电力系统继电保护课程自学指导书-《电力系统自动装置》课程

电力系统继电保护课程自学指导书一、课程的任务和教学目标电力系统继电保护是电气工程及其自动化专业的专业课，是选修课。通过本课程学习，应使学生深刻地认识到，电力系统继电保护在保证电力系统的安全稳定运行中所起的重要作用；使学生掌握电力系统继电保护的基本原理、基本概念，这将利于学生从事本专业范围内的实际工作。二、课程的主要内容 绪论（面授2学时，自学6学时）通过对电力系统故障和不正常运行状态对电力系统危害的分析，引出了电力系统继电保护的基本作用和对继电保护装置的基本要求，并根据电力系统故障和不正常运行状态所表现出的一些电气量和非电气量在故障发生前后的一些显著变化特点，引出了构成继电保护装置的基本原理及保护装置的基本组成。第一章 电网的电流电压保护（面授12学时，自学36学时）本章主要从电力系统发生故障时，电流增大和电压降低这两个主要特征入手，揭示了反应各种短路故障的电流、电压保护的基本工作原理。并且，为了确保电流电压保护在不同的电力网结构中及不同的短路故障情况下能正确动作，本章分别介绍了适合单侧电源供电、灵敏地反应电网相间短路的三段电流保护的基本工作原理及其接线方式；适合双侧电源供电、灵敏地反应电网相间短路的方向电流保护的基本原理、功率方向继电器的工作原理和接线方式；反应电网接地短路的零序电流保护的工作原理，并分别针对大接地电流系统和小接地电流系统的单相接地短路的特点予以分析。第二章 电网的距离保护（面授6学时，自学24学时）本章主要从电网电流电压保护在电力系统发生故障时，保护范围受系统运行方式影响大，保护的灵敏度较低的特点出发，同时考虑到电力系统故障时的两个显著特点，即电流增大、电压降低，而引入反应线路电压与电流比值（阻抗）的距离保护。由于电力系统发生故障时，电压降低、电流增大，所以，距离保护中的阻抗继电器在电网正常运行时，所测量的阻抗是额定电压与额定负荷电流的比值，即负荷阻抗；而当电力系统发生故障时，所测量的阻抗是保护安装处的电压与短路电流的比值，如果阻抗继电器的接线方式选择合适，此值即为短路点与保护安装处的线路阻抗，此值远远小于正常运行时的负荷阻抗，所以，距离保护为低动作量的继电保护装置，即线路发生故障时，反应的是比整定阻抗的整定值低而动作的一种继电保护。从这点上看，与电网的电流保护正好相反。电流保护反映的是在电网发生故障时，电流增大而动作的保护，所以说电流保护是一种反映故障量增大的过量保护，这一点显著的区别，希望在学习中予以特别注意。距离保护通常也是采用三段保护的原理，每一段的概念与电流保护相类似。所以本章主要介绍了距离保护中的故障测量元件阻抗继电器的工作原理及适用与不同故障形式的几种典型的阻抗继电器的接线方式，距离保护整定计算的基本原则和影响距离保护正确动作的因素和对策。第三章 输电线路的高频保护（面授4学时，自学12学时）根据电力系统故障时，继电保护装置反映的是故障元件或故障线路的单端电气量还是双端电气量，可以将继电保护装置分为两大类：反映单端电气量变化的继电保护，如：电流电压保护、方向电流保护、零序方向电流保护、距离保护等保护装置；反映双端电气量变化的继电保护，如：输电线路的纵差保护，高频保护、发电机、变压器的差动保护和母线差动等继电保护。这两大类保护的显著区别是：对于反映单端电气量变化的继电保护装置，由于反映的是单端电气量，所以保护不能正确地反映是本线路末端故障还是相邻线路的首端故障。为了保证保护的选择性，在全线路任意一点故障时，保护不可能都能无时限地动作，需加时限来保证。而对于反映双端电气量变化的继电保护装置，由于反映的是双端电气量，所以保护能正确地反映本线路内任意一点故障，即在全线路任意一点故障时，保护都能无时限地动作。但此种保护的保护区只在本线路内，所以，不能作为相邻线路的后备保护。所以说，这两种保护各有优缺点，一般配合使用。本章正是从介绍反映双端电气量变化的输电线路的纵差动保护入手，引入各种保护原理的高频保护，并为今后学习发电机和变压器的差动保护打下基础。第四章 自动重合闸（面授2学时，自学6学时）由于电力系统的输电线路所发生的故障大多数都是瞬时性的短路故障，即故障发生，保护动作跳开断路器后，线路又恢复完好，所以，为了提高供电的可靠性，在输电线路上普遍装设了自动重合闸。顾名思义即当线路故障时保护动作，跳开故障线路的断路器，之后自动重合闸动作，将跳开的断路器再合上，即恢复线路的正常供电。