后備保護接地短路

電力系統(tǒng)中，接地故障常常是故障的主要形式，因此，大電流接地系統(tǒng)中的變壓器，一般要求在變壓器上裝設(shè)接地（零序）保護。作為變壓器本身主保護的后備保護和相鄰元件接地短路的后備保護 。

后備保護零序電流保護

中性點直接接地運行的變壓器毫無例外都采用零序過電流保護作為變壓器接地后備保護 。零序過電流保護通常采用兩段式，零序I段與相鄰元件零序電流保護I段相配合；零序電流保護II段保護與相鄰元件零序電流保護后備段相配合。與三繞組變壓器相間后備保護類似，零序電流保護在配置上要考慮縮小故障影響范圍的問題。根據(jù)需要，每段零序電流保護可設(shè)兩個時限，并以較短的時限動作于縮小故障影響范圍，以較長的時限斷開變壓器各側(cè)斷路器。

后備保護接地后備保護

對于多臺變壓器并聯(lián)運行的變電所，通常采用一部分變壓器中性點接地運行，而另一部分變壓器中性點不接地運行的方式。這樣可以將接地故障電流水平限制在合理范圍內(nèi)，同時也使整個電力系統(tǒng)零序電流的大小和分布情況盡量不受運行方式的變化，提高系統(tǒng)零序電流保護的靈敏度。

中性點有兩種運行方式的變壓器，需要裝設(shè)零序過電流保護—用于中性點接地運行方式；零序過電壓保護—用于中性點不接為地運行方式。

原則：對于分級絕緣變壓器應(yīng)先切除中性點不接地運行的變壓器，后切除中性點接地運行的變壓器；對于全絕緣變壓器應(yīng)先切除中性點接地運行的變壓器，后切除中性點不接地運行的變壓器。

變壓器的主保護通常采用差動保護和瓦斯保護 。除了主保護外，變壓器還應(yīng)裝設(shè)相間短路和接地短路的后備保護。后備保護的作用是為了防止由外部故障引起的變壓器繞組過電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護的后備以及在可能的條件下作為變壓器內(nèi)部故障時主保護的后備。變壓器的相間短路后備保護通常采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復(fù)合電壓起動的過電流保護以負(fù)序過電流保護等，也有采用阻抗保護作為后備保護的情況。

按保護所起的作用分類：主保護、后備保護、輔助保護等 ；

后備保護又分為遠(yuǎn)后備保護和近后備保護兩種。

①遠(yuǎn)后備保護：當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。

②近后備保護：當(dāng)主保護拒動時，由本設(shè)備或線路的另一套保護來實現(xiàn)后備的保護；當(dāng)斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)近后備保護。

變壓器的主保護為差動保護和重瓦斯保護，主保護是一次保護，當(dāng)發(fā)生故障時瞬時動作；變壓器的主一保護（主保）跟主二保護（輔保）是不同的保護內(nèi)容。

如主一保護（主保）的內(nèi)容有：差動速斷、差動保護、過負(fù)荷保護、復(fù)合電壓啟動過流保護、溫度、瓦斯等變壓器主要保護。

如主二保護（輔保）的內(nèi)容有：限時電流速斷、過負(fù)荷保護、低壓啟動過流保護、欠壓保護等保護。

其它保護均為后備保護，一般有零序保護、過流保護、此外還有油溫、油面監(jiān)控保護，中性點間隙保護等。自耦變壓器還有公共線圈過流保護。

后備保護是在主保護不動作時再動作，一般有延時來判斷主保護動作與否，它包括近后備和遠(yuǎn)后備。

主保護反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障，后備保護反應(yīng)變壓器外部故障。保護范圍主要是變壓器外部線路。

