《继电保护原理》课程教学大纲

课程名称：	继电保护原理	课程编码：	6013A519
总学时数：	48	课内实践学时数：	4
学    分：	3	开课单位：	电信学院
先修课程：	电路、电磁场、电子技术、电机学、电气设备与供配电系统、电力系统分析等。
适用专业：	电气工程及其自动化

 

一、课程性质、目的和任务

《继电保护原理》课程是电气工程及其自动化专业学生必修专业课程之一，是研究供电系统故障与反故障措施的一门实用技术课程。其特点是理论与实践并重。本课程的主要任务是讲授输电线路、高压电气设备的各种继电保护原理、继电器、装置及其运行情况。通过理论及实践环节的教学，使学生掌握常用的继电保护和自动装置的基本理论及调试技术，培养初步的设计能力。主要支撑毕业要求1.2、1.3、2.2、2.3、3.1、3.2、4.1达成。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：

1、工程知识

掌握必要的继电保护基本知识，能应用继电保护原理基本知识解决复杂工程技术问题。

2、问题分析

能够理解并恰当表述控制工程实际问题，找到合适的解决电气工程继电保护中实际问题的方案与方法。

3、设计/开发解决方案

在某些产品或系统的设计开发中能用到继电保护原理的基本知识并体现创新意识。

4、研究

能够采用继电保护原理基本知识对工程问题进行建模和仿真分析研究。

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

 

二、教学内容及教学基本要求

第一章  绪论

1、教学要求

了解电力系统的正常工作状态；电力系统的常见的不正常工作和故障状态及其危害；保护装置的构成；继电保护的工作回路。

理解电力系统继电保护的作用；电力系统继电保护的工作配合；选择性、快速性、灵敏性、可靠性；四大基本要求相互间的关系。

2、教学内容

第一节  电力系统的正常工作状态、不正常工作状态和故障状态

知识要点：电力系统的正常工作状态；电力系统的常见的不正常工作状态及其危害；电力系统的故障状态及其危害；电力系统继电保护的作用。

第二节  继电保护的基本原理及组成

知识要点：各种继电保护的基本原理；保护装置的构成；继电保护的工作回路；电力系统继电保护的工作配合。

第三节  对继电保护的基本要求

知识要点：选择性、快速性、灵敏性、可靠性；四大基本要求相互间的关系。

第四节  继电保护发展简史

知识要点：继电保护技术、装置的发展历史。

3、本章重点、难点

本章重点：继电保护的基本原理、组成、作用；对继电保护的基本要求及其相互关系。

本章难点：对继电保护的四大基本要求的理解。

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验0学时。

第二章 常用继电器

1、教学要求

了解感应型、整流型电流继电器原理结构；差动继电器的原理结构；阻抗继电器的分类及精确工作电流；继电保护对时间继电器的要求；中间继电器的类型

理解电流继电器的动作电流、返回电流、返回系数，电压继电器的动作电压、返回电压、返回系数；功率方向继电器的工作原理。

掌握动作值和返回系数的调整方法；感应型、整流型电流继电器的特性及应用范围；由差动继电器构成差动保护的原理；功率方向继电器的原理接线及动作条件；阻抗继电器的作用；中间继电器的作用。

2、教学内容

第一节  电流电压继电器

知识要点：电流继电器的动作电流、返回电流、返回系数，电压继电器的动作电压、返回电压、返回系数；动作值和返回系数的调整方法。

第二节  反时限特性电流继电器

知识要点：感应型、整流型电流继电器原理结构；感应型、整流型电流继电器的特性及应用范围。

第三节  差动继电器

知识要点：差动继电器的原理结构；由差动继电器构成差动保护的原理。

第四节  功率方向继电器

知识要点：功率方向继电器的工作原理；功率方向继电器的原理接线及动作条件。

第五节  阻抗继电器

知识要点：阻抗继电器的分类及精确工作电流；阻抗继电器的作用。

第六节  时间继电器

知识要点：继电保护对时间继电器的要求；时间继电器的主要技术参数、整定与使用方法。

第七节  中间继电器

知识要点：中间继电器的类型；改变参数的方法；中间继电器的作用。

3、本章重点、难点

本章重点：电流继电器、差动继电器、功率方向继电器

本章难点：阻抗继电器

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课4学时，实验2学时。

第三章  电网的电流保护

1、教学要求

了解继电器的要求和分类、过电流继电器的基本原理、继电器的继电特性；单侧电源网络相间短路时电流量值特征及影响因素；电流速断保护的主要优缺点；反时限特性的电流保护的整定配合。了解双侧电源网络相间短路时的功率方向的特点；对功率方向判别元件的要求；接地短路时零序电压、电流和功率的分布规律；对功率方向判别元件的要求；接地短路时零序电压、电流和功率的分布规律；方向性零序电流保护原理；对零序电流保护的不足及解决方法。中性点不接地或经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点；零序电流的整定计算和零序功率方向保护的特点。