由于自动重合闸装置无法区分线路发生的是瞬时性故障还是永久性故障，所以当重合到完好线路时，线路可以恢复运行；而当重合到故障线路时，保护还需再次动作，将断路器跳开；跳开后，一般重合闸也不再动作（一次动作的重合闸）。根据故障的类型即单相故障还是相间故障，保护动作跳的是单相断路器还是三相断路器，可将重合闸分为单相重合闸、三相重合闸和综合重合闸几种类型。第五章 电力变压器保护（面授4学时，自学12学时）本章从变压器常见的故障和不正常运行状态出发，得出了变压器应配置的保护，并详细地分析了变压器的主要保护的工作原理：差动保护、零序保护和瓦斯保护。由于在前面章节中这几种保护的基本原理都已学过，所以，在本章学习时，重点是学习其作为变压器保护时保护的特点。 第六章 微机型继电保护（面授2学时，自学8学时）本章主要以继电保护的发展过程为线索，引出了现在广泛使用的微机型继电保护，介绍了微机保护特点、软件原理和硬件结构、微机保护的抗干扰措施等内容。三、课程的学习要求 绪论阐明继电保护在电力系统中的作用，重点讲述对继电保护的基本要求及不同要求之间的相互关系。通过学习，使学生理解继电保护在保证电力系统安全稳定运行中的作用；掌握对继电保护的四个基本要求；明确继电保护的原理、组成和继电保护技术的发展。重点：对继电保护的基本要求。在学习对继电保护的基本要求时，可以从电力系统继电保护所起作用的角度来理解继电保护装置为什么必须满足四个要求，以及它们之间的相互关系。第一章 电网的电流电压保护了解电流、电压继电器的构造与原理；掌握三段式电流保护的作用、原理、整定计算原则、保护的接线图；理解电流保护的接线方式及特点；掌握装设方向元件的必要性；理解功率方向继电器的工作原理；掌握功率方向继电器的90接线方式；掌握大接地电流系统和小接地电流系统的单相接地短路的特点，了解反应电网接地短路的零序电流保护的工作原理。重点：三段式电流保护各段的工作原理、整定计算、保护性能；功率方向继电器工作原理、最大灵敏角的概念，90接线。从继电保护装置所反应的故障量的来源来分，可以将继电保护装置分为两大原理构成的继电保护：反应单端电气量变化的继电保护，如：三段电流保护、三段电流方向保护、三段零序电流保护、三段距离保护等；反应双端电气量变化的继电保护，如：差动保护、高频保护等保护。从这个意义上看，掌握了三段电流保护的工作原理，也就相当掌握三段电流方向保护、三段零序电流保护、三段距离保护等保护装置的工作原理，所以说三段电流保护是本课程的重点内容，同学在学习这部分内容时，需牢固掌握每段保护的具体保护区，以及与相邻线路继电保护的配合关系，只有掌握了这两点，才能理解各段保护的整定计算原则，也就搞清了三段电流保护的基本工作原理，为再学习其它三段式保护的工作原理奠定了坚实的基础。难点：三段式电流保护的整定计算；用相量图画功率方向继电器的动作区，及其动作行为分析；接地短路故障的特点。第二章 电网的距离保护理解距离保护的基本原理和特性；掌握几种常用的阻抗继电器的工作特性、动作原理和动作方程；掌握阻抗继电器常用的几种接线方式；熟悉影响阻抗继电器正确工作的因素及克服的对策；能根据给定的简单电力网络对距离保护进行整定计算。重点：距离保护的基本工作原理；阻抗继电器的动作特性和动作方程。在分析各种阻抗继电器的动作方程时，可以从继电器的动作特性入手，根据继电器的动作原理，就容易得到阻抗继电器的幅值动作特性以及相位动作特性。难点：影响阻抗继电器正确工作因素的分析。关键是明确哪些因素可以导致阻抗继电器的不正确动作，在学习电力系统振荡对距离保护影响时，主要搞清在电力系统振荡时，测量阻抗所测量到的阻抗的变化轨迹是通过阻抗继电器的特性穿越过复平面，而在距离保护的保护区内发生故障时，测量阻抗所测量到的阻抗值是落入阻抗特性区内。第三章 输电线路的高频保护掌握输电线路的纵差动保护的工作原理；熟悉高频保护的作用原理和高频通道的基本构成；了解高频闭锁方向保护和相差高频保护的基本工作原理。重点：输电线路的纵差动保护和高频保护的工作原理。正确分析被保护线路内部故障时，流入差动继电器的电流就是两端所供给的短路电流之和，此值远远大于保护的动作值，所以保护能正确动作。而在被保护的线路之外发生故障或线路正常运行时，流入差动继电器的电流就是两端电流之差，为最大不平衡电流，此电流远远小于继电器的整定值，所以保护能可靠的不动作，理解了这一点，也就明确了差动保护的基本原理。