远后备保护

由相邻的电力设备或线路的保护来实现的后备保护

远后备保护就是当主保护或断路器拒动时，由相邻的电力设备或线路的保护来实现的后备保护，如变压器的后备保护就是线路的远后备。远后备保护是电力系统安全稳定运行的重要保护。继电保护技术规程及整定规程要求电力系统的电力设备及线路都必须装设完备的主保护。系统的被保护设备只有主保护和近后备保护是无法实现对下一级变电站的后备保护功能的。

简介

电力系统保护分为主保护和后备保护。主保护是指能在全线范围速动的保护。后备保护是指作为主保护的后备，不能在全线范围速动，要带一定的延时，当主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。后备保护可分为远后备保护和近后备保护。远后备保护就是当主保护或断路器拒动时，由相邻的电力设备或线路的保护来实现的后备保护，如变压器的后备保护就是线路的远后备。近后备保护是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护，如线路的零序保护和距离保护就是相互后备的。

电力系统继电保护装置是电力系统安全稳定运行的重要保证。继电保护技术规程及整定规程要求电力系统的电力设备及线路都必须装设完备的主保护。在220 kV及以上电力主网系统中，主保护及近后备保护已经配备的非常完善，在绝大部分故障情况下均可以满足快速切除故障的要求。但在某些特殊的工况下，如某变电站在直流电源故障、开关机构缺陷等情况下变压器低压或中压侧故障，有可能造成该变电站无法切除故障的情况。1998年7月20日山西新店变电站发生的7. 20事故就是这样一次惨痛例证。类似的事故全国还发生过多起。

这些事故的发生均属于系统远后备保护功能不完善所致。由于早期继电保护原理及实现手段的限制，远后备保护在我们多数的系统中无法实现，随着微机技术及继电保护原理和实现手段的飞速发展，我们是否也应该发扬与时俱进的精神，提倡或要求实现对下一级变电站被保护设备特别是变压器设备的远后备保护功能，进一步提高系统的安全性。

实现远后备保护的必要性

系统的被保护设备只有主保护和近后备保护是无法实现对下一级变电站的后备保护功能的。当下一级变电站的被保护元件，如变压器低压侧故障，若由于某种特殊的原因（象变电站火灾等重大事故引起的全站直流消失）不能及时切除故障时，上一级变电站的线路保护若不具备远后备功能，那么该变压器只能眼看着被烧毁，引发重大事故。这样的事故虽然为数不多，但在全国已发生数起，如山西新店变电站1998年发生的7. 20事故就是最典型的一次。当时，由于220/110/10 kV变压器10 kV侧短路，故障不能及时切除引发全站直流消失，致使该站失去切除故障的能力。上一级变电站因不具备远后备功能而无法切除故障，故障一直持续到手动切除，历时约4min。变压器因着火而严重损坏，同时还烧毁了控制室及控制室的全部二次设备，系统由于电压低而切掉多台机组及负荷，对山西电网安全稳定运行造成恶劣影响。

对于上述这一情况，继电保护同行当然是很清楚的，配备远后备保护的必要性也是不言而喻的，只是苦于当时的继电保护技术无法实现这一功能，再加上整定配合时间计算的繁琐，所以截止到国内大部分的网络均以近后备原则配置。

运行整定规程也是这样讲的“对于220 kV及以上电力系统的线路保护，一般采用近后备保护方式，……。有条件时可采用远后备保护方式，……。”我想这样做并不是说我们的系统不需要远后备保护，或者说是无关紧要，而是在技术上无法实现，原因是实现远后备保护后选择性则无法保证。随着微机继电保护技术的迅猛发展，探讨实现电网主设备的远后备保护功能，减少恶性事故的发生几率，进一步提高电网的安全稳定运行水平，是继电保护研究的当务之急。从另一个角度讲，我们的220 kV及以上系统已配备非常完备双套主保护及双套阻抗或电流二段等近后备保护，那末我们的阻抗三段、四段的保护重点为何不放在远后备功能上呢，我想只要技术能够实现，应该是大力提倡或要求的。

