后備保護(hù)

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

當(dāng)此回路很重要時(shí)，后備保護(hù)可以與主保護(hù)裝設(shè)在同一個(gè)回路上，也就是一個(gè)回路有多套保護(hù)，以確保回路的安全運(yùn)行。但是一般都是將此回路的上一級(jí)保護(hù)作為本回路的后備保護(hù)：當(dāng)配電盤(pán)中的一個(gè)回路故障、而主保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作，那么配電盤(pán)上一級(jí)的電源斷路器將延時(shí)后動(dòng)作，這就是該回路的后備保護(hù)。但是這種保護(hù)方式將引起停電事故擴(kuò)大化，使得更多的回路停電 。

當(dāng)回路發(fā)生故障時(shí)，回路上的保護(hù)將在瞬間發(fā)出信號(hào)斷開(kāi)回路的開(kāi)斷元件(如斷路器），這個(gè)立即動(dòng)作的保護(hù)就是主保護(hù)。當(dāng)主保護(hù)因?yàn)楦鞣N原因沒(méi)有動(dòng)作，在延時(shí)很短時(shí)間后（延時(shí)時(shí)間根據(jù)各回路的要求），另一個(gè)保護(hù)將啟動(dòng)并動(dòng)作，將故障回路跳開(kāi)。這個(gè)保護(hù)就是后備保護(hù)。主保護(hù)反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障，后備保護(hù)反應(yīng)變壓器外部故障。保護(hù)范圍主要是變壓器外部線(xiàn)路。

按保護(hù)所起的作用分類(lèi)：主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等 ；

后備保護(hù)又分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)兩種。

①遠(yuǎn)后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線(xiàn)路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。

②近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本設(shè)備或線(xiàn)路的另一套保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)；當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)近后備保護(hù)。

變壓器的主保護(hù)為差動(dòng)保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，主保護(hù)是一次保護(hù)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)瞬時(shí)動(dòng)作；變壓器的主一保護(hù)（主保）跟主二保護(hù)（輔保）是不同的保護(hù)內(nèi)容。

如主一保護(hù)（主保）的內(nèi)容有：差動(dòng)速斷、差動(dòng)保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù)、溫度、瓦斯等變壓器主要保護(hù)。

如主二保護(hù)（輔保）的內(nèi)容有：限時(shí)電流速斷、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)等保護(hù)。

其它保護(hù)均為后備保護(hù)，一般有零序保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、此外還有油溫、油面監(jiān)控保護(hù)，中性點(diǎn)間隙保護(hù)等。自耦變壓器還有公共線(xiàn)圈過(guò)流保護(hù)。

后備保護(hù)是在主保護(hù)不動(dòng)作時(shí)再動(dòng)作，一般有延時(shí)來(lái)判斷主保護(hù)動(dòng)作與否，它包括近后備和遠(yuǎn)后備。

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

后備保護(hù)用于在主保護(hù)故障拒動(dòng)情況下，保護(hù)變壓器。一般包含：

（1）高壓側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)；

（2）低壓側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)；

（3）防御外部接地短路的零序電流、零序電壓保護(hù)；

（4）防止對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷的過(guò)負(fù)荷保護(hù)；

（5）和高壓側(cè)母線(xiàn)相聯(lián)的保護(hù)：高壓側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)；

（6）和低壓側(cè)母線(xiàn)相聯(lián)的相關(guān)保護(hù)：低壓側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)等。

保護(hù)測(cè)量變壓器的各參量未超過(guò)定值時(shí)，保護(hù)處于正常狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，裝置中各保護(hù)根據(jù)測(cè)量判定故障是否發(fā)生在各自的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，縱差保護(hù)動(dòng)作跳閘；若故障點(diǎn)在油箱內(nèi)，氣體保護(hù)能以較高的靈敏度動(dòng)作于跳閘。無(wú)論是內(nèi)部故障還是外部故障，變壓器相間后備保護(hù)均應(yīng)啟動(dòng)。若為接地故障，零序保護(hù)作為接地故障的后備保護(hù)也同時(shí)啟動(dòng)。在后備保護(hù)動(dòng)作延時(shí)內(nèi)，故障若消失，后備保護(hù)返回到正常工作狀態(tài)；若故障仍存在，則動(dòng)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(guò)負(fù)荷等異常工作狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作發(fā)出信號(hào)。

后備保護(hù)裝置是集保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)視、控制、人機(jī)接口、通信等多種功能于一體保護(hù)裝置。

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

2、110kV復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)：一般方向指向變壓器，在110kV有電源時(shí)，做為變壓器的后備保護(hù)。（我們現(xiàn)在往往110kV是開(kāi)環(huán)運(yùn)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(guò)流保護(hù)”相同應(yīng)用，多一套保護(hù)而矣。）作為110KV母線(xiàn)及各110kV出線(xiàn)的相間故障的后備保護(hù)。

