主保護

電力系統中的發電、供電、用電設備，為了安全可靠地運行，減少事故造成的影響和損失，對於重要用電設備、線路、變、配電所需要同時安裝若干組保護，根據保護裝置對被保護設備的作用，分為主保護，後備保護，輔助保護。 ^[2] 

主保護（main protection）是指當保護區域內發生故障時，預定其領先發生作用的保護裝置。對線路保護來説，當根據系統穩定的要求必須全線短時限地切除故障時，應選用縱聯保護裝置作主保護。當系統穩定允許遠故障點的線路—側以帶時限的保護裝置切除故障時。也可以用帶時限階段特性的距離和零序電流保護裝置中的第Ⅰ段和第Ⅱ段作主保護。對於結構比較複雜的電力網和短線路，帶時限階段特性的保護往往無法滿足系統穩定要求，尤其在超高壓電力網上。根據系統的要求有的主保護實現雙重化，且採用兩套縱聯保護。 ^[3] 

主保護投入率是指機組主保護實際投入的套數佔安裝套數的百分數，一般每年或每月統計一次，或在新機組調試完成後進行統計。

主保護正確動作率是指在機組運行過程中，主保護正確動作的次數佔主保護實際動作的總次數的百分數，一般每年或每月統計一次，或在新機組調試完成後進行統計。 ^[4] 

為了確保在主保護可以切除故障時後備保護不動作，後備保護有幾百毫秒的延時。例如，為線路提供近後備並且為遠端母線和相鄰線前20%一50%提供遠後備的II段保護，一般延時400—500 ms。這保證了主保護和相關的斷路器失靈保護具有高優先級別。當主保護髮出跳閘命令，但斷路器未能開斷時，便起動了斷路器失靈保護。斷路器失靈保護的優先級高，因為它是比Ⅱ段保護更具選擇性的近後備。為所有的鄰近饋線提供遠後備保護的Ⅲ段保護一般延時700—1 000ms。這保證了主保護、Ⅱ段保護和Ⅱ段引發的斷路器失靈保護具有更高優先級。

廣域後備保護的延時要求要低得多。一旦發生了主保護拒動，廣域後備保護將立即切除故障。若廣域後備保護探測到主保護髮出跳閘命令，但斷路器沒有斷開，廣域後備保護將起動斷路器失靈保護動作並斷開合適的相鄰斷路器，保護區域中所有繼電器的動作反應都能夠保證廣域保護的速動性和選擇性。

廣域後備保護所要求的時間延遲取決於其與所有鄰近變電站交換信息所需要的時間。200ms的延時就足以使廣域後備保護來收集所有的信息並與傳統主保護配合。當探測到主保護拒動時若延時時間到，則廣域後備保護動作，切除故障。 ^[5] 

反映故障時氣體數量和油流速度的保護稱為瓦斯保護。當變壓器內部故障時，故障點局部高温使變壓器油温升高，體積膨脹，油內空氣被排出而形成上升氣體。若故障點產生電弧，則變壓器油和絕緣材料將分解出大量氣體，這些氣體自油箱流向儲油櫃。故障程度越嚴重，產生氣體越多，流向儲油櫃的油流速度越快。由於氣體數量和油流速度能直接反映變壓器故障性質和嚴重程度，故產生少量氣體和氣流速度較小時，輕瓦斯動作於信號；故障嚴重，油流速度高時，重瓦斯保護瞬時作用於跳閘。

氣體繼電器是構成瓦斯保護的主要元件，它是安裝在油箱與儲油櫃的聯管中部，這樣油箱內氣體必須通過氣體繼電器才能流向儲油櫃。為了使氣體順利地流向儲油櫃，老式變壓器要求油箱與聯管都要有一定傾斜度，其中油箱要求有1%～1.5%，聯管要求有2%～4%的傾斜度。新型的變壓器在容易聚集氣體的地方（如套管升高座等）裝有集氣分管，各集氣分管都接入集氣總管，然後將集氣總管接到氣體繼電器前端的聯管上。這樣，只要集氣管和聯管有一定傾斜度，氣體就能流入儲油櫃，所以油箱就沒有傾斜度方面的要求了。

變壓器差動保護是按循環電流原理構成的，它能正確區分變壓器內、外故障，並能瞬時切除保護區內的故障。如右圖所示表示雙繞組變壓器差動保護的單相原理接線圖。變壓器兩側分別裝設電流互感器TA1和TA2，其二次線圈按環流原則相串聯，差動繼電器接在差流回路上。