理解阶段式电流保护的配合及应用；电流保护的接线方式及特点和适用场合。方向性电流保护的应用特点；零序电压、电流滤过器的构成；零序电压保护的结构原理。

掌握电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护的工作原理、组成结构、整定计算原则及方法、问题分析思路和方法；方向性电流保护的基本原理；动作特性、构成及原理、相间短路的接线方式；零序电流I、II、III段保护的整定原则及计算方法；方向性零序电流保护原理。

2、教学内容

第一节  单侧电源网络相间短路的电流保护

知识要点：继电器的要求和分类、过电流继电器的基本原理、继电器的继电特性；单侧电源网络相间短路时电流量值特征及影响因素；电流速断保护的工作原理、组成结构、整定计算原则及方法、问题分析思路和方法，其主要优缺点；限时电流速断保护的工作原理、组成结构、整定计算原则及方法、问题分析思路和方法，其主要优缺点；定时限过电流保护的工作原理、组成结构、整定计算原则及方法、问题分析思路和方法，了解其主要优缺点；阶段式电流保护的配合及应用；反时限特性的电流保护的整定配合；电流保护的接线方式及特点和适用场合。

第二节  双侧电源网络相间短路的方向性电流保护

知识要点：双侧电源网络相间短路时的功率方向的特点；方向性电流保护的基本原理；对功率方向判别元件的要求，掌握其动作特性、构成及原理、相间短路的接线方式；方向性电流保护的应用特点。

第三节  中性点直接接地系统中接地短路的零序电流及方向保护

知识要点：接地短路时零序电压、电流和功率的分布规律；零序电压、电流滤过器的构成；零序电流I、II、III段保护的整定原则及计算方法；方向性零序电流保护原理，零序功率方向元件；对零序电流保护的不足及解决方法。

第四节  中性点非直接接地系统中单相接地故障的保护

知识要点：中性点不接地或经消弧线圈接地电网中单相接地故障的特点；零序电压保护的结构原理；零序电流的整定计算和零序功率方向保护的特点。

3、本章重点、难点

本章重点：单侧电源网络相间短路的三段式电流保护的结构、原理、问题分析、整定计算；双侧电源网络相间短路的三段式方向性电流保护的结构、原理、问题分析、整定计算。

本章难点：过电流保护的整定计算；功率方向判别元件的工作原理、接线方式；接地保护的整定计算；保护之间的配合。

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课8时，实验0学时。

第四章  电网距离保护

1、教学要求

了解距离保护的构成及功能；其他特性阻抗继电器的动作特性和动作方程；绝对值比较与相位比较之间的相互转换。对距离保护的评价。故障类型判别和故障选相的方法和步骤。工频故障分量的概念，了解工频故障分量距离保护的工作原理、动作特性、特点及应用。

理解三相系统中测量电压和测量电流的选取方法；阻抗继电器动作区域的概念；模拟式、数字式保护中的绝对值比较原理、相位比较原理的实现方法；比较工作电压相位法实现的故障区段判断的基本原理；电力系统振荡时电流、电压及测量阻抗的变化规律，电力系统振荡对距离测量元件特性的影响，电力系统振荡与短路时电气量的差异；振荡过程中再故障的判断的方法。短路点过渡电阻、线路串联补偿电容、短路电压电流中的非工频分量对距离保护的影响及相应的克服措施。

掌握距离保护的概念、测量阻抗及其与故障距离的关系；距离保护的时限特性；偏移圆特性阻抗继电器的动作特性和动作方程；以正序电压、记忆电压为参考电压的测量元件的特点。距离保护第I、II、III段的整定计算原则和方法；振荡闭锁的概念；距离保护的振荡闭锁的措施。

2、教学内容

第一节  距离保护的基本原理与构成

知识要点：距离保护的概念、测量阻抗及其与故障距离的关系；三相系统中测量电压和测量电流的选取方法；距离保护的时限特性；距离保护的构成及功能。

第二节  阻抗继电器及其动作特性

知识要点：阻抗继电器动作区域的概念；偏移圆特性阻抗继电器的动作特性和动作方程，其他特性阻抗继电器的动作特性和动作方程；绝对值比较与相位比较之间的相互转换。

第三节  阻抗继电器的实现方法

知识要点：模拟式、数字式保护中的绝对值比较原理、相位比较原理的实现方法；比较工作电压相位法实现的故障区段判断的基本原理，以正序电压、记忆电压为参考电压的测量元件的特点。

