中外變壓器保護配置要求的異同探析

翟 強 裴善鵬

（1.淄博礦業集團許廠煤礦，山東 淄博272073；2.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南250013）

0 引言

近年來，我國電力行業以總承包方式承接了多項國外電力工程［1］，項目主要分布在亞洲、南美洲、非洲等地區［2－3］，以電源項目居多，也有部分電網項目。這些項目都用到了變壓器。和目前國外電力工程中其他設備和設計一樣，變壓器應用遇到的最大問題就是標準問題。目前對設備制造的標準國內外較為統一，但是對變壓器保護配置的標準不太一致。本文就從變壓器保護配置這一方面出發，分析我國電力常用的GB和DL標準與國外相關標準的異同。

1 國內外常用變壓器保護配置標準

由于本文針對的是保護配置方面，IEC標準、BS標準和NEMA標準中較少有對變壓器保護配置的要求，更多的是對繼電器設備本身抗干擾實驗、數據格式等設備方面的一些要求，如IEC60255《電氣繼電器》，IEC60050－448《電力系統保護》等，所以本文不再對這些標準進行分析：IEEE標準中有很多關于保護配置的要求，因此本文主要引用IEEE標準進行異同說明。國內標準方面，國標中關于保護裝置通用技術規范和裝置電氣干擾試驗等一些標準，如GB14598.300—2008《微機變壓器保護裝置通用技術要求》等，本文也不涉及，主要對標的還是國內的變壓器保護設計標準。因此本文總結出國內外常用變壓器保護配置標準如下：

國內常用的變壓器保護標準：GB／T14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》、GB／T50062—2008《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》、DL／T5153—2002《火力發電廠廠用電設計技術規定》、DL／T684—2012《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》。

國外常用的變壓器保護標準：IEEE Std C37.91—2008《Guide for Protecting Power Transformers》（電力變壓器保護導則）、IEEE Std C37.108—2002《Guide for the Protection of Network Transformer》（網絡變壓器保護導則）、IEEE Std242—2001《IEEE Reco mmended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Co mmercial Power Systems》（工業和商業電力系統保護和協調推薦實施規程）。

2 變壓器保護標準介紹

IEEE Std C37.91—2008《電力變壓器保護導則》主要針對10kV及5MVA以上輸電和配電變壓器，討論了保護原則、工程實例和經濟性等方面內容，討論了變壓器故障類型、故障中電壓互感器的表現、故障的切除和變壓器的再次上電等問題。本導則首先從分析各種故障情況下流過CT的電流入手，介紹了檢測故障的電氣方法。接下來介紹了非電量保護，以及故障切除和變壓器再上電的相關情況。最后介紹了變壓器氣體分析和一些特殊變壓器的保護，如發電機大差動保護、接地變保護、三臺單相變壓器的保護、備用相變壓器保護等。導則更多是在介紹各種保護方式的原理，如對于差動保護，導則討論了差動保護實現的諸多原理性問題，諧波限制、波形識別等技術的應用，區域外故障時CT的飽和問題等，以及保護整定計算，沒有像中國標準規定差動保護的具體用法。導則中很多附圖對了解國外保護配置很有幫助。如第10頁圖3描述了典型角—星接線10MVA以上變壓器的保護配置，第32頁的圖17和圖18描述了零差保護和方向零序保護的配置方法。導則附錄是關于保護整定計算的，如需要了解國外整定計算內容可參考。

導則中還論述了不同非電量保護的原理，以及產生這些故障（如繞組溫度高、油溫高、氣體壓力高等）的原因、故障對變壓器的危害及影響等，并對變壓器油中氣體分析方法以及不同成分氣體對應何種故障做了介紹。

IEEE Std C37.108—2002《網絡變壓器保護導則》專門描述了低壓配電變壓器的保護配置情況，低壓配電變壓器指的是高壓側為2.4～34.5kV、低壓側為600V以下的變壓器。這類變壓器一般成對出現，其保護配置原則參照IEEE Std C37.91—2008《電力變壓器保護導則》。

IEEE Std242—2001《工業和商業電力系統保護和協調推薦實施規程》是一種綜合性規范，內容綜合了IEEE關于發電機、變壓器、電動機、線路等保護配置的要求。其變壓器保護部分與IEEE Std C37.91—2008基本相同。

