《电力系统与继电保护》课程教学大纲

1、电力系统与继电保护课程教学大纲课程名称：电力系统与继电保护课程代码：ELEA1041英文名称：Power System Relay Protection课程性质：专业选修课程学分/学时：2学分/36学时(30+6)开课学期：第7学期适用专业：电气工程及其自动化先修课程：电机原理与电机拖动、电力电子技术、电力系统基础后续课程：无一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：电力系统与继电保护是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课程。本课程针对电气工程及其自动化专业的特点，以电力系统继电保护原理等基础知识为主，同时结合电路原理、电

2、力系统基础，并且以理论知识、计算分析为导向，培养学生掌握电力系统继电保护的基本原理，整定计算及运行分析的能力。教学目标：电力系统与继电保护是一门全面介绍继电保护基本原理、常用技术、分析方法的课程。本课程的主要内容包括：继电保护的基本原理及组成、电网的电流保护、电网距离保护、输电线路纵联保护、自动重合闸、电力变压器保护、发电机保护、母线保护。通过相关功能模块的理论讲授和实验训练，使学生掌握电力系统中的电网、变压器、发电机、母线等原件的保护方式。通过对各种保护的整定计算，培养学生具备保护整定计算和保护运行分析的能力。通过电力系统中电流保护和距离保护的实验，培养学生对电力系统保护运行分析和解决实际问

3、题的能力。本课程的具体教学目标如下：掌握电力系统继电保护的基本要求，电网的电流保护、电网距离保护、输电线路纵联保护、自动重合闸、电力变压器保护、发电机保护、母线保护基本原理。培养学生对电力系统不同电压等级、不同的原件保护方式的选择和设置的能力。掌握电网电流保护、距离保护电力变压器保护及接地保护整定计算的方法，培养学生针对具体输电线路采用的继电保护保护的计算及整定的能力。掌握输电线路及电力网主要元件的相间短路保护及接地保护的配置，培养学生对电力系统各元件采用各种主保护及后备保护的配置及多保护方式下发生故障的运行分析能力。教学目标与毕业要求的对应关系：毕业要求指标点课程目标对应关系说明毕业要求2：

4、问题分析2-1能运用数理和工程知识进行专业领域复杂工程问题中的内涵识别与理解分析教学目标2掌握电力系统三段式电流保护、距离保护、电力变压器及接地保护的整定计算方法，具备对具体输电线路采用的继电保护保护的计算及整定的能力。教学目标3理解掌握输电线路及电力网主要元件的相间短路保护及接地保护的配置，具备配置、设计各种主保护及后备保护，和多保护方式下发生故障的运行分析能力。毕业要求3：设计/开发解决方案3-1能够理解专业知识与相关技能，具备解决复杂工程问题的设计能力，并具有能够初步分析、设计、运行与技术维护能力教学目标1掌握继电保护的基本要求，电力系统中的电网、变压器、发电机、母线等原件的保护原理。二

5、、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容）（重点内容：；难点内容：）绪论（2学时）（支撑教学目标1）1.1 电力系统故障及不正常工作状态1.2 继电保护基本原理1.3 对继电保护的基本要求1.4 继电保护的发展状况1.5 本课程的教学内容、课程特点和学习要求目标及要求：了解电力系统继电保护的作用、技术发展状况；了解电力系统故障及不正常工作状态，理解电力系统继电保护的基本原理及组成；掌握电力系统继电保护的基本要求，重点是选择性的意义；了解课程的主要教学内容、学习方法和主要参考资料。讨论内容：简要介绍继电保护四个特性重要性，讨论不同场合下优先满足的

6、特性，突出选择性和速动性在不同保护状态要求下的满足度。作业内容：继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能，各环节的作用。自学拓展：通过网络查询目前电力系统和其他行业如轨道交通的继电保护有何不同。电网的电流保护（6学时）（支撑教学目标1、2）2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护2.2 双侧电源网络相间短路的方向性电流保护2.3 中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护2.4 中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护目标及要求：了解继电保护装置的动作和返回、过电流继电器和功率方向继电器的原理，理解动作值、返回值、返回系数、系统运行方式、短路电流曲线、三段式电流保护原理接线、电流保护

7、接线方式；掌握三段式电流保护原理、动作电流整定、灵敏度校验、动作时间整定，掌握方向性电流保护原理接线及整定计算、功率方向元件的工作原理与接线方式；掌握中性点直接接地系统中零序电流保护及方向保护的原理、接线与整定计算；掌握中性点非直接接地系统中单相接地故障分析及特点，了解中性点非直接接地系统中单相接地故障的零序电流、电压及方向保护的原理、接线与整定计算。讨论内容：结合最大最小运行方式下三段式电流保护范围变化，讨论输电线路采用三段式电流保护的优缺点。作业内容：输电线路三段式电流保护的整定计算。自学拓展：通过网络搜索了解功率方向继电器，零序电流滤过器的实物特性。电网距离保护（4学时）（支撑教学目标1