3、35kV復(fù)壓過(guò)流I段保護(hù)：作為35KV母線(xiàn)及各35kV出線(xiàn)的相間故障的后備保護(hù)。（定值較高，時(shí)間和線(xiàn)路速斷配合，一般只考慮保證35KV母線(xiàn)故障有靈敏度）

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

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

6、35kV復(fù)壓過(guò)流II段保護(hù)：作為35KV母線(xiàn)及各35kV出線(xiàn)的相間故障的后備保護(hù)。（定值低，要保證出線(xiàn)全線(xiàn)有靈敏度，時(shí)間與出線(xiàn)過(guò)流配合）

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

8、110kV零序方向I段過(guò)流保護(hù)：方向一般指向110KV母線(xiàn)，作為110KV母線(xiàn)及各110kV出線(xiàn)的接地故障的后備保護(hù)。與出線(xiàn)一段配合。

9、220kV零序過(guò)流保護(hù)：作為各類(lèi)接地故障的總后備，一般定值低，時(shí)間長(zhǎng)。

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

電力變壓器應(yīng)裝設(shè)外部接地、相間短路引起的過(guò)電流保護(hù)及中性點(diǎn)過(guò)電壓保護(hù)裝置，以作為相鄰元件及變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)。變壓器的后備保護(hù)是其主保護(hù)的備用保護(hù)，當(dāng)主保護(hù)失靈時(shí)，后備保護(hù)動(dòng)作，以保證設(shè)備和人身安全。其保護(hù)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(hù)是指阻抗保護(hù)、低電壓過(guò)流保護(hù)、復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)、過(guò)流保護(hù)，它們都能反應(yīng)變壓器的過(guò)流狀態(tài)，但它們的靈敏度不一樣，阻抗保護(hù)的靈敏度高，過(guò)流保護(hù)的靈敏度低。

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(hù)。作為變壓器本身主保護(hù)的后備保護(hù)和相鄰元件接地短路的后備保護(hù) 。

后備保護(hù)零序電流保護(hù)

中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器毫無(wú)例外都采用零序過(guò)電流保護(hù)作為變壓器接地后備保護(hù) 。零序過(guò)電流保護(hù)通常采用兩段式，零序I段與相鄰元件零序電流保護(hù)I段相配合；零序電流保護(hù)II段保護(hù)與相鄰元件零序電流保護(hù)后備段相配合。與三繞組變壓器相間后備保護(hù)類(lèi)似，零序電流保護(hù)在配置上要考慮縮小故障影響范圍的問(wèn)題。根據(jù)需要，每段零序電流保護(hù)可設(shè)兩個(gè)時(shí)限，并以較短的時(shí)限動(dòng)作于縮小故障影響范圍，以較長(zhǎng)的時(shí)限斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。

后備保護(hù)接地后備保護(hù)

對(duì)于多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行的變電所，通常采用一部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，而另一部分變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)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(shí)也使整個(gè)電力系統(tǒng)零序電流的大小和分布情況盡量不受運(yùn)行方式的變化，提高系統(tǒng)零序電流保護(hù)的靈敏度。

中性點(diǎn)有兩種運(yùn)行方式的變壓器，需要裝設(shè)零序過(guò)電流保護(hù)—用于中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式；零序過(guò)電壓保護(hù)—用于中性點(diǎn)不接為地運(yùn)行方式。

原則：對(duì)于分級(jí)絕緣變壓器應(yīng)先切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器，后切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器；對(duì)于全絕緣變壓器應(yīng)先切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器，后切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器。

電力系統(tǒng)保護(hù)分為主保護(hù)和后備保護(hù)。主保護(hù)是指能在全線(xiàn)范圍速動(dòng)的保護(hù)。后備保護(hù)是指作為主保護(hù)的后備，不能在全線(xiàn)范圍速動(dòng)，要帶一定的延時(shí)，當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，用來(lái)切除故障的保護(hù)。后備保護(hù)可分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)。遠(yuǎn)后備保護(hù)就是當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰的電力設(shè)備或線(xiàn)路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)，如變壓器的后備保護(hù)就是線(xiàn)路的遠(yuǎn)后備。近后備保護(hù)是當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本電力設(shè)備或線(xiàn)路的另一套保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)，如線(xiàn)路的零序保護(hù)和距離保護(hù)就是相互后備的。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。繼電保護(hù)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(xiàn)路都必須裝設(shè)完備的主保護(hù)。在220 kV及以上電力主網(wǎng)系統(tǒng)中，主保護(hù)及近后備保護(hù)已經(jīng)配備的非常完善，在絕大部分故障情況下均可以滿(mǎn)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(kāi)關(guān)機(jī)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(wú)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(lèi)似的事故全國(guó)還發(fā)生過(guò)多起。