第四节  距离保护的整定计算与对距离保护的评价

知识要点：距离保护第I、II、III段的整定计算原则和方法；对距离保护的评价。

第五节  距离保护的振荡闭锁

知识要点：振荡闭锁的概念；电力系统振荡时电流、电压及测量阻抗的变化规律，电力系统振荡对距离测量元件特性的影响，电力系统振荡与短路时电气量的差异；距离保护的振荡闭锁的措施；振荡过程中再故障的判断的方法。

第六节  故障类型判别和故障选相

知识要点：故障类型判别和故障选相的方法和步骤。

第七节  距离保护特殊问题的分析

知识要点：短路点过渡电阻、线路串联补偿电容、短路电压电流中的非工频分量对距离保护的影响及相应的克服措施。

第八节  工频故障分量距离保护

知识要点：工频故障分量的概念，工频故障分量距离保护的工作原理、动作特性、特点及应用。

3、本章重点、难点

本章重点：偏移圆特性阻抗继电器的动作特性；阻抗继电器的实现方法；距离保护的结构、原理整定计算；距离保护的振荡闭锁的方法及分析。

本章难点：距离保护的振荡闭锁分析；距离保护特殊问题的分析。

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课8学时，实验0学时。

第五章  输电线路纵联保护

1、教学要求

了解纵联保护的概念及分类；引导线、电力线载波、微波、光纤通信的方式、构成、特点。工频故障分量的方向元件正序、负序、零序分量故障判据；两侧电流的同步测量方法。

理解输电线路短路时两侧电气量的故障特征及相应的纵联保护的基本原理。闭锁式距离纵联保护的组成、原理；影响方向比较式纵联保护工作的因素及克服措施。影响输电线路纵联差动保护正确动作的因素及解决措施。

掌握闭锁式方向纵联保护的工作原理、构成、过程分析方法；纵联电流差动保护的工作原理、特性分析、整定计算；纵联电流相位差动保护的结构原理、动作特性；

2、教学内容

第一节  输电线路纵联保护概述

知识要点：纵联保护的概念及分类；输电线路短路时两侧电气量的故障特征及相应的纵联保护的基本原理。

第二节  输电线路纵联保护两侧信息的交换

知识要点：引导线、电力线载波、微波、光纤通信的方式、构成、特点。

第三节  方向比较式纵联保护

知识要点：工频故障分量的方向元件正序、负序、零序分量故障判据；闭锁式方向纵联保护的工作原理、构成、过程分析方法；闭锁式距离纵联保护的组成、原理；影响方向比较式纵联保护工作的因素及克服措施。

第四节  纵联电流差动保护

知识要点：纵联电流差动保护的工作原理、特性分析、整定计算；两侧电流的同步测量方法；纵联电流相位差动保护的结构原理、动作特性；影响输电线路纵联差动保护正确动作的因素及解决措施。

3、本章重点、难点

本章重点：闭锁式方向纵联保护的工作原理、构成、过程分析方法；纵联电流差动保护的工作原理、特性分析、整定计算。

本章难点：对影响输电线路纵联保护正确动作因素及解决措施的分析。

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验0学时。

第六章  自动重合闸

1、教学要求

了解自动重合闸的作用、分类及对它的基本要求。单相自动重合闸与保护的配合关系、特点、输电线路自适应单相重合闸的概念。综合重合闸概念、回路接线的基本原则。

理解自动重合闸与继电保护的配合的工作原理。

掌握单侧电源送电线路三相一次重合闸的构成和工作原理；双测电源线路的检同期三相一次自动重合闸结构和工作原理；重合闸时限的整定原则；

2、教学内容

第一节  概述

知识要点：自动重合闸的作用、分类及对它的基本要求。

第二节  输电线路的三相一次自动重合闸

知识要点：单侧电源送电线路三相一次重合闸的构成和工作原理；双测电源线路的检同期三相一次自动重合闸结构和工作原理；重合闸时限的整定原则；自动重合闸与继电保护的配合的工作原理。

第三节  高压输电线路的单相自动重合闸

知识要点：单相自动重合闸与保护的配合关系、特点、输电线路自适应单相重合闸的概念。

第四节  高压输电线路的综合重合闸简介

知识要点：综合重合闸概念、回路接线的基本原则。

3、本章重点、难点

本章重点：单、双侧电源送电线路三相一次重合闸。

本章难点：重合闸与继电保护的配合。

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验0学时。

第七章  变压器的保护

1、教学要求

了解电力变压器的故障类型和不正常工作状态及相应的保护；三绕组变压器相间短路后备保护的特点；自耦变压器零序电流保护的特点；变压器零序电流差动保护的接线特点和整定原则。

