遠後備保護

電力系統保護分為主保護和後備保護。主保護是指能在全線範圍速動的保護。後備保護是指作為主保護的後備，不能在全線範圍速動，要帶一定的延時，當主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護。後備保護可分為遠後備保護和近後備保護。遠後備保護就是當主保護或斷路器拒動時，由相鄰的電力設備或線路的保護來實現的後備保護，如變壓器的後備保護就是線路的遠後備。近後備保護是當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護來實現的後備保護，如線路的零序保護和距離保護就是相互後備的。

電力系統繼電保護裝置是電力系統安全穩定運行的重要保證。繼電保護技術規程及整定規程要求電力系統的電力設備及線路都必須裝設完備的主保護。在220 kV及以上電力主網系統中，主保護及近後備保護已經配備的非常完善，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、開關機構缺陷等情況下變壓器低壓或中壓側故障，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生過多起。

這些事故的發生均屬於系統遠後備保護功能不完善所致。由於早期繼電保護原理及實現手段的限制，遠後備保護在我們多數的系統中無法實現，隨着微機技術及繼電保護原理和實現手段的飛速發展，我們是否也應該發揚與時俱進的精神，提倡或要求實現對下一級變電站被保護設備特別是變壓器設備的遠後備保護功能，進一步提高系統的安全性 ^[1]  。

系統的被保護設備只有主保護和近後備保護是無法實現對下一級變電站的後備保護功能的。當下一級變電站的被保護元件，如變壓器低壓側故障，若由於某種特殊的原因（象變電站火災等重大事故引起的全站直流消失）不能及時切除故障時，上一級變電站的線路保護若不具備遠後備功能，那麼該變壓器只能眼看着被燒燬，引發重大事故。這樣的事故雖然為數不多，但在全國已發生數起，如山西新店變電站1998年發生的7. 20事故就是最典型的一次。當時，由於220/110/10 kV變壓器10 kV側短路，故障不能及時切除引發全站直流消失，致使該站失去切除故障的能力。上一級變電站因不具備遠後備功能而無法切除故障，故障一直持續到手動切除，歷時約4min。變壓器因着火而嚴重損壞，同時還燒燬了控制室及控制室的全部二次設備，系統由於電壓低而切掉多台機組及負荷，對山西電網安全穩定運行造成惡劣影響。

對於上述這一情況，繼電保護同行當然是很清楚的，配備遠後備保護的必要性也是不言而喻的，只是苦於當時的繼電保護技術無法實現這一功能，再加上整定配合時間計算的繁瑣，所以截止到國內大部分的網絡均以近後備原則配置。

運行整定規程也是這樣講的“對於220 kV及以上電力系統的線路保護，一般採用近後備保護方式，……。有條件時可採用遠後備保護方式，……。”我想這樣做並不是説我們的系統不需要遠後備保護，或者説是無關緊要，而是在技術上無法實現，原因是實現遠後備保護後選擇性則無法保證。隨着微機繼電保護技術的迅猛發展，探討實現電網主設備的遠後備保護功能，減少惡性事故的發生幾率，進一步提高電網的安全穩定運行水平，是繼電保護研究的當務之急。從另一個角度講，我們的220 kV及以上系統已配備非常完備雙套主保護及雙套阻抗或電流二段等近後備保護，那末我們的阻抗三段、四段的保護重點為何不放在遠後備功能上呢，我想只要技術能夠實現，應該是大力提倡或要求的。