這些事故的發(fā)生均屬于系統(tǒng)遠(yuǎn)后備保護(hù)功能不完善所致。由于早期繼電保護(hù)原理及實(shí)現(xiàn)手段的限制，遠(yuǎn)后備保護(hù)在我們多數(shù)的系統(tǒng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)，隨著微機(jī)技術(shù)及繼電保護(hù)原理和實(shí)現(xiàn)手段的飛速發(fā)展，我們是否也應(yīng)該發(fā)揚(yáng)與時(shí)俱進(jìn)的精神，提倡或要求實(shí)現(xiàn)對(duì)下一級(jí)變電站被保護(hù)設(shè)備特別是變壓器設(shè)備的遠(yuǎn)后備保護(hù)功能，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性 。

近后備保護(hù)，是指當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本電力設(shè)備或線(xiàn)路的另一套保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備的保護(hù):當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)。

近后備保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）與主保護(hù)安裝在同一斷路器處，在主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)近后備保護(hù)動(dòng)作；

（2）動(dòng)作時(shí)只能切除主保護(hù)要跳開(kāi)的斷路器，不造成事故的擴(kuò)大；

（3）在高壓電網(wǎng)中能滿(mǎn)足靈敏度的要求。

近后備保護(hù)的缺點(diǎn)是：

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

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

遠(yuǎn)后備保護(hù)關(guān)于遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏度

我們首先討論靈敏度問(wèn)題，過(guò)去的線(xiàn)路保護(hù)原理及動(dòng)作特性一般多為圓特性，變壓器低壓或中壓側(cè)故障時(shí)，由于變壓器阻抗較大，裝在上一級(jí)的阻抗保護(hù)較難區(qū)分是故障阻抗還是負(fù)荷阻抗，電流保護(hù)就更難區(qū)分是故障電流還是負(fù)荷電流了。微機(jī)保護(hù)不同，可以用微機(jī)實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)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(shí)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(lái)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(chǎng)家很快就能推出滿(mǎn)足要求的產(chǎn)品。

正在運(yùn)行的繼電保護(hù)產(chǎn)品在某些方面已經(jīng)能滿(mǎn)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(xiàn)路成套保護(hù)裝置設(shè)有負(fù)荷限制特性。國(guó)電南自生產(chǎn)的PSL-600系列數(shù)字線(xiàn)路保護(hù)裝置的阻抗繼電器為四邊形特性，電阻分量可獨(dú)立整定，等等，還有很多廠(chǎng)家及型號(hào)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(jì)算時(shí)阻抗繼電器就不用躲負(fù)荷阻抗了，靈敏度將會(huì)大幅度提高。這樣，靈敏度問(wèn)題是否在大部分的系統(tǒng)就可以解決了。

對(duì)于繼電器如何區(qū)分是故障還是負(fù)荷，除了上述通過(guò)繼電器的阻抗特性來(lái)區(qū)分外，我想是否還可以利用繼電器檢測(cè)到的阻抗角的不同來(lái)區(qū)分。因據(jù)中華人民共和國(guó)能源部《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)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(shí)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(duì)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(shí)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(jī)保護(hù)加以區(qū)分應(yīng)是很容易的事情。對(duì)于重負(fù)荷線(xiàn)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(huì)小于18. 2°，可以設(shè)置一個(gè)合理的動(dòng)作邊界加以區(qū)分，另外，再配合合理的繼電器特性。經(jīng)過(guò)合理的整定，在大部分主網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該也是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)后備保護(hù)的，起碼實(shí)現(xiàn)中壓系統(tǒng)的遠(yuǎn)后備保護(hù)應(yīng)沒(méi)有問(wèn)題。如繼電器能區(qū)分短路阻抗和負(fù)荷阻抗，檢測(cè)到變壓器低壓側(cè)故障應(yīng)是可能的。對(duì)于低壓側(cè)故障確實(shí)沒(méi)有靈敏度的特殊系統(tǒng)，遠(yuǎn)后備保護(hù)范圍可以考慮只伸到中壓側(cè)。總之，目的是盡可能地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)后備，后備的范圍大一點(diǎn)，我們的系統(tǒng)就多一分安全，而不是有條件時(shí)才采用遠(yuǎn)后備。

遠(yuǎn)后備保護(hù)關(guān)于遠(yuǎn)后備保護(hù)的選擇性

關(guān)于遠(yuǎn)后備保護(hù)選擇性問(wèn)題，由于我們過(guò)去的計(jì)算手段較落后，分析確定一個(gè)較復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的時(shí)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(hù)范圍很大，整定起來(lái)則更困難。全是在計(jì)算機(jī)上用軟件計(jì)算，不存在計(jì)算問(wèn)題。另外很多220 kV系統(tǒng)都是開(kāi)環(huán)成區(qū)域網(wǎng)運(yùn)行，需配合的級(jí)數(shù)不會(huì)太多，經(jīng)計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)中其它線(xiàn)路故障時(shí)本端測(cè)量阻抗沒(méi)有靈敏度的阻抗三段（四段），時(shí)間不需要配合。同時(shí)再適當(dāng)縮小時(shí)間級(jí)差，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的電力設(shè)備及線(xiàn)路有選擇性的遠(yuǎn)后備應(yīng)是可行的 。