理解三相变压器励磁涌流特征；防止励磁涌流引起误动的方法。低电压启动的过电流保护；复合电压启动的过电流保护；变电所单台变压器的零序电流保护I、II段的结构原理、整定计算；多台变压器并联运行时全绝缘、分级绝缘变压器的接地后备保护的配置、结构、整定计算。变压器保护配置原则。

掌握变压器纵差动保护的基本原理和接线方式；变压器差动保护中的不平衡电流及克服方法；纵差动保护的整定计算原则和方法；具有制动特性的差动继电器的制动特性和在内部故障时的动作行为分析。单相变压器的励磁涌流产生原因、特点、计算及分析；掌握过电流保护的结构原理、整定计算。

2、教学内容

第一节  电力变压器的故障类型和不正常工作状态

知识要点：电力变压器的故障类型和不正常工作状态及相应的保护。

第二节  变压器纵差动保护

知识要点：变压器纵差动保护的基本原理和接线方式；变压器差动保护中的不平衡电流及克服方法；纵差动保护的整定计算原则和方法；具有制动特性的差动继电器的制动特性和在内部故障时的动作行为分析。

第三节  变压器的励磁涌流及鉴别方法

知识要点：单相变压器的励磁涌流产生原因、特点、计算及分析；三相变压器励磁涌流特征；防止励磁涌流引起误动的方法。

第四节  变压器相间短路的后备保护

知识要点：过电流保护的结构原理、整定计算；低电压启动的过电流保护；复合电压启动的过电流保护；三绕组变压器相间短路后备保护的特点。

第五节  变压器接地短路的后备保护

知识要点：变电所单台变压器的零序电流保护I、II段的结构原理、整定计算；自耦变压器零序电流保护的特点；多台变压器并联运行时全绝缘、分级绝缘变压器的接地后备保护的配置、结构、整定计算。

第六节  变压器零序电流差动保护

知识要点：变压器零序电流差动保护的接线特点和整定原则。

第七节  变压器保护配置原则

知识要点：变压器保护配置原则。

3、本章重点、难点

本章重点：变压器纵差动保护的原理、接线、整定计算；变压器相间短路的后备保护的原理。

本章难点：差动继电器的制动特性分析；励磁涌流的鉴别方法。

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课6学时，实验2学时。

第八章  母线保护

1、教学要求

了解母线故障类型和装设母线保护的基本原则。电流比相式母线保护的基本原理；元件固定联接的双母线电流差动保护的接线、原理；母联电流比相式母线差动保护的基本原理；母线保护常见类型及特点；数字式母线差动保护的基本判据及算法。电流互感器的饱和问题及母线保护常用的对策；母线运行方式的切换及保护的自适应；3/2断路器接线的母线及其保护问题。断路器失灵保护的装设条件、要求、实现方法、逻辑结构。

理解高阻抗母线差动保护的接线、原理；具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护的接线、原理。

掌握单母线完全电流差动母线保护的接线、原理、整定计算。

2、教学内容

第一节  母线故障和装设母线保护的基本原则

知识要点：母线故障类型和装设母线保护的基本原则。

第二节  母线差动保护基本原理

知识要点：单母线完全电流差动母线保护的接线、原理、整定计算；高阻抗母线差动保护的接线、原理；具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护的接线、原理；电流比相式母线保护的基本原理；元件固定联接的双母线电流差动保护的接线、原理；母联电流比相式母线差动保护的基本原理；母线保护常见类型及特点；数字式母线差动保护的基本判据及算法。

第三节  母线保护的特殊问题及其对策

知识要点：电流互感器的饱和问题及母线保护常用的对策；母线运行方式的切换及保护的自适应；3/2断路器接线的母线及其保护问题。

第四节  断路器失灵保护简介

知识要点：断路器失灵保护的装设条件、要求、实现方法、逻辑结构。

3、本章重点、难点

本章重点：单母线完全电流差动母线保护的接线、原理、整定计算；具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护的接线、原理。

本章难点：具有比率制动特性的中阻抗母线差动保护的接线、原理。

 

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验0学时。

 

