《電力系統(tǒng)與繼電保護(hù)》課程教學(xué)大綱

《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：PowerSystemRelayProtection

課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程學(xué)分/學(xué)時(shí)：2學(xué)分/36學(xué)時(shí)(30+6)

開(kāi)課學(xué)期：第7學(xué)期

適用專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化

先修課程：電機(jī)原理與電機(jī)拖動(dòng)、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)基礎(chǔ)

后續(xù)課程：無(wú)

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(shí)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(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。本課程針

對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)，以電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理等基礎(chǔ)知識(shí)為主，同時(shí)結(jié)合電

路原理、電力系統(tǒng)基礎(chǔ)，并且以理論知識(shí)、計(jì)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(jì)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(dòng)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(guò)相關(guān)

功能模塊的理論講授和實(shí)驗(yàn)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(guò)對(duì)各種保護(hù)的整定計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生具備保護(hù)整定計(jì)算和保護(hù)運(yùn)行分析

的能力。通過(guò)電力系統(tǒng)中電流保護(hù)和距離保護(hù)的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)保護(hù)運(yùn)行分析和

解決實(shí)際問(wèn)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(dòng)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(duì)電力系統(tǒng)不同

電壓等級(jí)、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(jì)算的方法，培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)具

體輸電線路采用的繼電保護(hù)保護(hù)的計(jì)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(duì)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)方式卜.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(duì)應(yīng)關(guān)系:

畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系說(shuō)明

掌握電力系統(tǒng)三段式電流保護(hù)、距

2-1能運(yùn)用數(shù)理和工程知

離保護(hù)、電力變壓器及接地保護(hù)的

畢業(yè)要求2：識(shí)進(jìn)行專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程

教學(xué)目標(biāo)2整定計(jì)算方法，具備對(duì)具體輸電線

問(wèn)題分析問(wèn)題中的內(nèi)涵識(shí)別與理解

路采用的繼電保護(hù)保護(hù)的計(jì)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(hù)及接地保護(hù)

教學(xué)目標(biāo)3的配置，具備配置、設(shè)計(jì)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。

3-1能夠理解專業(yè)知識(shí)與

畢業(yè)要求3：相關(guān)技能，具備解決復(fù)雜掌握繼電保護(hù)的基本要求，電力系

設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解工程問(wèn)題的設(shè)計(jì)能力，并教學(xué)目標(biāo)1統(tǒng)中的電網(wǎng)、變壓器、發(fā)電機(jī)、母

決方案具有能夠初步分析、設(shè)計(jì)、線等原件的保護(hù)原理。

運(yùn)行與技術(shù)維護(hù)能力

二、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)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(diǎn)內(nèi)

容和難點(diǎn)內(nèi)容）（重點(diǎn)內(nèi)容：★;難點(diǎn)內(nèi)容：A）

緒論（2學(xué)時(shí)）（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

13對(duì)繼電保護(hù)的基本要求

1.4繼電保護(hù)的發(fā)展?fàn)顩r

1.5本課程的教學(xué)內(nèi)容、課程特點(diǎn)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(diǎn)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(jiǎn)要介紹繼電保護(hù)四個(gè)特性重要性，討論不同場(chǎng)合下優(yōu)冗滿足的特性，突出選擇性和速動(dòng)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(guò)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(guò)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(shí)；（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(diǎn)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(diǎn)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(dòng)作和返回、過(guò)電流繼電器和功率方向繼電器的原理，理解動(dòng)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、電流保井接線

方式；

掌握三段式電流保護(hù)原理、動(dòng)作電流整定、靈敏度校驗(yàn)、動(dòng)作時(shí)間整定掌握方向性電

流保護(hù)原理接線及整定計(jì)算、功率方向元件的工作原理與接線方式；

掌握中性點(diǎn)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(jì)算*;

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

作業(yè)內(nèi)容：

輸電線路三段式電流保護(hù)的整定計(jì)算。

自學(xué)拓展：

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索了解功率方向繼電器，零序電流濾過(guò)器的實(shí)物特性。

電網(wǎng)距離保護(hù)（4學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo)1、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(dòng)作特性

