電力系統(tǒng)繼電保護 學習指南

PAGE8“電力系統(tǒng)繼電保護”學習指南一、課程性質(zhì)“電力系統(tǒng)繼電保護（簡稱繼電保護）”課程是電力系統(tǒng)繼電保護、發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)的核心專業(yè)課程，具有理論與實踐并重的特點。主要內(nèi)容包括電力系統(tǒng)中的輸電線路、變壓器、發(fā)電機、母線等主要設備的繼電保護。其主要任務是當系統(tǒng)（或設備）發(fā)生故障時自動、迅速、有選擇的將故障元件從系統(tǒng)中切除，使故障設備免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分繼續(xù)運行；當發(fā)生不正常運行狀態(tài)發(fā)信號、減負荷或跳閘。電力系統(tǒng)繼電保護是電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行的重要保障。因此，無論是專職繼電保護技術人員，還是電氣運行值班人員、設備安裝檢修人員都應具備相應的繼電保護知識和技能，以保證繼電保護裝置的正確安裝、調(diào)試、運行和維護。學習本課程之前應具有電工數(shù)學、電工技術、電子技術基礎、電機學、電力工程、電力系統(tǒng)故障分析等課程的相關知識與技能。同時又為電力系統(tǒng)自動裝置、變電站綜合自動化、電氣二次接線等專業(yè)課程打下基礎。二、課程學習目標電力系統(tǒng)繼電保護課程主要介紹電力系統(tǒng)輸電線路、變壓器、發(fā)電機、母線等設備的繼電保護，學習這門課程，達到以下目標：（1）具有明確、清晰的電力系統(tǒng)繼電保護的基本概念，了解微機保護的主要內(nèi)容、主要特征及其發(fā)展趨勢；（2）熟悉電力系統(tǒng)中各種繼電保護的作用和工作原理；（3）掌握各種繼電保護裝置的調(diào)試方法和技能；（4）能進行220kV及以下線路、變電站的繼電保護裝置的配置及其整定計算；（5）熟悉繼電保護裝置運行操作的相關規(guī)程、規(guī)范；（6）基本具備“繼電保護工”所要求的有關繼電保護的專業(yè)知識和專業(yè)技能；（7）具備較強的團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新意識，較高的職業(yè)能力和職業(yè)素質(zhì)。三、課程內(nèi)容電力系統(tǒng)繼電保護一門專業(yè)性很強的課程，具有理論與實踐并重的特點。課程內(nèi)容主要包括：繼電保護基礎知識、微機保護基礎、電網(wǎng)繼電保護和元件（發(fā)電機、變壓器、母線）繼電保護保護。具體內(nèi)容和崗位技能要求如表1所示。表1電力系統(tǒng)繼電保護課程內(nèi)容序號模塊主要內(nèi)容崗位技能需求1繼電保護基礎知識繼電保護的基本概念和要求；常用電磁繼電器的分類、構造和動作原理；變換元件的原理及接線。明確繼電保護的基本概念和基本要求；學會分析電流、電壓、中間、時間、信號等常用繼電器的構造和動作原理；學會變換元件的原理及接線；能進行繼電器的調(diào)試。2微機保護基礎微機保護硬件組成及作用；微機保護的軟件構成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及開關量輸出輸入回路原理；微機保護算法及提高微機保護可靠性的措施。