220 kV及以上主系统的主设备及线路保护已全部配备了双套主保护和后保护，且配备双直流电源和开关双跳闸线圈，已非常可靠，没有必要再配置远后备保护。我个人认为，在我们还没有能力实现远后备功能的情况下应是可行的，因总不能一味追求远后备功能而丧失继电保护的选择性和安全性，我们过去也一直是这样做的。但随着微机继电保护技术的发展，若能在保证保护的选择性和安全性的前提下，实现对下一级变电站变压器的远后备功能，为什么不应该提倡呢?回答自然是肯定的。因为在系统中运行的变电站要做到绝对不发生意外事故，几乎是不可能的。特别是变电站的低压系统经常发生由于绝缘损坏或操作失误造成高压串入直流系统的事故，进而引发全站直流消失，另外也存在着在系统发生接地故障时由于控制室与开关场地网接触不良引发直流消失的可能。

实现远后备保护的可行性

实现电力设备或线路的远后备保护的主要技术难题，就是如何既能检测到下一变电站变压器低压侧故障，又不使保护在重负荷情况下误动，系统故障时有选择性切除，不能越级跳闸。实质上也就是远后备保护的灵敏度和选择性问题。

关于远后备保护的灵敏度

我们首先讨论灵敏度问题，过去的线路保护原理及动作特性一般多为圆特性，变压器低压或中压侧故障时，由于变压器阻抗较大，装在上一级的阻抗保护较难区分是故障阻抗还是负荷阻抗，电流保护就更难区分是故障电流还是负荷电流了。微机保护不同，可以用微机实现各种保护特性，包括四边形特性，圆加四边形特性，负荷限制特性等，必要时是否还可以采用抛圆、抛四边形特性、负序阻抗等特性，总之，应可以利用改变继电器特性来区分是负荷还是故障。我想只要我们提出要求，各继电器生产厂家很快就能推出满足要求的产品。

正在运行的继电保护产品在某些方面已经能满足我们的要求，如南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS-901, 902系列超高压线路成套保护装置设有负荷限制特性。国电南自生产的PSL-600系列数字线路保护装置的阻抗继电器为四边形特性，电阻分量可独立整定，等等，还有很多厂家及型号的继电器是可以区分故障和负荷的，那么只要继电器能区分出是故障还是负荷，整定计算时阻抗继电器就不用躲负荷阻抗了，灵敏度将会大幅度提高。这样，灵敏度问题是否在大部分的系统就可以解决了。

对于继电器如何区分是故障还是负荷，除了上述通过继电器的阻抗特性来区分外，我想是否还可以利用继电器检测到的阻抗角的不同来区分。因据中华人民共和国能源部《电力系统电压和无功技术导则》中规定：220 kV及以上系统最大负荷时功率因数应在0. 95-1之间，35-110 kV应在0. 9-1之间。对于我们讨论220 kV及发上系统，最小功率因数下负荷阻抗角仅有±18. 2°，而故障时阻抗角应在70-85°之间，考虑一定故障电阻，一般也在500以上。应用这一原则，在微机保护加以区分应是很容易的事情。对于重负荷线路，由于负荷电流的影响，可能使短路阻抗角减小，但也不会小于18. 2°，可以设置一个合理的动作边界加以区分，另外，再配合合理的继电器特性。经过合理的整定，在大部分主网系统应该也是可以实现远后备保护的，起码实现中压系统的远后备保护应没有问题。如继电器能区分短路阻抗和负荷阻抗，检测到变压器低压侧故障应是可能的。对于低压侧故障确实没有灵敏度的特殊系统，远后备保护范围可以考虑只伸到中压侧。总之，目的是尽可能地实现远后备，后备的范围大一点，我们的系统就多一分安全，而不是有条件时才采用远后备。

关于远后备保护的选择性

关于远后备保护选择性问题，由于我们过去的计算手段较落后，分析确定一个较复杂网络的时间配合关系较困难，特别是阻抗三段（四段）伸到变压器低压侧或中压侧后，保护范围很大，整定起来则更困难。全是在计算机上用软件计算，不存在计算问题。另外很多220 kV系统都是开环成区域网运行，需配合的级数不会太多，经计算，网络中其它线路故障时本端测量阻抗没有灵敏度的阻抗三段（四段），时间不需要配合。同时再适当缩小时间级差，实现电力系统的电力设备及线路有选择性的远后备应是可行的。

总结

综合上述分析，并结合国内继电保护技术水平，提倡或要求220 kV及以上主网，实现对电力系统的电力设备及线路的远后备保护时机已经成熟，应尽早制定相关技术反措或开展试点工作，以进一步提高电力系统可靠性和稳定性，进一步提高预防大面积停机、停电事故发生的防范能力。

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