220 kV及以上主系統的主設備及線路保護已全部配備了雙套主保護和後保護，且配備雙直流電源和開關雙跳閘線圈，已非常可靠，沒有必要再配置遠後備保護。我個人認為，在我們還沒有能力實現遠後備功能的情況下應是可行的，因總不能一味追求遠後備功能而喪失繼電保護的選擇性和安全性，我們過去也一直是這樣做的。但隨着微機繼電保護技術的發展，若能在保證保護的選擇性和安全性的前提下，實現對下一級變電站變壓器的遠後備功能，為什麼不應該提倡呢?回答自然是肯定的。因為在系統中運行的變電站要做到絕對不發生意外事故，幾乎是不可能的。特別是變電站的低壓系統經常發生由於絕緣損壞或操作失誤造成高壓串入直流系統的事故，進而引發全站直流消失，另外也存在着在系統發生接地故障時由於控制室與開關場地網接觸不良引發直流消失的可能 ^[2]  。

實現電力設備或線路的遠後備保護的主要技術難題，就是如何既能檢測到下一變電站變壓器低壓側故障，又不使保護在重負荷情況下誤動，系統故障時有選擇性切除，不能越級跳閘。實質上也就是遠後備保護的靈敏度和選擇性問題。

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故障時，由於變壓器阻抗較大，裝在上一級的阻抗保護較難區分是故障阻抗還是負荷阻抗，電流保護就更難區分是故障電流還是負荷電流了。微機保護不同，可以用微機實現各種保護特性，包括四邊形特性，圓加四邊形特性，負荷限制特性等，必要時是否還可以採用拋圓、拋四邊形特性、負序阻抗等特性，總之，應可以利用改變繼電器特性來區分是負荷還是故障。我想只要我們提出要求，各繼電器生產廠家很快就能推出滿足要求的產品。

正在運行的繼電保護產品在某些方面已經能滿足我們的要求，如南京南瑞繼保電氣有限公司生產的RCS-901, 902系列超高壓線路成套保護裝置設有負荷限制特性。國電南自生產的PSL-600系列數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分故障和負荷的，那麼只要繼電器能區分出是故障還是負荷，整定計算時阻抗繼電器就不用躲負荷阻抗了，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就可以解決了。

對於繼電器如何區分是故障還是負荷，除了上述通過繼電器的阻抗特性來區分外，我想是否還可以利用繼電器檢測到的阻抗角的不同來區分。因據中華人民共和國能源部《電力系統電壓和無功技術導則》中規定：220 kV及以上系統最大負荷時功率因數應在0. 95-1之間，35-110 kV應在0. 9-1之間。對於我們討論220 kV及發上系統，最小功率因數下負荷阻抗角僅有±18. 2°，而故障時阻抗角應在70-85°之間，考慮一定故障電阻，一般也在500以上。應用這一原則，在微機保護加以區分應是很容易的事情。對於重負荷線路，由於負荷電流的影響，可能使短路阻抗角減小，但也不會小於18. 2°，可以設置一個合理的動作邊界加以區分，另外，再配合合理的繼電器特性。經過合理的整定，在大部分主網系統應該也是可以實現遠後備保護的，起碼實現中壓系統的遠後備保護應沒有問題。如繼電器能區分短路阻抗和負荷阻抗，檢測到變壓器低壓側故障應是可能的。對於低壓側故障確實沒有靈敏度的特殊系統，遠後備保護範圍可以考慮只伸到中壓側。總之，目的是儘可能地實現遠後備，後備的範圍大一點，我們的系統就多一分安全，而不是有條件時才採用遠後備。

關於遠後備保護選擇性問題，由於我們過去的計算手段較落後，分析確定一個較複雜網絡的時間配合關係較困難，特別是阻抗三段（四段）伸到變壓器低壓側或中壓側後，保護範圍很大，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系統都是開環成區域網運行，需配合的級數不會太多，經計算，網絡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。同時再適當縮小時間級差，實現電力系統的電力設備及線路有選擇性的遠後備應是可行的 ^[1]  。

綜合上述分析，並結合國內繼電保護技術水平，提倡或要求220 kV及以上主網，實現對電力系統的電力設備及線路的遠後備保護時機已經成熟，應儘早制定相關技術反措或開展試點工作，以進一步提高電力系統可靠性和穩定性，進一步提高預防大面積停機、停電事故發生的防範能力 ^[3]  。