了解微機保護硬件和軟件的構成及作用；學會微機保護的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理，特別是在110kV以上普遍采用的VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；熟悉微機保護的各種算法和微機保護抗干擾的措施；能進行微機保護基礎調(diào)試。3電網(wǎng)繼電保護電網(wǎng)相間短路的電流電壓保護熟悉電網(wǎng)內(nèi)各電壓等級的繼電保護裝置的動作原理、結構及其用途；能進行電力系統(tǒng)內(nèi)各電壓等級的繼電保護裝置的配置；能進行110kV及以下線路保護的整定計算；能對電網(wǎng)內(nèi)各種線路繼電保護裝置進行調(diào)試。電網(wǎng)相間短路的方向電流保護電網(wǎng)接地保護電網(wǎng)的距離保護電網(wǎng)的縱聯(lián)保護4元件保護變壓器保護熟悉電力系統(tǒng)各主要元件的原理、結構及其用途;能進行電力系統(tǒng)各主要元件繼電保護的配置；能讀電力系統(tǒng)各主要元件繼電保護裝置的原理接線圖并對主要保護裝置的調(diào)試；掌握變壓器、發(fā)電機和母線保護的整定計算方法。發(fā)電機保護母線保護四、學習方法建議1.理論聯(lián)系實際電力系統(tǒng)繼電保護技術理論是人們從長期的電力系統(tǒng)二次工程實踐中總結提煉出來的，與實際裝置的緊密結合是其突出的特點。電力系統(tǒng)繼電保護裝置是根據(jù)電氣特征量區(qū)分電力系統(tǒng)一次設備的故障、不正常運行和正常運行三種運行狀態(tài)，實現(xiàn)自動判斷三種運行狀態(tài)并做出正確的動作的自動裝置，是有形的。但實現(xiàn)其功能的繼電保護工作原理是無形的，技術中反映三態(tài)電氣量是實實在在可以測量或觀察到的。如何把“形”（實際有形的裝置）和“象”（抽象無形的工作原理或邏輯關系）聯(lián)系起來，是學習電力系統(tǒng)繼電保護課程的重點和難點。解決問題的方法：首先要有“形”，通過參觀繼電保護實訓基地、觀察保護屏（由具體保護裝置構成）、動畫或圖片演示和講解，了解繼電保護裝置的基本模塊和基本工作原理；通過理論分析和實驗進一步掌握繼電保護的工作特性，建立形象思維。將實在的繼電保護裝置與抽象的原理聯(lián)系起來。2.抓住重點，解決難點電力系統(tǒng)繼電保護崗位具有知識密集、技能水平要求高的特點。學習繼電保護課程要明確各項目的基本要求，抓住課程重點內(nèi)容，解決課程學習中的難點。本課程的重點及解決辦法如表2所示，課程學習難點及解決辦法如表3所示。表2課程重點及解決辦法序號課程重點解決辦法1電力系統(tǒng)繼電保護的基本概念①在課程內(nèi)容結構上充分利用常規(guī)的電流、電壓保護的原理及實現(xiàn)的方法簡單、直觀的特點，作為學習繼電保護原理的入門。在初步掌握電流、電壓保護的基本原理后，再安排學習微機保護的基礎知識的內(nèi)容，由易至難，有利于對所學知識的理解和掌握；②充分利用多媒體課件、動畫演示、視頻等對保護裝置元件進行直觀學習，使學習過程形象生動，幫組記憶和理解，提高學習效果；③適當安排課內(nèi)實踐及討論內(nèi)容；④加強課堂微機保護演示；利用微機保護實訓室進行理論加實踐的學習方法。2線路和元件的微機保護原理3電力系統(tǒng)內(nèi)各電壓等級的繼電保護裝置的配置①案例法學習，通過工程實例學習電力系統(tǒng)內(nèi)各電壓等級的繼電保護裝置的配置，說明各裝置的作用和相互間的配合；②發(fā)電廠、變電站繼電保護裝置的配置，通過課程設計和畢業(yè)設計，進行保護配置。