8、、2、3）3.1 距离保护的基本原理与构成3.2 阻抗继电器及其动作特性3.3 阻抗继电器的实现方法3.4 距离保护的整定计算与对距离保护的评价3.5 距离保护的振荡闭锁3.6 故障类型判别和故障选相3.7 距离保护特殊问题的分析3.8 工频故障分量距离保护目标及要求：了解电网距离保护的原理及构成；了解圆特性阻抗继电器原理，理解偏移圆、方向圆、全阻抗圆特性阻抗继电器的动作方程、动作特性及特性分析，理解阻抗继电器的接线方式；掌握三段距离保护的整定计算，了解线路保护的配置及对距离保护的评价；掌握系统振荡、过渡电阻、串联电容补偿等影响距离保护正确工作的因素分析及防止方法；了解工频故障分量距离保护原理

9、。讨论内容：采用汇编、C语言、调用内建函数和混合编程等方法，编写实现向量表数据乘加的源程序，讨论不同方法的执行效率。作业内容： 三段式距离保护整定计算。自学拓展：学习继电保护和安全自动装置技术规程中规定必须装设距离保护的情况。输电线路纵联保护（3学时）（支撑教学目标1、3）4.1 输电线路纵联保护概述4.2 输电线路纵联保护两侧信息的交换4.3 方向比较式纵联保护4.4 纵联电流差动保护目标及要求：了解输电线路纵联保护的基本原理，输电线路纵联保护常用的通信方式；理解高频保护的基本概念与构成原理，掌握高频闭锁方向保护、高频闭锁距离保护及相差高频保护的基本原理以及相差高频保护的相位特性和闭锁角整定

10、。讨论内容：闭锁式距离纵联保护保护配合。作业内容：闭锁式纵联保护为何需要高低定值两个启动元件。自学拓展：对纵联差动保护及闭锁方向保护保护区范围的比较。自动重合闸（3学时）（支撑教学目标1、3）5.1 自动重合闸的作用及对它的基本要求5.2 输电线路的三相一次自动重合闸5.3 高压输电线路的单相自动重合闸5.4 高压输电线路的综合重合闸简介目标及要求：理解重合闸的作用、基本要求；掌握单侧电源三相一次重合闸的工作原理，掌握双侧电源具有同步检定无压检定的重合闸工作原理，理解重合闸时限的选择，掌握重合闸与继电保护的配合。理解单相重合闸基本原理，了解综合重合闸基本原理。 讨论内容：三相一次重合闸与其他保

11、护的配合关系。作业内容：电网中使用三相重合闸哪些情况需要考虑两侧电源同期问题。自学拓展：变电所三相一次重合闸电路原理及动作情况。电力变压器保护（6学时）（支撑教学目标1、2、3）6.1 电力变压器的故障类型和不正常工作状态6.2 变压器纵差动保护6.3 变压器的励磁涌流及鉴别方法6.4 变压器相间短路的后备保护6.5 变压器接地短路的后备保护6.6 变压器零序电流差动保护6.7 变压器保护配置原则目标及要求：了解变压器的故障类型和不正常工作状态；掌握变压器差动保护构成原理以及不平衡电流的产生分析方法，掌握 变压器差动保护的整定计算原则，掌握具有制动特性的变压器差动保 护的工作原理，掌握变压器励

12、磁涌流的分析与特点及鉴别方法；了解变压器常用相间及接地后备保护工作原理；理解变压器零序电流差动保护的原理，掌握变压器保护配置的原则；讨论内容：单相及三相变压器励磁涌流的特征。作业内容：变压器纵差动保护中消除励磁涌流影响的措施。自学拓展：多台变压器并列运行时的主保护及后备保护。发电机保护（4学时）（支撑教学目标1、3）7.1 发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式7.2 发电机定子绕组短路故障的保护7.3 发电机定子绕组单相接地保护7.4 发电机负序电流保护7.5 发电机的失磁保护7.6 发电机的失步保护7.7 发电机励磁回路接地保护目标及要求：了解发电机的故障类型、不正常工作状态及其保护方式

