[科普中国]-主保护

概述

电力系统中的发电、供电、用电设备，为了安全可靠地运行，减少事故造成的影响和损失，对于重要用电设备、线路、变、配电所需要同时安装若干组保护，根据保护装置对被保护设备的作用，分为主保护，后备保护，辅助保护。2

主保护（main protection）是指当保护区域内发生故障时，预定其领先发生作用的保护装置。对线路保护来说，当根据系统稳定的要求必须全线短时限地切除故障时，应选用纵联保护装置作主保护。当系统稳定允许远故障点的线路—侧以带时限的保护装嚣切除故障时。也可以用带时限阶段特性的距离和零序电流保护装置中的第Ⅰ段和第Ⅱ段作主保护。对于结构比较复杂的电力网和短线路，带时限阶段特性的保护往往无法满足系统稳定要求，尤其在超高压电力网上。根据系统的要求有的主保护实现双重化，且采用两套纵联保护。3

主保护投入率是指机组主保护实际投入的套数占安装套数的百分数，一般每年或每月统计一次，或在新机组调试完成后进行统计。

主保护正确动作率是指在机组运行过程中，主保护正确动作的次数占主保护实际动作的总次数的百分数，一般每年或每月统计一次，或在新机组调试完成后进行统计。4

广域后备保护与主保护的配合为了确保在主保护可以切除故障时后备保护不动作，后备保护有几百毫秒的延时。例如，为线路提供近后备并且为远端母线和相邻线前20%一50%提供远后备的II段保护，一般延时400—500 ms。这保证了主保护和相关的断路器失灵保护具有高优先级别。当主保护发出跳闸命令，但断路器未能开断时，便起动了断路器失灵保护。断路器失灵保护的优先级高，因为它是比Ⅱ段保护更具选择性的近后备。为所有的邻近馈线提供远后备保护的Ⅲ段保护一般延时700—1 000ms。这保证了主保护、Ⅱ段保护和Ⅱ段引发的断路器失灵保护具有更高优先级。

广域后备保护的延时要求要低得多。一旦发生了主保护拒动，广域后备保护将立即切除故障。若广域后备保护探测到主保护发出跳闸命令，但断路器没有断开，广域后备保护将起动断路器失灵保护动作并断开合适的相邻断路器，保护区域中所有继电器的动作反应都能够保证广域保护的速动性和选择性。

广域后备保护所要求的时间延迟取决于其与所有邻近变电站交换信息所需要的时间。200ms的延时就足以使广域后备保护来收集所有的信息并与传统主保护配合。当探测到主保护拒动时若延时时间到，则广域后备保护动作，切除故障。5

变压器的主保护瓦斯保护反映故障时气体数量和油流速度的保护称为瓦斯保护。当变压器内部故障时，故障点局部高温使变压器油温升高，体积膨胀，油内空气被排出而形成上升气体。若故障点产生电弧，则变压器油和绝缘材料将分解出大量气体，这些气体自油箱流向储油柜。故障程度越严重，产生气体越多，流向储油柜的油流速度越快。由于气体数量和油流速度能直接反映变压器故障性质和严重程度，故产生少量气体和气流速度较小时，轻瓦斯动作于信号；故障严重，油流速度高时，重瓦斯保护瞬时作用于跳闸。

气体继电器是构成瓦斯保护的主要元件，它是安装在油箱与储油柜的联管中部，这样油箱内气体必须通过气体继电器才能流向储油柜。为了使气体顺利地流向储油柜，老式变压器要求油箱与联管都要有一定倾斜度，其中油箱要求有1%～1.5%，联管要求有2%～4%的倾斜度。新型的变压器在容易聚集气体的地方（如套管升高座等）装有集气分管，各集气分管都接入集气总管，然后将集气总管接到气体继电器前端的联管上。这样，只要集气管和联管有一定倾斜度，气体就能流入储油柜，所以油箱就没有倾斜度方面的要求了。

差动保护变压器差动保护是按循环电流原理构成的，它能正确区分变压器内、外故障，并能瞬时切除保护区内的故障。如右图所示表示双绕组变压器差动保护的单相原理接线图。变压器两侧分别装设电流互感器TA1和TA2，其二次线圈按环流原则相串联，差动继电器接在差流回路上。