《继电保护原理》课程内容及学时分配表
知识单元		知识点		理论 学时	实验 学时	教学 目标
序号	描述	序号	描述
1	绪论	1	电力系统的工作状态	2	0	1
		2	继电保护的基本原理及组成
		3	继电保护的基本要求
		4	继电保护发展简史
2	常用继电器	1	电流电压继电器	4	2	1、2、4
		2	反时限特性电流继电器
		3	差动继电器
		4	功率方向继电器、阻抗继电器
		5	时间继电器、中间继电器
		6	实验1：控制系统频域分析
3	电网的电流保护	1	单侧电源网络相间短路的电流保护	8	0	1、2、3
		2	双侧电源网络相间短路的方向性电流保护
		3	零序电流及方向保护
		4	单相接地故障的保护
4	电网距离保护	1	距离保护的基本原理与构成	10	2	1、2、4
		2	阻抗继电器及其动作特性
		3	阻抗继电器的实现方法
		4	距离保护的整定计算
		5	工频故障分量距离保护
5	输电线路纵联保护	1	输电线路纵联保护概述	6	0	1、2、4
		2	输电线路纵联保护两侧信息的交换
		3	方向比较式纵联保护
		4	纵联电流差动保护
6	自动重合闸	1	自动重合闸的作用	4	0	1、2、4
		2	输电线路的三相一次自动重合闸
		3	高压输电线路的单相自动重合闸
		4	高压输电线路的综合重合闸简介
7	变压器的保护	1	电力变压器的故障类型	6	2	1、2、4
		2	变压器纵差动保护
		3	变压器的励磁涌流及鉴别方法
		4	变压器的其他保护
		5	实验2：配电变压器纵联差动保护实验
8	母线保护	1	母线故障和装设母线保护	6	0	1、2、4
		2	母线差动保护基本原理
		3	母线保护的特殊问题及其对策
		4	断路器失灵保护简介
	总计			44	4

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

 

三、课内实践环节教学安排及要求

注：实验类型是指验证性、综合性、设计性，上机、课内实践等项目不需填写本项内容。

 

四、教学手段、方法建议

课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。主要采用启发式教学法、项目驱动法、案例教学法、模块化教学法、翻转课堂等。

本课程课堂教学流程如图1所示。

 

图1 继电保护原理课堂教学流程

本课程安排5次课外作业：

1、电流电压继电器动作值和返回系数的调整方法

2、电流保护整定计算原则及计算方法

3、自动重合闸的作用、分类及对它的基本要求

4、变电所单台变压器的零序电流保护I、II段的结构原理、整定计算

5、单母线完全电流差动母线保护的接线、原理、整定计算

五、考核内容及考核方式

本课程考核内容为支撑毕业要求对应的课程目标，主要考查毕业要1.2、1.3、2.2、2.3、3.1、3.2、4.1所对应的课程目标的达成情况。

（一）考核内容

1、继电保护发展的原理、结构；继电保护的工作回路；电力系统继电保护的工作配合等。

2、各继电器主要技术参数、整定与使用方法。

3、距离保护的概念、测量阻抗及其与故障距离的关系。

4、双侧电源网络相间短路时的功率方向的特点；方向性电流保护的基本原理、零序电流I、II、III段保护的整定原则及计算方法。

5、纵联电流差动保护的工作原理、特性分析、整定计算。

6、自动重合闸结构和工作原理；重合闸时限的整定原则。

7、变电所单台变压器保护的结构原理、整定计算。

8、单母线完全电流差动母线保护的接线、原理、整定计算；断路器失灵保护的装设条件、要求、实现方法、逻辑结构。

（二）考核方式

1．考核方式：考试（√）；考查（）

2．成绩评定：

计分制：百分制（√）；五级分制（）；两级分制（）

采用“N+2”考核模式

总评成绩构成：笔记考核（10）％；过程考核（40）%；结课考核（50）％

其中过程考核构成：考勤考纪（20）％；随堂测试（40）％；作业（20）％；实验（20）％等。

六、课程教学目标达成情况评价分析

1. 定量评价

 

需要根据公式逐步计算出每项课程教学目标的达成度。

2. 定性分析

需要针对课程教学目标以及毕业要求分析以下内容：

（1）上次评价中存在的问题，这次改进的情况；

（2）该课程目前存在的问题，以及后续教学过程需要改进的措施。

七、建议教材及参考资料

建议教材：

《继电保护原理》，刘学军主编，中国电力出版社，2007年版

参考资料：

1．《现代继电保护概论》，郑贵林主编，武汉大学出版社，2003年版

2．《继电保护原理学习指导》，刘学军主编，中国电力出版社，2006年版

3．《继电保护与综合自动化系统》，陈英涛主编，化学工业出版社，2007年版

 

八、课程教学目标与毕业要求关系表

 

九、大纲说明

需要特殊表述的大纲中未尽事宜，如课程改革、整合情况等。

 

执   笔   人：周璐

参加研讨人员： 

审   核   人：关大陆

审   批   人：赵双元