正常運行或外部故障時，如右圖（a）所示，變壓器兩側都有電流通過，兩個電流互感器的變比若選擇適當時，二次電流 IⅠ2和 IⅡ2大小相等，方向相同，而在差動回磁中IⅠ2、 IⅡ2的方向相反，因而差動繼電器KD中的電流等於兩側電流互感器二次電流之差，電流為零，所以正常運行或外部故障時繼電器不會動作。

當變壓器內部發生故障時，如右圖（b）所示，兩側電流互感器的二次電流IdⅠ2和IaⅡ2在差動迴路中方向相同，差動繼電器流過的電流為兩電流之和，使差動繼電器動作。

實際上，由於變壓器勵磁湧流、接線方式和電流互感器的誤差等因素的影響，差動繼電器中會流過不平衡電流，不平衡電流越大，繼電器的動作電流越大，致使差動保護的靈敏性降低。因此差動保護需要解決的主要問題之一是採用各種措施避免不平衡電流的影響，在保證選擇性的條件下，還要保證內部故障時有足夠的靈敏性和速動性。

定子繞組相間短路時，引起很大的短路電流，造成繞組過熱，故障點產生的電弧使繞組絕緣損壞，甚至會導致發電機着火，這是發電機內部最嚴重的故障，因此必須裝設定子繞組相間短路的瞬動保護。

1000千瓦以上的發電機應裝設縱聯差動保護。1000千瓦及以下的發電機按不同情況裝設，與電網並列運行時在發電機出口側裝電流速斷保護，當靈敏度不夠時可裝設差動保護；單獨運行時，中性點有引出線，使用中性點側的過電流保護，中性點無引出線使用低電壓保護。

由於用熱廠礦企業用汽量增大，鍋爐容量逐步增大，一些用低壓蒸汽流量在15噸/時、使用壓力2—4公斤/釐米。的單位，只要鍋爐加裝過熱器就可安裝一台750千瓦餘熱發電機，因此750千瓦發電機逐步成為一些中小型廠餘熱發電機的主要容量，同時考慮到廠礦企業搞發電條件比較差，檢修力量薄弱，要求保護儘量可靠；差動保護的靈敏度比電流速斷靈敏度高，生產的750千瓦及以上的小發電機中性點均有引出線；差動保護的投資佔整個機組的投資比例很小。因此，經經濟技術比較後，凡發電機中性點有引出線的小發電機全部採用差動保護作主保護。小水電情況也相同。 ^[6] 

後備保護是主保護的後備。對於變、配電所的進線、重要電氣設備及重要線路，除有主保護外，還安裝後備保護和輔助保護，後備保護又分為近後備保護和遠後備保護。

（1）近後備保護

近後備保護是指被保護設備主保護之外的另一組獨立的繼電保護裝置。當保護範圍內的電氣設備故障時，該設備的主保護由於某種原因拒絕動作時，由該設備的另一組保護動作，使斷路器掉閘切除故障，這種保護稱為被保護設備的後備保護。近後備保護的優、缺點是：

①優點：保護裝置工作可靠，當被保護範圍內發生故障時，可以迅速切除故障，減少事故掉閘的時間，縮小了事故範圍。

②缺點：增加投資，只有重要設備或線路才裝設這種後備保護；增加了維護和試驗工作量；如果由於保護裝置的共用部分發生故障，如與主保護共用的直流系統或電流回路的二次線部分，這時主保護拒絕動作，後備保護同樣不起作用，這樣將使事故範圍擴大造成越級掉閘。

（2）遠後備保護

該保護是藉助於上級線路的繼電保護，作為本級線路或設備的後備保護。當被保護的線路或電氣設備發生故障，而主保護由於某種原因拒絕動作，只得越級使相鄰的上一級線路的繼電保護動作，其斷路器掉閘，藉以切除本線路的故障點。這種情況，上級線路的保護就成為本線路的遠後備保護。遠後備保護的優、缺點是：

①優點：實施簡單、投資省、無需進行維修與試驗；該保護可以在保護裝置本身、斷路器以及互感器、二次迴路及交、直流操作電源部分發生故障時，均可起到後備保護的作用。

②缺點：增加了故障切除的時間，事故範圍擴大，增大了斷電的範圍，使事故損失增加；當相鄰線路的長度相差很懸殊時，短線路的繼電保護，很難實現長線路的後備保護。

輔助保護是一種起輔助作用的繼電保護裝置。例如，為了解決方向保護的死區問題，專門裝設電流速斷保護。 ^[2]  也可以説輔助保護是用於彌補主保護某種保護性能的不足或為加速切除某部分故障而裝設的起輔助作用的保護。