后備保護用于在主保護故障拒動情況下，保護變壓器。一般包含：

（1）高壓側(cè)復(fù)合電壓啟動的過電流保護；

（2）低壓側(cè)復(fù)合電壓啟動的過電流保護；

（3）防御外部接地短路的零序電流、零序電壓保護；

（4）防止對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護；

（5）和高壓側(cè)母線相聯(lián)的保護：高壓側(cè)母線差動保護、斷路器失靈保護；

（6）和低壓側(cè)母線相聯(lián)的相關(guān)保護：低壓側(cè)母線差動保護等。

保護測量變壓器的各參量未超過定值時，保護處于正常狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生故障時，裝置中各保護根據(jù)測量判定故障是否發(fā)生在各自的保護范圍內(nèi)。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，縱差保護動作跳閘；若故障點在油箱內(nèi)，氣體保護能以較高的靈敏度動作于跳閘。無論是內(nèi)部故障還是外部故障，變壓器相間后備保護均應(yīng)啟動。若為接地故障，零序保護作為接地故障的后備保護也同時啟動。在后備保護動作延時內(nèi)，故障若消失，后備保護返回到正常工作狀態(tài)；若故障仍存在，則動作于跳閘，將變壓器從電網(wǎng)中切除。此外，當(dāng)變壓器出現(xiàn)過負(fù)荷等異常工作狀態(tài)時，相應(yīng)的保護動作發(fā)出信號。

電力變壓器應(yīng)裝設(shè)外部接地、相間短路引起的過電流保護及中性點過電壓保護裝置，以作為相鄰元件及變壓器內(nèi)部故障的后備保護。變壓器的后備保護是其主保護的備用保護，當(dāng)主保護失靈時，后備保護動作，以保證設(shè)備和人身安全。其保護范圍為變壓器和供電回路及回路上的負(fù)荷設(shè)備 。

后備保護是指阻抗保護、低電壓過流保護、復(fù)合電壓過流保護、過流保護，它們都能反應(yīng)變壓器的過流狀態(tài)，但它們的靈敏度不一樣，阻抗保護的靈敏度高，過流保護的靈敏度低。

當(dāng)此回路很重要時，后備保護可以與主保護裝設(shè)在同一個回路上，也就是一個回路有多套保護，以確保回路的安全運行。但是一般都是將此回路的上一級保護作為本回路的后備保護：當(dāng)配電盤中的一個回路故障、而主保護沒有動作，那么配電盤上一級的電源斷路器將延時后動作，這就是該回路的后備保護。但是這種保護方式將引起停電事故擴大化，使得更多的回路停電 。

當(dāng)回路發(fā)生故障時，回路上的保護將在瞬間發(fā)出信號斷開回路的開斷元件(如斷路器），這個立即動作的保護就是主保護。當(dāng)主保護因為各種原因沒有動作，在延時很短時間后（延時時間根據(jù)各回路的要求），另一個保護將啟動并動作，將故障回路跳開。這個保護就是后備保護。主保護反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障，后備保護反應(yīng)變壓器外部故障。保護范圍主要是變壓器外部線路。

1、220kV復(fù)壓方向過流保護：方向指向變壓器，做為變壓器、各中低壓母線及出線的相間故障的后備保護 。（中低壓側(cè)無電源，可不用方向）

2、110kV復(fù)壓方向過流保護：一般方向指向變壓器，在110kV有電源時，做為變壓器的后備保護。（我們現(xiàn)在往往110kV是開環(huán)運行的，一般不存在電源，有些地方將方向元件退出和“110kV復(fù)壓過流保護”相同應(yīng)用，多一套保護而矣。）作為110KV母線及各110kV出線的相間故障的后備保護。

3、35kV復(fù)壓過流I段保護：作為35KV母線及各35kV出線的相間故障的后備保護。（定值較高，時間和線路速斷配合，一般只考慮保證35KV母線故障有靈敏度）

4、220kV復(fù)壓過流保護：做為變壓器、各中低壓母線及出線的相間故障的后備保護

5、110kV復(fù)壓過流保護：作為110KV母線及各110kV出線的相間故障的后備保護。

6、35kV復(fù)壓過流II段保護：作為35KV母線及各35kV出線的相間故障的后備保護。（定值低，要保證出線全線有靈敏度，時間與出線過流配合）

7、220kV零序方向過流保護：（一般方向多指向變壓器），當(dāng)方向指向220kV母線時，作為220KV母線及各220kV出線的接地故障的后備保護。當(dāng)方向指向變壓器時：作為變壓器、110KV母線及各110kV出線的接地故障的后備保護，與中壓側(cè)零序方向一段或二段保護配合。與中壓側(cè)一段配合時一般不做110kV線路的接地后備。且一般T1時間跳母聯(lián)以縮小故障范圍，T2時間跳主變開關(guān)。