與導則相對應的中國標準是GB／T14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》和GB／T50062—2008《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》中的變壓器保護相關內容，還有DL／T5153—2002《火力發電廠廠用電設計技術規定》中變壓器保護的相關內容。整定計算對應DL／T684—2012《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》，讀者如有需要可查閱。

3 主要異同點

中國標準和國外標準在變壓器保護方面相同點多于相異點，如相間故障主保護均規定為差動保護或速斷保護，后備保護均規定為過流保護，但在具體規定上也有很多差別，具體如下：

3.1 非電量保護出口原則

中國標準與美國標準中均要求油浸變壓器設置瓦斯保護，中國標準規定了設置瓦斯保護的變壓器容量0.4MVA及以上車間內油浸式變壓器和0.8MVA及以上油浸式變壓器［4］，美國標準前言部分有適用于電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上，小于該容量及低于該電壓等級的變壓器保護也可供參考［5］。中國標準要求輕瓦斯投信號重瓦斯跳閘，美國標準要求瓦斯保護投信號，從壓力保護設置中來看，重瓦斯由氣體壓力繼電器動作后可投跳閘。對于變壓器繞組溫度和油面溫度保護以及油箱內壓力保護，2套標準保護出口一致。

美國標準明確提到了CT飽和情況下壓力突發保護可以作為后備。

美國標準規定壓力釋放保護保護出口為全停，只有在高廠變高壓側有斷路器的時候才能跳斷路器切換廠用電源。

3.2 差動保護設置原則

美國標準與中國標準中設置差動保護的變壓器條件均為電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上［4－5］。差動保護應滿足的要求方面亦大致相同。但針對廠用變壓器，中國標準規定高壓廠用工作變壓器：對6.3MVA及以上的變壓器應裝設縱聯差動保護，用于保護繞組內及引出線上的相間短路故障，對2MVA及以上采用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器也應裝設本保護［6］。美國的配電變壓器標準IEEE Std C37.108沒有類似規定。

美國標準中側重講了不同差動保護的原理及優缺點、接線形式及針對電磁式繼電器和數字式繼電器的CT接線形式的不同，如電磁式差動繼電器需考慮△—Y接線的相移等。

3.3 變壓器后備保護、自耦變壓器以及接地變壓器保護的設置原則

美國標準與中國標準中對于變壓器后備保護、自耦變壓器以及接地變壓器保護設置原則基本相同，但側重點不同。中國標準側重點在于不同容量電壓等級或型式的變壓器的后備保護的配置，美國標準側重點在故障產生的原理及危害以及保護的原理和定值設置等。

3.4 變壓器過勵磁保護的設置原則

中國標準中設置過勵磁的變壓器條件為高壓側為330kV及以上［4］。美國導則中，認為一般變壓器過勵磁保護由發電機過勵磁保護統一實現，因發電機允許過勵磁曲線一般比變壓器允許過勵磁曲線更嚴格。國內發電機及變壓器過勵磁保護是由發變組保護來實現，而美國導則中則論述為一般由勵磁控制系統V／Hz限制器來實現，投信號或跳發電機及滅磁開關。發電機變壓器另設過勵磁保護亦較為常見。當發電機和變壓器額定電壓相同時，可共過勵磁保護，若變壓器電壓低于發電機額定電壓時，需為變壓器單獨設置過勵磁保護。變壓器電壓低于發電機額定電壓的情況很少見［5］。2個標準要求不一致，國標要求比IEEE標準更高，因此可按國標執行。

3.5 零序差動保護的配置

對于中性點直接接地的變壓器，針對接地故障，中國標準只規定了零序過流保護［4］，而IEEE標準規定為了成功檢測到星型接線變壓器繞組中的接地故障，繼電器應能區分出區內故障和區外故障，需要零序差動繼電器［5］。但IEEE又提到，通常方向零序保護67G或零序過流保護就能滿足要求。目前國外工程尤其是印度工程要求所有變壓器裝設零序差動保護，但現場反映保護整定困難，今后可按照IEEE Std C37.91—2008中8.4.1和8.4.2的要求向業主說明，不必裝設零差保護，避免整定上的困難。

