电力系统继电保护学习指南.pdf

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1、 1“电力系统继电保护”学习指南 一、课程性质“电力系统继电保护（简称继电保护）”课程是电力系统继电保护、发电厂及电力系统专业的核心专业课程，具有理论与实践并重的特点。主要内容包括电力系统中的输电线路、变压器、发电机、母线等主要设备的继电保护。其主要任务是当系统（或设备）发生故障时自动、迅速、有选择的将故障元件从系统中切除，使故障设备免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分继续运行；当发生不正常运行状态发信号、减负荷或跳闸。电力系统继电保护是电力系统的安全稳定运行的重要保障。因此，无论是专职继电保护技术人员，还是电气运行值班人员、设备安装检修人员都应具备相应的继电保护知识和技能，以保证继电保护装置

2、的正确安装、调试、运行和维护。学习本课程之前应具有电工数学、电工技术、电子技术基础、电机学、电力工程、电力系统故障分析等课程的相关知识与技能。同时又为电力系统自动装置、变电站综合自动化、电气二次接线等专业课程打下基础。二、课程学习目标 电力系统继电保护课程主要介绍电力系统输电线路、变压器、发电机、母线等设备的继电保护，学习这门课程，达到以下目标：（1）具有明确、清晰的电力系统继电保护的基本概念，了解微机保护的主要内容、主要特征及其发展趋势；（2）熟悉电力系统中各种继电保护的作用和工作原理；（3）掌握各种继电保护装置的调试方法和技能；2（4）能进行 220kV 及以下线路、变电站的继电保护装置的

3、配置及其整定计算；（5）熟悉继电保护装置运行操作的相关规程、规范；（6）基本具备“继电保护工”所要求的有关继电保护的专业知识和专业技能；（7）具备较强的团队协作精神和创新意识，较高的职业能力和职业素质。三、课程内容 电力系统继电保护一门专业性很强的课程，具有理论与实践并重的特点。课程内容主要包括：继电保护基础知识、微机保护基础、电网继电保护和元件（发电机、变压器、母线）继电保护保护。具体内容和岗位技能要求如表 1 所示。表 1 电力系统继电保护课程内容 序号 模块 主要内容 岗位技能需求 1 继电保护基础知识 继电保护的基本概念和要求；常用电磁继电器的分类、构造和动作原理；变换元件的原理及接线

4、。明确继电保护的基本概念和基本要求；学会分析电流、电压、中间、时间、信号等常用继电器的构造和动作原理；学会变换元件的原理及接线；能进行继电器的调试。2 微机保护基础 微机保护硬件组成及作用；微机保护的软件构成；数据采集系统以及开关量输出输入回路原理；微机保护算法及提高微机保护了解微机保护硬件和软件的构成及作用；学会微机保护的数据采集系统的原理，特别是在 110kV 以上普遍采用的 VFC数据采集系统；3 可靠性的措施。熟悉微机保护的各种算法和微机保护抗干扰的措施；能进行微机保护基础调试。3 电网继电保护 电网相间短路的电流电压保护 熟悉电网内各电压等级的继电保护装置的动作原理、结构及其用途；能

5、进行电力系统内各电压等级的继电保护装置的配置；电网相间短路的方向电流保护 电网接地保护 电网的距离保护 电网的纵联保护 4 元件保护 变压器保护 熟悉电力系统各主要元件的原理、结构及其用途;能进行电力系统各主要元件继电保护的配置；能读电力系统各主要元件继电保护装置的原理接线图并对主要保护装置的调试；掌握变压器、发电机和母线保护的整定计算方法。发电机保护 母线保护 四、学习方法建议 1.理论联系实际 电力系统继电保护技术理论是人们从长期的电力系统二次工程实践中总结提炼出来的，与实际装置的紧密结合是其突出的特点。电力系统继电保护装置是根据电气特征量区分电力系统一次设备的故障、不正常运行和正常运行三

6、种运行状态，实现自动判断三种运行状态并做出正确的动 4 作的自动装置，是有形的。但实现其功能的继电保护工作原理是无形的，技术中反映三态电气量是实实在在可以测量或观察到的。如何把“形”（实际有形的装置）和“象”（抽象无形的工作原理或逻辑关系）联系起来，是学习电力系统继电保护课程的重点和难点。解决问题的方法：首先要有“形”，通过参观继电保护实训基地、观察保护屏（由具体保护装置构成）、动画或图片演示和讲解，了解继电保护装置的基本模块和基本工作原理；通过理论分析和实验进一步掌握继电保护的工作特性，建立形象思维。将实在的继电保护装置与抽象的原理联系起来。2.抓住重点，解决难点 电力系统继电保护岗位具有知