4線路、變電站主要設備繼電保護整定計算①結合例題以及課后練習，掌握線路、變電站主要設備繼電保護整定計算，通過多媒體手段，理解發(fā)電機保護的配置、；理。②通過課程設計和畢業(yè)設計，進行具體的線路、變電站主要設備繼電保護整定計算。5繼電保護裝置的運行操作①學習運行操作規(guī)程，理解運行、操作的程序及其理由，知其然也知其所以然；②通過仿真實訓，在模擬的現(xiàn)場環(huán)境中學習繼電保護裝置的運行操作，加深對裝置運行、操作相關知識的理解。表3課程難點及解決辦法序號課程難點解決辦法1三段式電流保護的整定計算①利用多媒體課件及動畫演示結合短路電流的計算曲線，形象理解三段式電流保護各段的保護范圍及整定原則。②通過案例教學法結合工程實例講解以及課堂練習，掌握三段式電流保護的整定計算的方法。2阻抗繼電器的動作特性及動作方程①通過多媒體動畫軟件，對比分析全阻抗繼電器、方向阻抗繼電器、偏移特性阻抗繼電器的動作特性及動作方程；②通過“理論聯(lián)系實際學習”在微機保護實訓室進行阻抗繼電器學習，再通過微機型阻抗繼電器的實驗更好掌握這部分內(nèi)容。3變壓器比率差動保護原理①通過多媒體課件學習比率差動保護平衡系數(shù)的調(diào)整方法；②利用微機型變壓器差動保護裝置的課堂演示或通過“理實一體”在微機實訓室學習理論的同時進行實驗，更好地好掌握變壓器的比率差動保護的原理。4變壓器保護縱差保護的整定計算①通過繼電保護的課程設計和畢業(yè)設計，學習變壓器保護的配置與整定計算的內(nèi)容。②結合工程案例學習。5發(fā)電機保護整定計算①通過多媒體手段，理解發(fā)電機保護的配置、原理。②結合例題講解以及課后練習，掌握發(fā)電機保護整定計算的方法。6變電站、發(fā)電廠繼電保護裝置的配置①通過工程實例講解變電站、發(fā)電廠繼電保護裝置的配置，說明各裝置的作用和相互間的配合；②通過課程設計或畢業(yè)設計，進行發(fā)電廠、變電站繼電保護裝置的配置。設計題目來自工程實際，學生設計完成后，可到現(xiàn)場參觀，對比發(fā)現(xiàn)自己設計中的問題，以增加解決實際問題的能力。3.善于總結，培養(yǎng)學習能力在電力系統(tǒng)繼電保護課程的學習過程中力求做到由淺入深、從具體到一般，善于總結各種類型保護的共同點與區(qū)別，特別是原理與裝置的內(nèi)在聯(lián)系。無論是線路保護還是元件保護，無論是常規(guī)保護還是微機保護，每個保護模塊學習都是先了解電氣設備故障、不正常運行和正常運行三種運行狀態(tài)的區(qū)別，再根據(jù)故障時的電氣特征量確定保護原理，不同原理的保護設置不同保護裝置。每種保護都要學習其基本原理、保護裝置構成，并分析保護動作行為。整個課程的學習都貫穿繼電保護的“選擇性、速動性、靈敏性和可靠性”四個基本要求。初學者一般都會感到繼電保護概念多、理論性強、內(nèi)容多、向量關系復雜，保護裝置類型各異。因此，建議在學習中注意以下幾點：（1）區(qū)別電氣設備故障、不正常運行和正常運行三種運行狀態(tài)，切忌采用死記硬背或短時突擊的學習方法。應勤思多問，通過分析和解決問題，在理解的基礎上來掌握繼電保護原理。實例1：輸電線路距離保護中振蕩閉鎖的原理分析。第1步：振蕩閉鎖需要區(qū)分振蕩與短路，振蕩與短路的電氣量主要區(qū)別如下：①振蕩時，電壓、電流及測量阻抗幅值均作周期性的變化，變化緩慢；而短路時電流突然增大，電壓突然減小，變化速度快。②振蕩時，三相完全對稱，無負序或零序分量；短路時，總要長期（不對稱短路）或瞬間（對稱短路）出現(xiàn)負序電流（接地故障時還有零序電流）。