电力系统继电保护 教案正页 刘学军 第1-11次课 绪论-电流相差高频保护

第1次课

课题：

第1章绪论

第2章2.1.1电流俣护用的互感器

教学目的：1.了解继电保护的任务、作用；

2.了对继电保护的基本要求；

3.了解继电保护工作原理、分类及构成。

4、了解电流保护用的互感器

教学重点和难点：

1.对继电保护的基本要求。

2.了解继电保护的基本要求中四性的辩证关系。

教学方法与手段：

采用讨论式教学方法，用多媒体课件讲授。

授课内容和课外作业：

授课内容设计：1.1电力系统继电保护的任务及作用

一、系统故障及不正常工作状态

1、解释故障与事故的区别。

2、分析短路故障引起严重后果。

二、继电保护名词与继电保护装置

三、保护装置的任务

1、切除故障元件，

2、反应电气元件不正常工作状态，

3、与其他自动装置配合，提高电力系统继电保护装置的可靠性。

4、对继电保护装置的基本要求

结合图1T讲解。这是一个单侧电源多级线路的电流保护例子。先解释电流保

护的正方向和保护的范围。

1、选择性：

1）实现选择性，分析k3点短路保护装置p6应起动动作切除线路WL4。同理,

分析k2、kl点短路故障情况，即距故障点最近的保护应先动作。

后备保护。如k3点短路，P6保护拒动，则上一级保护p5应延时动作，即近

后备保护动作，如P5拒动，则经过更大延时P2和pl动作切除故障线路WL4,

称为远后备保护。

2）解释主保护和辅助保护

3、速动性

要求快速切除故障元件，切除时间等于继电保护整定时间和断路器动作时间之

和。根据保护对象不同，要求时间不同。

4、可靠性

该动作的保护范围内准确动作，保护范围内不该动作的，不误动。继电保护工

作原理、构成及分类

1、分类

2、模拟型保护构成框图（图1-2）

3、微机保护硬件原理构成框图（图1-4）

4、电流保护原理

分析电流保护图1-3工作原理。

4^电磁式互感器

小结：第1章、第2章，互感器。，

作业：1-6

第2次课

课题：电流保护的互感器和继电器

教学目的：

1、掌握互感器的工作原理及构成、接线、误差和使用注意事项;

2、了解继电器构成、及继电特性

教学重点和难点：

电磁式互感器的接线和误差

教学方法与手段：

采用讨论式教学方法用多媒体课件讲授。

授课内容设计：

2.1单侧电源网络的相间短路电流、电压保护

一、互感器

1、电流互感器TA

1）工作原理：通过图2-1、-2讲解。

2）电流变比KTA,产生电流误差；通过向量图2-2分析相位误差。

3）电流互感器TA的准确度级和二次额定容量。

4）TA的极性（反极性）和接线。通过图2-4讲解极性，接线系数Keon。

2、电磁式电压互感器TV

1）通过图2-8讲解工作原理，电压变比降

2）电压互感器的电压变比产生电压误差，通过向量图分析相位误差。

3）TV接线方式（图2-9）注意d图为保护常用接线方式。

4）互感器接线注意事项。TA不能开路，TV不能短路。

二、电流保护用的继电器

1、电磁型继电器

1）结构和工作原理，讲清楚继电保护特性、动作电流、返回电流、返回系数。

2）介绍各种继电器的工作原理、文字符号和图形符号。

3）主要讲解电流继电器DL、电压继电器DJ、时间继电器DS、中间继电器DZ、

信号继电器DX。

2、数字继电器（如微机型继电器）

三、对互感器和继电器小结

作业：2-1、2-3>2-4>2-5、2-12.