7、识密集、技能水平要求高的特点。学习继电保护课程要明确各项目的基本要求，抓住课程重点内容，解决课程学习中的难点。本课程的重点及解决办法如表 2 所示，课程学习难点及解决办法如表 3 所示。表 2 课程重点及解决办法 序号 课程重点 解决办法 1 电力系统继电保护的基本概念 在课程内容结构上充分利用常规的电流、电压保护的原理及实现的方法简单、直观的特点，作为学习继电保护原理的入门。在初步掌握电流、电压保护的基本原理后，再安排学习微机保护的基础知识的内容，由易至难，有利于对所学知识的理解和掌握；充分利用多媒体课件、动画演示、视频等对保护装置元件进行直观学习，使学习过程形象生动，帮组记忆和理解，提高学

8、习效果；适当安排课内实践及讨论内容；加强课堂微机保护演示；利用微机保护实训室进行理论加实践的学习方法。2 线路和元件的微机保护原理 3 电力系统内各电压等级的继电保护装置的配置 案例法学习，通过工程实例学习电力系统内各电压等级的继电保护装置的配置，说明各装置的作用和相互间的配合；5 序号 课程重点 解决办法 发电厂、变电站继电保护装置的配置，通过课程设计和毕业设计，进行保护配置。4 线路、变电站主要设备继电保护整定计算 结合例题以及课后练习，掌握线路、变电站主要设备继电保护整定计算，通过多媒体手段，理解发电机保护的配置、；理。通过课程设计和毕业设计，进行具体的线路、变电站主要设备继电保护整定计

9、算。5 继电保护装置的运行操作 学习运行操作规程，理解运行、操作的程序及其理由，知其然也知其所以然；通过仿真实训，在模拟的现场环境中学习继电保护装置的运行操作，加深对装置运行、操作相关知识的理解。表 3 课程难点及解决办法 序号 课程难点 解决办法 1 三段式电流保护的整定计算 利用多媒体课件及动画演示结合短路电流的计算曲线，形象理解三段式电流保护各段的保护范围及整定原则。通过案例教学法结合工程实例讲解以及课堂练习，掌握三段式电流保护的整定计算的方法。2 阻抗继电器的动作特性及动作方程 通过多媒体动画软件，对比分析全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移特性阻抗继电器的动作特性及动作方程；通过“理论

10、联系实际学习”在微机保护实训室进行阻抗继电器学习，再通过微机型阻抗继电器的实验更好掌握这部分内容。3 变压器比率差动保护原理 通过多媒体课件学习比率差动保护平衡系数的调整方法；利用微机型变压器差动保护装置的课堂演示或通过“理实一体”在微机实训室学习理论的同时进行实验，更好地好掌握变压器的比率差动保护的原理。4 变压器保护纵差保护的整定计算 通过继电保护的课程设计和毕业设计，学习变压器保护的配置与整定计算的内容。结合工程案例学习。5 发电机保护整定计算 通过多媒体手段，理解发电机保护的配置、原理。结合例题讲解以及课后练习，掌握发电机保护整定计算的方法。6 变电站、发电厂继电保护装置的配置 通过工

11、程实例讲解变电站、发电厂继电保护装置的配置，说明各装置的作用和相互间的配合；通过课程设计或毕业设计，进行发电厂、变电站继电保 6 护装置的配置。设计题目来自工程实际，学生设计完成后，可到现场参观，对比发现自己设计中的问题，以增加解决实际问题的能力。3.善于总结，培养学习能力 在电力系统继电保护课程的学习过程中力求做到由浅入深、从具体到一般，善于总结各种类型保护的共同点与区别，特别是原理与装置的内在联系。无论是线路保护还是元件保护，无论是常规保护还是微机保护，每个保护模块学习都是先了解电气设备故障、不正常运行和正常运行三种运行状态的区别，再根据故障时的电气特征量确定保护原理，不同原理的保护设置不

12、同保护装置。每种保护都要学习其基本原理、保护装置构成，并分析保护动作行为。整个课程的学习都贯穿继电保护的“选择性、速动性、灵敏性和可靠性”四个基本要求。初学者一般都会感到继电保护概念多、理论性强、内容多、向量关系复杂，保护装置类型各异。因此，建议在学习中注意以下几点：（1）区别电气设备故障、不正常运行和正常运行三种运行状态，切忌采用死记硬背或短时突击的学习方法。应勤思多问，通过分析和解决问题，在理解的基础上来掌握继电保护原理。实例 1：输电线路距离保护中振荡闭锁的原理分析。第 1 步：振荡闭锁需要区分振荡与短路，振荡与短路的电气量主要区别如下：振荡时，电压、电流及测量阻抗幅值均作周期性的变化，