第2步：振蕩閉鎖的構成原理：利用振蕩與短路電氣量的區(qū)別以及振蕩的特點可以構成如下原理的振蕩閉鎖。①振蕩閉鎖的起動元件：起動元件的作用是在振蕩時閉鎖保護，在故障時開放保護。根據(jù)振蕩與短路電氣量的區(qū)別，起動元件一般采用負序電流加零序電流（即）起動；也可以采用突變量元件起動，如負序零序增量，或相電流差突變量。②振蕩中對稱短路開放保護的判據(jù)對稱短路時沒有負序及零序分量，開放保護方法有兩種，一種是利用振蕩中心電壓的變化，一種是利用阻抗的變化率。（2）電力系統(tǒng)繼電保護在分析具體工程問題時，一般是從有關電氣量出發(fā)，首先對保護動作行為做定性分析，然后采用繼電保護的基本分析方法和手段，對元件電氣參數(shù)進行定量計算和向量分析。通過此過程，應掌握繼電保護工程實際分析方法的特點并能夠靈活運用，同時培養(yǎng)和提高分析解決問題的能力。（3）雖然繼電保護保護類型多種多樣，裝置結構和特性各異，但其工作原理和分析方法都有相同或相似之處。因此，通過某個具體設備保護的學習，掌握其個性和特點，學會分析具體問題的同時，還應通過比較和分析，總結和掌握各種類型保護的共性，努力做到使所學知識融會貫通。在此基礎上，可迸一步開拓思路，去探索問題，提出新設想、新方法，激發(fā)創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。4.結合實際案例，加深知識理解由于電力系統(tǒng)繼電保護技術的發(fā)展突飛猛進，繼電保護的新原理、新技術不斷出現(xiàn)，在學習本門課程相關知識時要密切聯(lián)系電力生產(chǎn)的實際及一些相關的案例，能了解該領域的技術現(xiàn)狀。通過結合現(xiàn)場的一些典型事故的分析可以培養(yǎng)分析和解決實際問題的能力。在講述變壓器差動保護時，配合以下案例進行分析，便于學生更好的理解所學的知識，同時增加現(xiàn)場的實際經(jīng)驗。實例2：某變電站裝有兩臺容量為150MVA的三繞組自耦變壓器。變壓器高壓側接330kV母線，中壓側接110kV母線，110kV母線系雙母線加旁路。2號主變壓器配置的保護為全套500型微機保護。其差動保護采用具有比例制動特性的分相差動保護，其初始動作電流為0.4倍變壓器額定電流。事故發(fā)生前，2號主變壓器110kV側通過旁路斷路器（即1110斷路器）送出負荷。①事故經(jīng)過1999年1月16日12點08分，運行人員進行操作，合上1102斷路器（2號變壓器110kV側斷路器），退出1110斷路器，切換110kV側差動TA時，差動保護誤動。切除了2號主變壓器。②差動保護誤動原因分析在110kV側合上1102斷路器之后，110kV側兩組差動TA二次均流過有大小相等、方向相同的電流。在切換TA的過程中，110kV側差動回路多了1個電流，即產(chǎn)生了差流。當差流大于定值時，差動保護便動作。打印報告證明，差動保護的初始動作電流定值為0.14A（二次值），故動作時的實際差流剛好達到0.14A之值。由于操作過程中沒有退出差動保護出口連接片。故差動保護出口切除變壓器。③經(jīng)驗教訓運行人員在進行操作時，應嚴格執(zhí)行規(guī)程規(guī)定。對于上述項目的操作，應首先退出差動保護的出口連接片。5.重視實踐環(huán)節(jié)，提高動手能力電力系統(tǒng)繼電保護與工程實際結合密切，因此實踐環(huán)節(jié)（包括實驗和繼電保護調(diào)試實訓項目）是繼電保護學習中的重要環(huán)節(jié)。例如在實驗環(huán)節(jié)，學生能根據(jù)繼電保護的實驗目的，實驗內(nèi)容及實驗設備擬定實驗方案，