8、110kV零序方向I段過流保護：方向一般指向110KV母線，作為110KV母線及各110kV出線的接地故障的后備保護。與出線一段配合。

9、220kV零序過流保護：作為各類接地故障的總后備，一般定值低，時間長。

10、110kV零序方向II段過流保護：方向一般指向110KV母線，作為作為110KV母線及各110kV出線的接地故障的后備保護。與出線二段配合。

后備保護裝置是集保護、測量、監(jiān)視、控制、人機接口、通信等多種功能于一體保護裝置。

電力系統(tǒng)保護分為主保護和后備保護。主保護是指能在全線范圍速動的保護。后備保護是指作為主保護的后備，不能在全線范圍速動，要帶一定的延時，當(dāng)主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。后備保護可分為遠(yuǎn)后備保護和近后備保護。遠(yuǎn)后備保護就是當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由相鄰的電力設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護，如變壓器的后備保護就是線路的遠(yuǎn)后備。近后備保護是當(dāng)主保護拒動時，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護來實現(xiàn)的后備保護，如線路的零序保護和距離保護就是相互后備的。

電力系統(tǒng)繼電保護裝置是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保證。繼電保護技術(shù)規(guī)程及整定規(guī)程要求電力系統(tǒng)的電力設(shè)備及線路都必須裝設(shè)完備的主保護。在220 kV及以上電力主網(wǎng)系統(tǒng)中，主保護及近后備保護已經(jīng)配備的非常完善，在絕大部分故障情況下均可以滿足快速切除故障的要求。但在某些特殊的工況下，如某變電站在直流電源故障、開關(guān)機構(gòu)缺陷等情況下變壓器低壓或中壓側(cè)故障，有可能造成該變電站無法切除故障的情況。1998年7月20日山西新店變電站發(fā)生的7. 20事故就是這樣一次慘痛例證。類似的事故全國還發(fā)生過多起。

這些事故的發(fā)生均屬于系統(tǒng)遠(yuǎn)后備保護功能不完善所致。由于早期繼電保護原理及實現(xiàn)手段的限制，遠(yuǎn)后備保護在我們多數(shù)的系統(tǒng)中無法實現(xiàn)，隨著微機技術(shù)及繼電保護原理和實現(xiàn)手段的飛速發(fā)展，我們是否也應(yīng)該發(fā)揚與時俱進的精神，提倡或要求實現(xiàn)對下一級變電站被保護設(shè)備特別是變壓器設(shè)備的遠(yuǎn)后備保護功能，進一步提高系統(tǒng)的安全性 。

近后備保護，是指當(dāng)主保護拒動時，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護來實現(xiàn)的后備的保護:當(dāng)斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)后備保護。

近后備保護的優(yōu)點是：

（1）與主保護安裝在同一斷路器處，在主保護拒動時近后備保護動作；

（2）動作時只能切除主保護要跳開的斷路器，不造成事故的擴大；

（3）在高壓電網(wǎng)中能滿足靈敏度的要求。

近后備保護的缺點是：

變電所直流系統(tǒng)故障時可能與主保護同時失去作用，無法起到“后備”的作用；斷路器失靈時無法切除故障，不能起到保護作用。2100433B

實現(xiàn)電力設(shè)備或線路的遠(yuǎn)后備保護的主要技術(shù)難題，就是如何既能檢測到下一變電站變壓器低壓側(cè)故障，又不使保護在重負(fù)荷情況下誤動，系統(tǒng)故障時有選擇性切除，不能越級跳閘。實質(zhì)上也就是遠(yuǎn)后備保護的靈敏度和選擇性問題。