对于短线路来说，很容易通过导引线把线路两端的电流引入差动继电器，但对于长线路来说，如果还是通过导引线将两端电流引过来，一方面成本加大且不现实，另一方面导引线发生的故障几率也是非常高的，这样反而会降低保护的可靠性，所以，就用替代导引线，采用高频收发信机的方法，将两侧的电气量引过来进行比较，即就是本章所要讲的高频保护。第四章 自动重合闸掌握自动重合闸在电力系统中的作用，重点讲述单电源三相一次自动重合闸及继电保护与重合闸的配合。掌握双电源线路采用重合闸的特殊要求和类型。了解单相重合闸的原理及输电线路使用综合重合闸的意义。重点：自动重合闸的基本作用、工作原理与继电保护的配合。需注意搞清当输电线路发生各种故障时，继电保护和自动重合闸的动作顺序。 第五章 电力变压器保护掌握电力变压器常见的故障和不正常运行状态及应配置的继电保护；熟悉变压器纵联差动保护的基本原理；理解变压器零序保护和瓦斯保护的工作原理。重点：变压器继电保护的基本配置及典型保护的工作原理。难点：变压器励磁涌流的分析及保护的影响。关键是把变压器的故障和励磁涌流的特点区分开来，这样在构成保护时，就可以考虑尽量减少励磁涌流对变压器保护的影响，防止保护的不正确动作。 第六章 微机型继电保护理解微机保护的优越性能和基本构成，掌握微机保护的硬件构成框图，了解微机保护的相关算法。重点：微机保护的构成和硬件框图。四、思考题和作业绪论1 什么是电力系统的不正常运行状态、故障和事故？2 继电保护的任务是什么？对继电保护装置的要求是什么？3 什么是继电保护装置动作的选择性和灵敏性？4 画出继电保护装置的组成方框图，并说明各部分的基本作用？第一章 电网的电流电压保护1 简述三段电流保护的基本工作原理和整定计算原则。2 三段电流保护由哪三种保护构成？各段各起何作用？3 何为电流保护的接线方式？常用的接线方式有哪几种？4 功率方向继电器在保护装置中的作用是什么？5 什么叫功率方向继电器的最大灵敏角？画出功率方向继电器的动作区（内角为30）6 什么叫功率方向继电器的90接线？画出相量图。7 说明中性点直接接地系统单相接地故障的特点。8 说明中性点不接地系统单相接地故障的特点。第二章 电网的距离保护1 说明距离保护的基本工作原理。2 画出三段式距离保护的时限特性。3 画出方向阻抗继电器的动作特性圆，并写出幅值比较和相位比较的动作方程，说明为何圆内为动作区。4 画出全阻抗继电器的动作特性圆，并写出幅值比较和相位比较的动作方程，说明为何圆内为动作区。5 对阻抗继电器的接线方式有何要求？常用的接线方式有哪几种？6 影响距离保护正确工作的因素有哪些？一般采用什么措施来消除或减少其影响。7 说明反应相间短路的三段式距离保护的整定计算方法。第三章 输电线路的高频保护1 简述纵差动保护的工作原理。2 说明相地制高频通道的基本构成元件和各元件的作用。3 何为高频闭锁方向保护？4 何为相差高频向保护？第四章 输电线路的高频保护1说明输电线路装设重合闸的意义。2解释单相自动重合闸、三相自动重合闸和综合自动重合闸的含义。3说明自动重合闸与保护的配合方式。4何为重合闸前加速保护和重合闸后加速保护。5 双电源线路装设重合闸应考虑何种问题？6 双电源线路三相自动重合闸常见的类型有哪几种？第五章 电力变压器保护1 说明电力变压器可能出现的故障和不正常状态。2 说明瓦斯保护的工作原理和对其安装的要求。3 何为电力变压器的励磁涌流？有何特点？4 在Y，d11接线的变压器上装设差动继电器时，为什么电流互感器要采用相位补偿接线。5 简述变压器零序保护的工作原理。第六章 微机型继电保护1 简述微机型继电保护的优点。2 画出微机保护的典型硬件框图，并说明各部分的基本作用。3 何为数字滤波器？与模拟滤波器相比有何优点？4 什么是算法？微机保护的主要算法有哪些？5 提高微机保护抗干扰性能的措施是什么？五、需要说明的问题1课程作业由于本课程的课时偏少，建议根据章节内容，再找一些相关的继电保护习题集，进行学习，巩固所学习的内容，题目类型可以是：思考题、简答题、画图题和整定计算等各种类型。2课程的考核采用闭卷考试形式，其中平时成绩和考勤占20%，试卷成绩占80%。3考试题型名词解释、填空题、简答题、画图题和整定计算等类型。4教材及教学参考书陈生贵主编电力系统继电保护 重庆大学出版社，2003年，第3版。5任课教师的联系方式电话：01051687104电子邮件地址： qingf通信地址：北京交通大学电气学院电力系 秦芳邮政编码：100044 任课教师：秦芳 2004年9月8