3.3阻抗繼電器的實(shí)現(xiàn)方法

3.4距離保護(hù)的整定計(jì)算與對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)

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(wèn)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(dòng)作方程、

動(dòng)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(jì)算了解線路保護(hù)的配置及對(duì)距離保護(hù)的評(píng)價(jià)：

掌握系統(tǒng)振蕩、過(guò)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。

討論內(nèi)容：

采用匯編、C語(yǔ)言、調(diào)用內(nèi)建函數(shù)和混合編程等方法，編寫實(shí)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(jì)算。

自學(xué)拓展：

學(xué)習(xí)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)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(shí)）（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(dòng)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

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)為何需要竊低定值兩個(gè)啟動(dòng)元件。

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(lì)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：

掌握發(fā)電機(jī)定子繞組短路放障的縱差動(dòng)及橫差動(dòng)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(guò)電流保護(hù)的作用，理解定時(shí)限和反時(shí)限零序過(guò)電流保

護(hù)的工作原理；

掌握發(fā)電機(jī)失磁過(guò)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(lì)磁回路接地保護(hù)原理。

討論內(nèi)容：

發(fā)電機(jī)完全差動(dòng)保護(hù)和不完全差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)特點(diǎn)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(lì)磁回路一點(diǎn)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(lì)磁I可路兩點(diǎn)接地保

護(hù)。

母線保護(hù)（2學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo)1、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(dòng)保護(hù)基本原理

8.3母線保護(hù)的特殊問(wèn)題及其對(duì)策

8.4斷路器失靈保護(hù)簡(jiǎn)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(dòng)保爐*、高阻抗母線差動(dòng)保護(hù)，具有比率制動(dòng)

特性的中阻抗母線差動(dòng)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(dòng)保護(hù)，母聯(lián)電流比相式母線差動(dòng)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(wèn)題及母線保護(hù)常用的對(duì)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(shí)驗(yàn)一：輸電線路電流保護(hù)實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）（支撐教學(xué)目標(biāo)2、3）

目標(biāo)及要求：

熟悉幾種常用繼電器，如也流繼電器、電壓繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、信號(hào)繼電器

等的構(gòu)成原理，及調(diào)整動(dòng)作值、返回值和計(jì)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(shí)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(duì)保護(hù)靈敏度的影響，分析三段式電流保護(hù)動(dòng)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(shí)間、電流、整定值的調(diào)整方法。

實(shí)驗(yàn)二：輸電線路距離?保護(hù)實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）（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(shí)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(duì)距啕保護(hù)的影響：

了解同一變電站阻抗保護(hù)各段之間配合的動(dòng)作過(guò)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(shí)驗(yàn)三：變壓器差動(dòng)保護(hù)實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）（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/A接線的變壓器，其電流互感器二次接線方式對(duì)減少不平衡

的影響；

了解差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)特性的特點(diǎn)，觀察差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)特性上A點(diǎn)或B點(diǎn)

大小的變化對(duì)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(guò)引入問(wèn)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(shí)體系，

引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),提高課堂的積極性。在目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件基砒上，

及時(shí)采用實(shí)驗(yàn)練習(xí)法，強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)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(shuō)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(jiàn)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(jì)算，教

學(xué)時(shí)比較容易設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(guò)課堂講授案例的計(jì)算和課外練習(xí)，并予

以適當(dāng)指導(dǎo)，及時(shí)強(qiáng)化教學(xué)內(nèi)容。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，主扒三個(gè)保護(hù)的核心內(nèi)容，在原理清晰

的基礎(chǔ)上，針對(duì)需要整定計(jì)算和現(xiàn)實(shí)中最常見(jiàn)的保護(hù)方式進(jìn)行試驗(yàn)練習(xí)，使學(xué)生對(duì)保井的整

定，計(jì)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(duì)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，限時(shí)

電流速斷保護(hù)，過(guò)電流保距離保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)等原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合保護(hù)對(duì)象，采用講

授法，演示法，對(duì)于工程中的實(shí)際的問(wèn)題，采用討論法，探討解決保護(hù)