输变电工程中主保护与后备保护的配合策略分析

引言

电力系统越庞大和复杂，输变电设备的单机容量越大，对继电保护配置的要求也越精确、响应时间越短，同时对继电保护继电器配置来说，其一个重要功能是作为当设备出现异常或者发生故障时会立即切断故障点，而在主保护故障或者拒绝动作的情况下其后备保护才能够起到保护作用，所以说如何建立起一个相对较为灵敏而又不会出现误动情况的发生，并且能够起到一箭双雕的效果，则是继电保护系统在配置上的重要环节。

一、输变电工程中继电保护系统构成与基本功能

1.1 继电保护的结构层次与作用划分

继电保护系统通常按结构划分为站级保护装置与线终保护装置，前者主要部署于变电站内部设备，后者部署于输电线路两端。主保护负责就地快速识别故障类型与位置，动作迅速、范围局限；后备保护则根据系统配置逻辑提供一定延时的冗余保护，防止主保护拒动带来的系统风险。

1.2 主保护装置的典型应用与特性要求

主保护按对象分为线路保护、变压器保护、母线保护及断路器保护等。其设计原则需满足快速性、选择性与灵敏性要求。例如，线路差动保护因其判据清晰、抗干扰能力强，被广泛用于高压输电线路中作为主保护手段。主保护动作时间一般需控制在几十毫秒内，以尽快切除故障源，避免设备损伤与故障扩展。

1.3 后备保护的功能补偿与类型设置

后备保护就是远跳保护、过流保护、低电压保护，是为了主保护故障导致失灵时后备过流或者低电压保护切除故障。为防止主保护拒动之后，后备保护动作时导致误跳相邻线路，因此一般要带一定时限。但是设置了较大的延时会导致跳开时间太长，进而会影响到系统的稳定性，所以要注意结合系统网络特点来确定延时大小，还需要结合本变电站的具体情况以及上下游之间的电气距离还有通信因素来进行评估。

二、主保护与后备保护配合存在的主要问题分析

2.1 配合时差设定系统影响系统的安全性

在主备保护系统中的时间整定主要是用来实现分级动作的，在电力系统中有很多不同类型的故障，如果采用较大的时间级差将会使得故障切除时间较长，导致电网失稳；另外主保护的动作范围有限也会导致装置有可能会跳掉邻近的一台设备，造成大面积停电。多电源、多供电点上又容易出现保护的死区，在长延时后出现暂态稳定破坏。如果时间整定不好将会影响电网的紧急情况下的应急反应速度，进而影响电网的安全运行。

2.2 电气参数动态波动会影响到保护装置的识别精度

电力系统的负荷经常发生变化，功率因数也随之发生变化，在运行过程中电流、电压等工况参数一直在不停地调整变化着。如果根据测量值作出判断时由于瞬时误差造成灵敏度不够，则保护装置是无法及时动作的。例如：在发生短路故障之初，电流斜率变化非常大，此时如果互感器发生饱和或受到强烈的谐波干扰，将会出现错误数据，使得主保护不能正确地识别出故障的性质和范围。再比如主保护失灵之后，后备保护会具有一定的延时性，使得保护失配的情况更加严重。

2.3 通信用线制约着保护协同的响应速度

当今的输变电保护需要使用通信网来保证输变电设备保护信息相互连接以及能够及时作出反应，通信网运行不稳定会对主后备保护配合带来一定的不利影响，例如由于链路中断、延时超出上限、报文丢失等情况，在主保护如纵联差动保护或广域测量保护方式时，会由于没有得到完整的被保护线路段两端的信息而发生错误判断情况；再如，通信异常情况下，后备保护不能够获得主保护的状态，缺少了判断条件；如后备保护不是独立做出反应的保护，则无法保证有主保护失败的情况下仍保持良好的保护效

果，增加了运行风险。

三、主后备保护配合策略的优化路径探讨

3.1 分层防御结构与配合逻辑的优化设计

构建多层次的继电保护防御体系有助于提高系统的整体容错能力与响应效率。在输变电系统中，需依据电网拓扑结构、电压等级与设备重要性，划分出清晰的保护层次结构。局部区域可采用高速差动保护形成第一防线，对应具体设备快速切除故障；在区域外设定定向过流保护、电压监测等手段作为第二防线，负责异常状态下的补偿动作。通过明确主后备保护的边界范围、跳闸链条逻辑与故障切除优先级，可有效规避保护死区与跳闸冲突问题，使整套继电系统具备清晰的层级结构与故障响应路径。

3.2 主后备保护整定参数协调机制

在保护装置的整定计算工作中要严格协调主后备保护的动作时间、灵敏系数和整定逻辑，避免出现由于参数不同步引起拒动或者误动的问题；主保护需要有较高的灵敏度和动作时间，后备保护则按照电气距离和级差进行延时整定，并且应该形成合理的时间配合梯度；使用故障仿真软件通过短路电流分布和保护动作情况的建模可以识别保护配置的配合盲区以及整定重叠区域；同时由于动态模拟值的应用能够使整定方案具有更高的适用性，且保护系统有更强的容错能力和灵活性，在复杂工况下也更能够满足于故障的处理需求。

3.3 利用通信互备技术实现快速协调

如今电力系统的大部分都拥有高速通信的能力，因此通信互备的方式也可以用在主后备保护的协同配对上，在构建满足 IEC61850 的通信数据平台以后，可以通过每种保护装置获取实时的本站保护装置间的信息状态，并且装置可以立即发送跳闸命令至其他开关处来使用。而基于 GOOSE 报文的点对点通信能够实现在毫秒内将信号传输给相邻间隔，以确保电力系统的保护装置能够在保护通信正常使用的情况下达到最快的动作时间与精确的动作位置。

3.4 制定运行监测与评价反馈制度

构建运行监测和动态评价机制，对于保证主备后备保护配合的有效性具有决定性的意义。在继电保护装置上增加故障录波、事件记录、定值查询等功能模块；并与调度 SCADA 系统及在线监控平台相结合，从而达到运行状态监测、跳闸次数、通信状态等各项指标的实时分析，并可视化的显示出来。对于出现的保护动作异常或者设置偏差的问题，可以利用专家系统或者是工程人员开展现场查证和方案调整；其长期运行的数据还会用于保护策略的不断优化，以及针对参数再次进行整定，这样就可以形成保护系统的闭环。

结束语

所谓主保护和后备保护的科学配合，就是保障了输变电工程的安全运行。因为继电保护装置的技术不断进步，也随着它的技术升级后的各种性能开始加强，使得它更加智慧化，能够起到一种很好的性能。而在现场进行系统设计或者是工程建设的过程中，在加强整定参数匹配、通信协调配合以及运行状态评价方面要做到突出地发挥，使主保护和后备保护相结合形成一个二者之间反应及时、互为补充、协同作战的可靠协调关系，才可以帮助其提高整个输变电系统中故障处理能力及复原的速度。

参考文献

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[2]新能源接入下输变电系统的适应性改造与优化.孙建.中国高新科技,2025(04).

[3]电力系统继电保护的运行与维护.蔡文.中国新技术新产品,2016(20).