遠(yuǎn)后備保護關(guān)于遠(yuǎn)后備保護的靈敏度

我們首先討論靈敏度問題，過去的線路保護原理及動作特性一般多為圓特性，變壓器低壓或中壓側(cè)故障時，由于變壓器阻抗較大，裝在上一級的阻抗保護較難區(qū)分是故障阻抗還是負(fù)荷阻抗，電流保護就更難區(qū)分是故障電流還是負(fù)荷電流了。微機保護不同，可以用微機實現(xiàn)各種保護特性，包括四邊形特性，圓加四邊形特性，負(fù)荷限制特性等，必要時是否還可以采用拋圓、拋四邊形特性、負(fù)序阻抗等特性，總之，應(yīng)可以利用改變繼電器特性來區(qū)分是負(fù)荷還是故障。我想只要我們提出要求，各繼電器生產(chǎn)廠家很快就能推出滿足要求的產(chǎn)品。

正在運行的繼電保護產(chǎn)品在某些方面已經(jīng)能滿足我們的要求，如南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的RCS-901, 902系列超高壓線路成套保護裝置設(shè)有負(fù)荷限制特性。國電南自生產(chǎn)的PSL-600系列數(shù)字線路保護裝置的阻抗繼電器為四邊形特性，電阻分量可獨立整定，等等，還有很多廠家及型號的繼電器是可以區(qū)分故障和負(fù)荷的，那么只要繼電器能區(qū)分出是故障還是負(fù)荷，整定計算時阻抗繼電器就不用躲負(fù)荷阻抗了，靈敏度將會大幅度提高。這樣，靈敏度問題是否在大部分的系統(tǒng)就可以解決了。

對于繼電器如何區(qū)分是故障還是負(fù)荷，除了上述通過繼電器的阻抗特性來區(qū)分外，我想是否還可以利用繼電器檢測到的阻抗角的不同來區(qū)分。因據(jù)中華人民共和國能源部《電力系統(tǒng)電壓和無功技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定：220 kV及以上系統(tǒng)最大負(fù)荷時功率因數(shù)應(yīng)在0. 95-1之間，35-110 kV應(yīng)在0. 9-1之間。對于我們討論220 kV及發(fā)上系統(tǒng)，最小功率因數(shù)下負(fù)荷阻抗角僅有±18. 2°，而故障時阻抗角應(yīng)在70-85°之間，考慮一定故障電阻，一般也在500以上。應(yīng)用這一原則，在微機保護加以區(qū)分應(yīng)是很容易的事情。對于重負(fù)荷線路，由于負(fù)荷電流的影響，可能使短路阻抗角減小，但也不會小于18. 2°，可以設(shè)置一個合理的動作邊界加以區(qū)分，另外，再配合合理的繼電器特性。經(jīng)過合理的整定，在大部分主網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該也是可以實現(xiàn)遠(yuǎn)后備保護的，起碼實現(xiàn)中壓系統(tǒng)的遠(yuǎn)后備保護應(yīng)沒有問題。如繼電器能區(qū)分短路阻抗和負(fù)荷阻抗，檢測到變壓器低壓側(cè)故障應(yīng)是可能的。對于低壓側(cè)故障確實沒有靈敏度的特殊系統(tǒng)，遠(yuǎn)后備保護范圍可以考慮只伸到中壓側(cè)。總之，目的是盡可能地實現(xiàn)遠(yuǎn)后備，后備的范圍大一點，我們的系統(tǒng)就多一分安全，而不是有條件時才采用遠(yuǎn)后備。

遠(yuǎn)后備保護關(guān)于遠(yuǎn)后備保護的選擇性

關(guān)于遠(yuǎn)后備保護選擇性問題，由于我們過去的計算手段較落后，分析確定一個較復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的時間配合關(guān)系較困難，特別是阻抗三段（四段）伸到變壓器低壓側(cè)或中壓側(cè)后，保護范圍很大，整定起來則更困難。全是在計算機上用軟件計算，不存在計算問題。另外很多220 kV系統(tǒng)都是開環(huán)成區(qū)域網(wǎng)運行，需配合的級數(shù)不會太多，經(jīng)計算，網(wǎng)絡(luò)中其它線路故障時本端測量阻抗沒有靈敏度的阻抗三段（四段），時間不需要配合。同時再適當(dāng)縮小時間級差，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的電力設(shè)備及線路有選擇性的遠(yuǎn)后備應(yīng)是可行的 。