差動保護(hù)基本原理8.3 母線保護(hù)的特殊問題及其對策8.4 斷路器失靈保護(hù)簡介目標(biāo)及要求：了解母線保護(hù)配置基本原則；掌握單母線完全電流差動保護(hù)、高阻抗母線差動保護(hù)，具有比率制動 特性的中阻抗母線差動保護(hù)，電流比相式母線保護(hù)，原件固定連接的 雙母線電流差動保護(hù)，母聯(lián)電流比相式母線差動保護(hù)的工作原理；了解裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)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(hù)常用的對策。作業(yè)內(nèi)容：判別母線故障的基本方法。自學(xué)拓展：母線運(yùn)行方式的切換及保護(hù)的自適應(yīng)。實驗一：輸電線路電流保護(hù)實驗（2學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2、3）目標(biāo)及要求：熟悉幾種常

15、用繼電器，如電流繼電器、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(xué)習(xí)電力系統(tǒng)三段式電流保護(hù)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(yùn)行方式變化對保護(hù)靈敏度的影響，分析三段式電流保護(hù)動作配合的正確性。自學(xué)拓展：學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)中微機(jī)型電流保護(hù)時間、電流、整定值的調(diào)整方法。實驗二：輸電線路距離保護(hù)實驗（2學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2、3）目標(biāo)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(hù)中的應(yīng)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(yùn)行方式對距離保護(hù)的影響；了解同一變電站阻抗保護(hù)各段之間配合的動作

16、過程。自學(xué)拓展：電力系統(tǒng)含有串聯(lián)補(bǔ)償下阻抗特定的調(diào)整。實驗三：變壓器差動保護(hù)實驗（2學(xué)時）（支撐教學(xué)目標(biāo)2、3）目標(biāo)及要求：1） 掌握變壓器縱差保護(hù)的組成原理及整定值的調(diào)整方法；2） 了解Y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(hù)制動特性的特點，觀察差動保護(hù)制動特性上A點或B點 大小的變化對保護(hù)靈敏度和保護(hù)避不平衡電流能力的影響。自學(xué)拓展：三繞組變壓器與兩繞組變壓器保護(hù)的配置及接線，整定的不同方法。三、教學(xué)方法在教學(xué)方式上，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，綜合運(yùn)用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法和自學(xué)指導(dǎo)法，通過引入問題和啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生更加明確教學(xué)內(nèi)容的知識

17、體系，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)，提高課堂的積極性。在目前的實驗教學(xué)條件基礎(chǔ)上，及時采用實驗練習(xí)法，強(qiáng)化所學(xué)知識的理解和運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，本課程所采用的教學(xué)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(hù)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(hù)的選擇性在電氣元件前后保護(hù)配合的重要性。電網(wǎng)的電流保護(hù)、電網(wǎng)的距離保護(hù)、電力變壓器的保護(hù)。教學(xué)內(nèi)容涉及保護(hù)的整定計算，教學(xué)時比較容易設(shè)計明確的功能目標(biāo)。在教學(xué)中采用講授法、演示法和案例法、實驗練習(xí)法相結(jié)合。在講授各模塊的基本工作原理的基礎(chǔ)上，通過課堂講授案例的

18、計算和課外練習(xí)，并予以適當(dāng)指導(dǎo)，及時強(qiáng)化教學(xué)內(nèi)容。設(shè)計實驗內(nèi)容時，主抓三個保護(hù)的核心內(nèi)容，在原理清晰的基礎(chǔ)上，針對需要整定計算和現(xiàn)實中最常見的保護(hù)方式進(jìn)行試驗練習(xí)，使學(xué)生對保護(hù)的整定，計算，調(diào)整，配合有更深刻的理解。輸電線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和斷路器失靈保護(hù)。教學(xué)內(nèi)容建立在對瞬時電流速斷保護(hù)，限時電流速斷保護(hù)，過電流保護(hù)，距離保護(hù)，差動保護(hù)等原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合保護(hù)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(hù)區(qū)范圍不足，保護(hù)拒動，誤動等問題。強(qiáng)化對學(xué)生理論與實際結(jié)合的能力、工程問題分析能力的培養(yǎng)。自動重合閘。教學(xué)內(nèi)容主要是重合閘作用及重合閘與保護(hù)的配合，主要采用演示法和案例法，通過實際重合閘的原理的講解，三相一次重合閘控制電路的探討，使學(xué)生掌握重合閘的原理及實現(xiàn)方法。通過結(jié)合繼電保護(hù)的選擇性，使學(xué)生掌握重合閘前加速保護(hù)和后加速保護(hù)。在教學(xué)方法的實際執(zhí)行過程中，每個教學(xué)環(huán)節(jié)都應(yīng)具有明確的目的性。同時，以上教學(xué)方法需要根據(jù)教學(xué)過程中的實際效果、學(xué)生對知識點的掌握和應(yīng)用情況不斷改進(jìn)。教學(xué)效果不好、學(xué)生對知識點理解程度不高時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整教學(xué)方法，適當(dāng)增加演示法，練習(xí)訓(xùn)練或?qū)嶒炗?xùn)練法，或在講授后續(xù)教學(xué)內(nèi)容時，引導(dǎo)學(xué)生前后聯(lián)系，結(jié)合前置難點內(nèi)容進(jìn)行討論，強(qiáng)化