第3次课

课题：三段式电流保技

教学目的：

1、掌握三段式电流保护的工作原理、整定计算、接线图。

2、绘制三段式电流保护的时限特性，按时间阶梯原则，=0.5s。

3、分析三段式电流保护装置的接线图

1)原理接线图。元件以整体出现，继电器触点和线圈以整体出现，保护的来

龙去脉，一目了然。分析动作过程方便。

2)展开接线图。继电器触点和线圈分开，分为交流回路和直流回路。交流回

路又分为信号回路。直流回路又称为控制回路。展开接线图便于安装和维修。

如果在展开接线图标好回路数字符号，就成为安装接线图，是现场施工、维修

的重要图纸。

教学重点和难点：

1、三段式电流保护的工作原理、读接线图，分析动作特性。

2、三段式电流保护的整定计算

3、三段式电流保护的时限特性

教学方法与手段：

采用讨论式教学方法，用多媒体课件讲授。

授课内容设计：

一、无时限电流速断保护

1、通过图2-28讲解保护的工作原理和整定计算，又称为第一段电流保护。为

了实现选择性，第1段电流保护只能保护线路的一部分，不能保护的部分称为

死区。

2、推导第1段电流保护的动作电流公式(2-36),解释第1段保护可靠系数

的物理意义。

3、分析电流保护接线图2-29,熟悉图形符号和文字符号。

4、确定第1段电流保护的保护范围，最小运行方式要求m=15Q20虬最大运

行方式m>50%。

5、在个别情况下，第1段电流保护也可以保护线路的全长。如图2-30所示。

二、带时限的电流速断保护（第2段电流保护）

1、用图2-35讲解工作原理和整定计算。

1）保护1段有死区，为了保护线路全长，增加一段带延时的电流保护，用时

限△t=0.5s实现选择性。第2段保护作为第1段电流保护的近后备保护。

2）推导第2段整定计算公式，解释第2段保护的可靠系数、灵敏系数的物理

意义。

3、分析第2段保护原理接线图动作特性。

三、定时限过电流保持（第3段电流保护）

1、用图2-37讲解第3段电流保护工作原理，分析保护的时限特性。各级线路

保护保护的时限不同，越靠近电源侧时限越长。按阶梯原则整定动作时限。

2、灵敏系数校验。注意远后备保护的灵敏系数比近后备保护灵敏系数低。各

级线路第3段电流保护的灵敏系数之间互相配合，对于同一故障点，越靠近故

障点的保护灵敏系数越高。

四、三段式电流保护装置

分析二段式电流保护装置图2-40动作特性.