13、变化缓慢；而短路时电流突然增大，电压突然减小，变化速度快。振荡时，三相完全对称，无负序或零序分量；短路时，总要长期（不对称短路）或瞬间（对称短路）出现负序电流（接地故障时还有零序电流）。7 第 2 步：振荡闭锁的构成原理：利用振荡与短路电气量的区别以及振荡的特点可以构成如下原理的振荡闭锁。振荡闭锁的起动元件：起动元件的作用是在振荡时闭锁保护，在故障时开放保护。根据振荡与短路电气量的区别，起动元件一般采用负序电流2I加零序电流0I（即20II）起动；也可以采用突变量元件起动，如负序零序增量20()II，或相电流差突变量I。振荡中对称短路开放保护的判据 对称短路时没有负序及零序分量，开放保护方法有

14、两种，一种是利用振荡中心电压的变化，一种是利用阻抗的变化率。（2）电力系统继电保护在分析具体工程问题时，一般是从有关电气量出发，首先对保护动作行为做定性分析，然后采用继电保护的基本分析方法和手段，对元件电气参数进行定量计算和向量分析。通过此过程，应掌握继电保护工程实际分析方法的特点并能够灵活运用，同时培养和提高分析解决问题的能力。（3）虽然继电保护保护类型多种多样，装置结构和特性各异，但其工作原理和分析方法都有相同或相似之处。因此，通过某个具体设备保护的学习，掌握其个性和特点，学会分析具体问题的同时，还应通过比较和分析，总结和掌握各种类型保护的共性，努力做到使所学知识融会贯通。在此基础上，可迸

15、一步开拓思路，去探索问题，提出新设想、新方法，激发创新性思维，培养创新能力。4.结合实际案例，加深知识理解 由于电力系统继电保护技术的发展突飞猛进，继电保护的新原理、新技术不断出现，在学习本门课程相关知识时要密切联系电力生产的实际及一些相关的案例，能了解该领域的技术现状。通过结合现场的一些典型事故的分析可以培养分 8 析和解决实际问题的能力。在讲述变压器差动保护时，配合以下案例进行分析，便于学生更好的理解所学的知识，同时增加现场的实际经验。实例 2：某变电站装有两台容量为 150MVA 的三绕组自耦变压器。变压器高压侧接 330kV 母线，中压侧接 110kV 母线，110kV 母线系双母线加

16、旁路。2号主变压器配置的保护为全套 500 型微机保护。其差动保护采用具有比例制动特性的分相差动保护，其初始动作电流为0.4 倍变压器额定电流。事故发生前，2 号主变压器 110kV 侧通过旁路断路器（即 1110 断路器）送出负荷。事故经过 1999 年 1 月 16 日 12 点 08 分，运行人员进行操作，合上 1102 断路器（2号变压器 110kV 侧断路器），退出 1110 断路器，切换 110kV 侧差动 TA 时，差动保护误动。切除了2 号主变压器。差动保护误动原因分析 在 110kV 侧合上 1102 断路器之后，110kV 侧两组差动 TA 二次均流过有大小相等、方向相同的

17、电流。在切换 TA 的过程中，110kV 侧差动回路多了 1 个电流，即产生了差流。当差流大于定值时，差动保护便动作。打印报告证明，差动保护的初始动作电流定值为 0.14A（二次值），故动作时的实际差流刚好达到 0.14A 之值。由于操作过程中没有退出差动保护出口连接片。故差动保护出口切除变压器。经验教训 运行人员在进行操作时，应严格执行规程规定。对于上述项目的操作，应首先退出差动保护的出口连接片。9 5.重视实践环节，提高动手能力 电力系统继电保护与工程实际结合密切，因此实践环节（包括实验和继电保护调试实训项目）是继电保护学习中的重要环节。例如在实验环节，学生能根据继电保护的实验目的，实验内容及实验设备拟定实验方案，确定实验步骤，测取所需数据，进行继电保护装置工作状态的分析研究，得出必要结论。在继电保护调试实训中，要了解保护的反事故措施，在端子排上怎么做安全措施，怎么加电压、电流，怎么实现保护的功能等，同时还要学习国家电网、南方电网关于继电保护的规范。把实践环节和工程实际有机地结合在一起。深化理解继电保护原理和工作特性，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。电力系统继电保护是一门理论与实践高度融合的专业课程。掌握正确的学习方法，发挥学习积极性和主动性。最终达到掌握继电保护基本知识，具备安装、调试、运行和维护继电保护装置的基本技能。