3.6 高壓熔斷器的應用

美國導則中描述：熔斷器可用于容量在5000kVA及以下的變壓器，10000kVA以上的變壓器可采用斷路器加差動、過流等來進行保護。容量在5000～10000kVA的變壓器采用斷路器和熔斷器均可［5］。中國標準并熔斷器可以用到多大的變壓器未作規定，但根據目前國內的工程實際，容量在1250kVA以上的變壓器基本不采用熔斷器加接觸器回路方案［6］。

在美國導則中還提供了自恢復式故障遮斷器，這是一種類似于熔斷器的保護電器，額定電流更大，能夠保證三相斷開，無需外部電源，故障后可恢復，最大69kV下可用到50000kVA，或者138kV下可用到83000kVA［5］。國內電力行業較少采用這種設備。

4 中外標準的主要特點

（1）美國的IEEE標準更注重原理、描述現象及原理，但并沒有給出具體的做法；而中國標準正好相反，很少描述現象和原理，給出的都是可操作性非常強的具體措施。美國標準更適合做教材，可以讓工程師全面掌握相關知識；而中國標準僅有寥寥數語，更適合專業技術人員使用。如對中性點可能不接地變壓器單相接地故障保護，GB／T14285—2006中做了如下描述：4.3.8在110kV、220kV中性點直接接地的電力網中，當低壓側有電源的變壓器中性點可能接地運行或不接地運行時，對外部單相接地短路故障引起的過電流，以及對因失去接地中性點引起的變壓器中性點電壓升高，應按下列規定裝設：4.3.8.1全絕緣變壓器裝設零序過電流保護，滿足變壓器中性點直接接地運行的要求。此外，應增設零序過電壓保護。4.3.8.2分級絕緣變壓器在變壓器中性點應裝設放電間隙。應裝設用于中性點直接接地和經放電間隙接地的兩套零序過電流保護。此外，還應增設零序過電壓保護。用于經間隙接地的變壓器，裝設反應間隙放電的零序電流保護和零序過電壓保護。而美國標準IEEE Std C37.91—2002描述的是：接地故障的靈敏檢測可通過差動繼電器或專門的過流繼電器來實現。根據變壓器的繞組連接，電流互感器可用性、零序電流源、系統設計和操作實際不同，有幾種典型保護方案，附錄B提供了接地故障繼電器在電網變壓器保護上的應用。IEEE側重于原理說明而非指導保護如何配置，但中國標準對變壓器單相接地保護如何配置作出明確規定。

（2）美國的IEEE標準比中國標準覆蓋的范圍更廣，種類更多。中國標準對常用的變壓器類型作出了詳細的保護配置規定，但對于一些不常用變壓器，如應用在高壓直流輸電（HVDC）換流站上和輸油氣管道大型同步電機變頻器上的四繞組變壓器的保護，還有高—高模式中壓變頻器里的移相變，以及電解設備中的整流變等設備的保護配置，只能在IEEE里找到，中國電力工業常用標準無此類規定。

5 結語

本文從選擇變壓器保護配置的國內外常用標準出發，詳細描述了國內外變壓器保護配置標準的異同，并總結了這些保護標準的特點，為我國電力工程技術人員掌握國際標準、少走彎路提供了良好的借鑒。但本文描述的僅是一個很小的方面，國外標準體系非常龐雜，僅靠個人的力量是無法對常用的標準進行對比分析的。為了更好地整合國內資源，建議上級主管部門或行業協會組織本行業力量，對設計、設備、建設標準分專業進行對比，大幅減少中國企業在國際上的工程風險，為中國企業更好地走向國際奠定堅實的基礎。

［1］周曉波，高華，魏燕.國外發電廠電氣設計特點淺析［J］.電力勘測設計，2011（6）

［2］劉璐，安琳.印度某發電廠電氣設計特點淺析［J］.電氣應用，2012（19）

［3］裴善鵬，于青.印度大型火力發電工程電氣二次設計特點［J］.山東電力技術，2013（5）

［4］DL／T5153—2002 火力發電廠廠用電設計技術規定［S］

［5］GB／T14285—2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程［S］

［6］GB／T50062—2008 電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范［S］