1）原理图

3）展开图（交流回路、信号回路、控制回路）

第1段保护由IKA、2KA、IKS、KC0构成；

第2段保护由3KA、4KA、1KT、2KS、KC0构成；

第3段保护由5KA、6KA、2KT、3KS、KCO构成。

五、讲解例题【2-1],掌握三段式电流保护的整定计算。

作业：2-15、2-18、2-20、2-23

第4次课

课题：2.2电网相间短路的方向性电流保护

教学目的：

1、掌握电网相间短路的方向性电流保护的接线、工作原理及整定计算。

2、掌握功率方向继电器的构成，相位比较和嗝值比较原理。

3、掌握功率继电器的内角选择及接线方式。

教学重点和难点：

LG-11整流型功率继电器的工作原理、相位比较和幅值比较。

教学方法与手段：

采用讨论式教学方法，用多媒体课件讲授。

课程内容设计：

1、对双侧电源或单侧电源环形网络电流保护失去选择性。

2、用图2-47分析方向电流保护，按保护正方向获将保护1、3、5分为一组；2、4、6、分

为一组。

每组保护工作原理分析方法如前所述。

3、电流保护加装功率方向继电器，解决了电流保护选择性，，但并不是都要求装设，只有

仅靠时限不能满足选择性时装设。

4、分析功率方向继电器的工作原理，以幅值比较原理和相位比较原理构成功率方向继电器。

5、LG-11功率继电器有两个自大灵敏角可选择。（-30°或45°）o

6、相位比较和幅值比较之间转换关系

7、LG-11功率继电器的电压形成回路和复制比校回路

8、LG-11功率继电器的接线方式。

第5次课

课题：2.3电网的接地保护

一、中性点直接接地电网零序电流保护

教学目的：

1、了解中性点直接接地电网单相接地故障零序电流的特点

2、掌握中性点直接接地电网的零序电流保护。

教学重点和难点：

1）掌握零序电流、电压分布的特点，

2）了解零序电流保护的工作原理.、整定计算。

教学方法与手段：

采用讨论式教学方法，用多媒体课件讲授。

教学内容设计：

第一节中性点直接接地电网的零序电流保护

1、单相接地时零序电流的特点

分析图2-63的零序等值网络，推导出故障点的零序电流、各序电压和各序复

数功率，如公式(2-82)、(2-83)、(2-84)。

零序分量特点：

1)故障点零序电压最高。零序功率最大。

2)零序电流超前零序电压90度，零序电流分布由线路零序阻抗和中性点接地

变压器的零序阻抗决定。

2、中性点直接接地电网零序电流保护

1)架空线线路零序电流保护采用零序电流滤过器构成，如图2-64a,电缆线

路采用零序电流互感器构成，如图2-64b。

2)讲述三段式零序电流保护，推导零序电流保护整定计算公式。

3)零序电流保护比相间短路保护动作时限缩短了。

4)分析图2-65三段式零序电流保护的动作特性。

课外作业：。

2-30、2-3K2-34>

T1-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

第6次

课题：2.3电网的接地保护

二、中性点非直接接地电网的接地保护

教学目的：

1、了解中性点非直接接地电网单相接地故障的特点

2、掌握中性点不接单地网接地保护工作原理及接线。

教学重点和难点：

1）单侧电源单线路单相接地故障点零序电流、电压分布的特点，

2）单侧电源单多条线路的单相接地相接地零序电压、电流的分布。

3）绝缘监视、零序电流保护的工作原理、整定计算。

教学方法与手段：

采用讨论式教学方法，用多媒体课件讲授。

教学内容设计：

中性点非直接接地电网的接地保护

讲解中性点不接地电网单相接地故障的特点

1）讲解图2-74,推导出单侧电源单线路电网的单相接地时故障点母线上零序

电压公式（2T10）,各相零序电流公式（2-111）,接地电流公式（2-112）o

得出：故障相对地电压为零，非故障相电压升高6倍，故障相电流为610,

接地电流为310。

2）单侧电源多条线路电网单相接地特点

非故障线路零序电流从母线流向线路，故障线路零序电流为全电网非故障相零

序电流之和，方向从线路流向母线。

2.3.2中性点不接地电网的接地保护

1）绝缘监视装置（图2-76）

2）零序电流保护

3）零序功率保护（图2-77）

2.3.3中性点经消弧线圈接地的单相接地保护

1、讲解消弧线圈的电容电流补偿作用，根据补偿程度不同分为完全补偿、欠

补偿、过补偿。广泛采用过补偿度P为596~10%。

2、中性点经消弧线圈接地电网的接地保护

1）反应稳态过程的接地保护有采用绝缘监视装置；零序电流保护、反应接地

电流有功分量的保护、反应高次谐波分量的保护。

2）反应暂态过程的接地保护。包括反应暂态电流幅值的接地保护和反应暂态

零序分量首半波方向的接地保护。

2、讲解例题[2-4]