正常运行或外部故障时，如右图（a）所示，变压器两侧都有电流通过，两个电流互感器的变比若选择适当时，二次电流 IⅠ2和 IⅡ2大小相等，方向相同，而在差动回磁中IⅠ2、 IⅡ2的方向相反，因而差动继电器KD中的电流等于两侧电流互感器二次电流之差，电流为零，所以正常运行或外部故障时继电器不会动作。

当变压器内部发生故障时，如右图（b）所示，两侧电流互感器的二次电流IdⅠ2和IaⅡ2在差动回路中方向相同，差动继电器流过的电流为两电流之和，使差动继电器动作。

实际上，由于变压器励磁涌流、接线方式和电流互感器的误差等因素的影响，差动继电器中会流过不平衡电流，不平衡电流越大，继电器的动作电流越大，致使差动保护的灵敏性降低。因此差动保护需要解决的主要问题之一是采用各种措施避免不平衡电流的影响，在保证选择性的条件下，还要保证内部故障时有足够的灵敏性和速动性。

发动机的主保护定子绕组相间短路时，引起很大的短路电流，造成绕组过热，故障点产生的电弧使绕组绝缘损坏，甚至会导致发电机着火，这是发电机内部最严重的故障，因此必须装设定子绕组相间短路的瞬动保护。

1000千瓦以上的发电机应装设纵联差动保护。1000千瓦及以下的发电机按不同情况装设，与电网并列运行时在发电机出口侧装电流速断保护，当灵敏度不够时可装设差动保护；单独运行时，中性点有引出线，使用中性点侧的过电流保护，中性点无引出线使用低电压保护。

由于目前用热厂矿企业用汽量增大，锅炉容量逐步增大，一些用低压蒸汽流量在15吨/时、使用压力2—4公斤/厘米。的单位，只要锅炉加装过热器就可安装一台750千瓦余热发电机，因此750千瓦发电机逐步成为一些中小型厂余热发电机的主要容量，同时考虑到厂矿企业搞发电条件比较差，检修力量薄弱，要求保护尽量可靠；差动保护的灵敏度比电流速断灵敏度高，目前生产的750千瓦及以上的小发电机中性点均有引出线；差动保护的投资占整个机组的投资比例很小。因此，经经济技术比较后，凡发电机中性点有引出线的小发电机全部采用差动保护作主保护。小水电情况也相同。6

相关名词后备保护后备保护是主保护的后备。对于变、配电所的进线、重要电气设备及重要线路，除有主保护外，还安装后备保护和辅助保护，后备保护又分为近后备保护和远后备保护。

（1）近后备保护

近后备保护是指被保护设备主保护之外的另一组独立的继电保护装置。当保护范围内的电气设备故障时，该设备的主保护由于某种原因拒绝动作时，由该设备的另一组保护动作，使断路器掉闸切除故障，这种保护称为被保护设备的后备保护。近后备保护的优、缺点是：

①优点：保护装置工作可靠，当被保护范围内发生故障时，可以迅速切除故障，减少事故掉闸的时间，缩小了事故范围。

②缺点：增加投资，只有重要设备或线路才装设这种后备保护；增加了维护和试验工作量；如果由于保护装置的共用部分发生故障，如与主保护共用的直流系统或电流回路的二次线部分，这时主保护拒绝动作，后备保护同样不起作用，这样将使事故范围扩大造成越级掉闸。

（2）远后备保护

该保护是借助于上级线路的继电保护，作为本级线路或设备的后备保护。当被保护的线路或电气设备发生故障，而主保护由于某种原因拒绝动作，只得越级使相邻的上一级线路的继电保护动作，其断路器掉闸，借以切除本线路的故障点。这种情况，上级线路的保护就成为本线路的远后备保护。远后备保护的优、缺点是：

①优点：实施简单、投资省、无需进行维修与试验；该保护可以在保护装置本身、断路器以及互感器、二次回路及交、直流操作电源部分发生故障时，均可起到后备保护的作用。

②缺点：增加了故障切除的时间，事故范围扩大，增大了断电的范围，使事故损失增加；当相邻线路的长度相差很悬殊时，短线路的继电保护，很难实现长线路的后备保护。

辅助保护辅助保护是一种起辅助作用的继电保护装置。例如，为了解决方向保护的死区问题，专门装设电流速断保护。2也可以说辅助保护是用于弥补主保护某种保护性能的不足或为加速切除某部分故障而装设的起辅助作用的保护。