13、；掌握发电机定子绕组短路故障的纵差动及横差动保护工作原理；理解利用零序电压构成的发电机定子绕组单相接地保护原理，利用三次 谐波电压构成的发电机定子绕组单相接地保护原理；了解发电机负序过电流保护的作用，理解定时限和反时限零序过电流保 护的工作原理；掌握发电机失磁过程及其分析，理解失磁保护判据的意义及失磁保护原 理，了解失步保护原理，了解励磁回路接地保护原理。讨论内容：发电机完全差动保护和不完全差动保护的保护特点及不足。作业内容：大容量发电机为何要采用100%定子接地保护。自学拓展：发电机励磁回路一点接地保护和反应发电机定子电压二次谐波分量的励磁回路两点接地保护。母线保护（2学时）（支撑教学目标1

14、、3）8.1 母线故障和装设母线保护基本原则8.2 母线差动保护基本原理8.3 母线保护的特殊问题及其对策8.4 断路器失灵保护简介目标及要求：了解母线保护配置基本原则；掌握单母线完全电流差动保护、高阻抗母线差动保护，具有比率制动 特性的中阻抗母线差动保护，电流比相式母线保护，原件固定连接的 双母线电流差动保护，母联电流比相式母线差动保护的工作原理；了解装设断路器失灵保护的条件及要求。讨论内容：电流互感器的饱和问题及母线保护常用的对策。作业内容：判别母线故障的基本方法。自学拓展：母线运行方式的切换及保护的自适应。实验一：输电线路电流保护实验（2学时）（支撑教学目标2、3）目标及要求：熟悉几种常

15、用继电器，如电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器等的构成原理，及调整动作值、返回值和计算返回系数；学习电力系统三段式电流保护中电流、电压、时间整定值的调整方法；研究电力系统中运行方式变化对保护灵敏度的影响，分析三段式电流保护动作配合的正确性。自学拓展：学习电力系统中微机型电流保护时间、电流、整定值的调整方法。实验二：输电线路距离保护实验（2学时）（支撑教学目标2、3）目标及要求：熟悉阻抗继电器原理、特性及调整整定值方法；掌握阻抗继电器在线路距离保护中的应用和实现方法以及与重合闸继 电器的配合方式；了解不同的运行方式对距离保护的影响；了解同一变电站阻抗保护各段之间配合的动作

16、过程。自学拓展：电力系统含有串联补偿下阻抗特定的调整。实验三：变压器差动保护实验（2学时）（支撑教学目标2、3）目标及要求：1） 掌握变压器纵差保护的组成原理及整定值的调整方法；2） 了解Y接线的变压器，其电流互感器二次接线方式对减少不平衡 的影响；了解差动保护制动特性的特点，观察差动保护制动特性上A点或B点 大小的变化对保护灵敏度和保护避不平衡电流能力的影响。自学拓展：三绕组变压器与两绕组变压器保护的配置及接线，整定的不同方法。三、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识

17、体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。在目前的实验教学条件基础上，及时采用实验练习法，强化所学知识的理解和运用，培养学生解决实际问题的能力。结合具体教学内容，本课程所采用的教学方法说明如下：利用图片演示的方法，直观向学生呈现电力系统常见故障及产生的后果，展示继电保护构成的基本元件，利用电路故障推演的方法，演示继电保护的选择性在电气元件前后保护配合的重要性。电网的电流保护、电网的距离保护、电力变压器的保护。教学内容涉及保护的整定计算，教学时比较容易设计明确的功能目标。在教学中采用讲授法、演示法和案例法、实验练习法相结合。在讲授各模块的基本工作原理的基础上，通过课堂讲授案例的

18、计算和课外练习，并予以适当指导，及时强化教学内容。设计实验内容时，主抓三个保护的核心内容，在原理清晰的基础上，针对需要整定计算和现实中最常见的保护方式进行试验练习，使学生对保护的整定，计算，调整，配合有更深刻的理解。输电线路保护、发电机保护和断路器失灵保护。教学内容建立在对瞬时电流速断保护，限时电流速断保护，过电流保护，距离保护，差动保护等原理的基础上，结合保护对象，采用讲授法，演示法，对于工程中的实际的问题，采用讨论法，探讨解决保护区范围不足，保护拒动，误动等问题。强化对学生理论与实际结合的能力、工程问题分析能力的培养。自动重合闸。教学内容主要是重合闸作用及重合闸与保护的配合，主要采用演示法和案例法，通过实际重合闸的原理的讲解，三相一次重合闸控制电路的探讨，使学生掌握重合闸的原理及实现方法。通过结合继电保护的选择性，使学生掌握重合闸前加速保护和后加速保护。在教学方法的实际执行过程中，每个教学环节都应具有明确的目的性。同时，以上教学方法需要根据教学过程中的实际效果、学生对知识点的掌握和应用情况不断改进。教学效果不好、学生对知识点理解程度不高时，应适当调整教学方法，适当增加演示法，练习训练或实验训练法，或在讲授后续教学内容时，引导学生前后联系，结合前置难点内容进行讨论，强化