课外作业：。

2-36、2-37>2-38>2-42>2-45、2-4

第7次课

课题：2.3电网的距离保护

一、距离保护作用及基本原理

二、单相式阻抗继电器的整体性及构成原理

教学目的：

1、了解距离保护工作原理

2、掌握三段式距离保护工作原理

3、了解阻抗继电器的分类

4、掌握两个电气量幅值比较原理和相位比较原理阻抗继电器的构成。

教学重点和难点：

1、距离保护基本原理

2、掌握三段式距离保护的工作原理和整定计算

3、分析全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移圆阻抗继电器的幅值比较动作

特性和电压形成回路。

教学方法与手段：

采用讨论式教学方法，用多媒体课件讲授。

授课内容设计：

一、距离保护的基本原理

1、距离保护是反应故障点至保护安装地点之间距离，并根据该距离的大小确

定保护动作时限的一种继电保护。测量阻抗Zr=Ur/Ir,保护动作时限是距离（阻

抗）的函数。t-fCZ.Do

2、距离保护时限特性

用图3T讲述距离保护作用原理，推导整定计算公式（3-1至3-6）

4、讲解三段式距离保护框图（图3-2）

三、单相式阻抗继电器的动作特性及构成原理

1、阻抗继电器的分类

1）单相式阻抗继电器的测量阻抗

2）继电器的整定阻抗

3）阻抗继电器用复平面分析其动作特性。图3-3。

2、阻抗继电器的构成

1）分析比较两个电气量幅值原理阻抗电器的泡成，图3-4。

2）分析比较两个电气量相位原理的阻抗继电器构成，图3-5。

3、利用复平面分析阻抗继电器特性

只分析幅值比较的全阻抗继电器、方向阻抗继电器和偏移圆阻抗继电器的动作

特性和电压形成回路。其他阻抗继电器简单提提，相位比较可以让学生自学。

1）全阻抗继电器动作特性

2）方向阻抗继电器动作特性

3）偏移圆阻抗继电器特性

四、方向阻抗继电器的插入电压和极化电压

1、插入电压和极化电压的作用

记忆回路（图3-25）

2、采用高Q值50Hz带通虑波器（图3-26）

3、引入非故障相电压

课外作业：3-3、3-4、3~5

第8次

课题：阻抗继电器的接线方式

一阻抗继电器的接线方式

二、影响距离保护正确动作的因素

三、距离保护的整定计算

教学目的：

1、了解对距离保护接线方式的要求

2、掌握阻抗继电器的接线方式

了解影响距离保护正确动作的主要因素

教学重点和难点：

1、了解阻抗继电器不同接线方式时，接入电压和电流的关系

2、掌握阻抗继电器0度接线方式，了解其他谖线方式

3、掌握影响距离保护正确动作的主要因素

教学方法与手段：

采用讨论式教学方法，用多媒体课件讲授。

授课内容设计：

一阻抗继电器接线方式

3、接线方式的基本要求

1）测量阻抗等于短路点到保护安装地点之间距离；

2）继电器的测量电压应与保护类型无关

4、反应相间短路接线方式的阻抗继电器

见表3-3所示，接线方式有0。接线方式、30°接线方式和反应接地故障的阻

抗继电器接线方式。重点讲解0°接线方式。

1）0°接线方式用于相间短路故障

2）30°接线方式用于输电线路送电端距离保护的起动元件

3）反应接地故障的阻抗继电器接线方式（图3-36）,用于中性点直接接地电

网作为距离保护中测量元件阻抗继电器的接线方式。

二、影响阻抗继电器正确动作的因素

影响距离保护正确动作的因素教材上讲述了7条，建议只讲3条。

1、短路点过渡电阻对距离保护的影响

2、电力系统震荡对距离保护的影响

3、分支电流的影响

三、距离保护的整定计算公式。

建议通过例题讲解距离保护的整定

1、推导距离保护整定计算的公式(3T21至3T41)

2、讲解例题【3-1】

课外作业：

3-19、3-20.3-2

第9次

题目：输电线路的差动保护和高频保护

教学目的：

一、差动保护工作原理

电网的高频保护

教学重点和难点：

一、掌握纵差保护工作原理

二、掌握高频保护工作原理

教学方法与手段：

采用讨论式教学方法，用多媒体课件讲授。

授课内容设计：

一、输电线路的导引线纵联差动保护

1、差动保护工作原理，

采用反应输电线路两端的电气量的纵联差动保护实现线路全长范围内任

何点短路故障都能快速切除。

用图4T讲解差动保持工作原理，分析保护区内故障和保护区外故障差动保护

动作情况。推导差动保护的动作电流、校验灵敏度（公式4-9至4T1）。

2、影响差动保护正确动作因素

第10次

分析影响差动保技正确动作因素。

1）电流互感器的误差和不平衡电流

2）导引线的阻抗和分布电容

3）导引线的故障和感应过电压

二、电网的高频保护

1、高频保护的原理与分类

2、高频通道

1）输电线路的高频通道。讲述“相-地”制高频通道的加工设备。简介微波通

道和光纤通道。

2）高频通道的衰耗和裕度。

3）高频