電力變壓器繼電保護國標與美標的差異探討

任磊

（北京環球國際度假區有限公司，北京100000）

1 規范要點

1.1 GB/T 14285規范主要內容

本規范主要內容包括：總則、繼電保護、安全自動裝置、對相關回路及設備的要求。繼電保護部分包括：一般規定、發電機保護、電力變壓器保護、3～10kV線路保護、35～66kV線路保護、110～220kV線路保護、330～500kV線路保護、母線保護、斷路器失靈保護、遠方跳閘保護、電力電容器保護、并聯電抗器保護、異步電動機和同步電動機保護、直流輸電系統保護[1]。此規范主要對電力裝置的繼電保護和自動裝置的設計提出相關規定，并沒有對繼電保護的機構、原理及接線進行具體介紹。

1.2 I EEE St d 242規程主要內容

本規范主要內容包括：基本原則、短路計算、互感器、保護繼電器的選擇和應用、低壓熔斷器、高壓熔斷器、低壓斷路器、接地保護、導體保護、電機保護、電力變壓器保護、發電機保護、母線保護、線路保護、過流保護配合、維護、測試和校準。此規程詳細闡述了系統保護原則及選擇方法，應用和協調保護設備對工業及商業電力系統操作的過程中可能出現的異常情況進行保護。不僅對電力裝置的繼電保護和自動裝置的設計提出相關規定，而且介紹了電力裝置發生故障的類型、產生原因及危害，并對不同故障所須裝設的保護裝置及繼電保護裝置的機構、原理及接線進行了具體描述。

2 電力變壓器繼電保護規范的差異

2.1 故障及異常運行狀態保護的差異

國標規定對繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地或經小電阻接地側的單相接地短路、繞組的匝間短路、外部相間短路引起的過電流、中性點直接接地或經小電阻接地的電力網中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓、過負荷、過勵磁、中性點非有效接地側的單相接地故障、油面降低、變壓器油溫過高、繞阻溫度過高、油箱壓力過高、產生瓦斯或冷卻系統故障設置相應的保護裝置。

IEEE Std 242中規定對變壓器內部或外部的電氣或機械故障進行保護。

由上述對比可以看出，國標強調了故障類型及導致的結果，IEEE標準明確了保護的范圍，并對保護變壓器電氣及機械故障的繼電器原理進行詳細的介紹。

2.2 油浸變壓器瓦斯保護的差異

國標規定容量為0.4MV·A及以上的車間內油浸式變壓器、容量為0.8MV·A及以上的油浸式變壓器，以及帶負荷調壓變壓器的充油調壓開關均應裝設瓦斯保護；當殼內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，應瞬時動作于信號；當產生大量瓦斯時，應動作于斷開變壓器各側斷路器。強調瓦斯保護應采取防止因振動、瓦斯繼電器的引線故障等引起瓦斯保護誤動作的措施。

IEEE Std 242規范11.6.5.1條及11.6.5.2條規定了瓦斯保護用于油浸變壓器，沒有其他的限制條件。國際工程設計時，應注意此區別。

2.3 變壓器引出線、套管及內部的短路故障保護的差異

變壓器引出線、套管及內部的短路故障保護的差異包括：（1）電壓為10kV及以下、容量為10MV·A以下單獨運行的變壓器，應采用電流速斷保護；（2）電壓為10kV以上、容量為10MV·A及以上的變壓器，采用縱聯差動保護。對于電壓為10kV的重要變壓器，當電流速斷保護靈敏度不符合要求時也可采用縱聯差動保護。

IEEE Std 242規范11.9.2.2.3條及11.9.2.2.4條規定相電流瞬時繼電器做變壓器的短路保護，其整定值應高于最大不對稱穿越電流（通常是低壓側三相的故障通過變壓器的電流）。但當靈敏度不符合要求時，使用差動保護。

由上述對比可以看出，國標根據變壓器容量、運行方式、重要程度、繞組聯結方式及保護靈敏度需求明確規定保護配置方案，更簡單實用。IEEE標準保護配置則需計算后決定。國際工程設計時，應注意此區別。

2.4 縱聯差動保護根據其原理要求的差異

國標規定縱聯差動保護應滿足下列要求：（1）應能躲過勵磁涌流和外部短路產生的不平衡電流；（2）應具有電流回路斷線的判別功能，并應能選擇報警或允許差動保護動作跳閘；（3）差動保護范圍應包括變壓器套管及其引出線，如不能包括引出線時，應采取快速切除故障的輔助措施。但在63kV或110kV電壓等級的終端變電站和分支變電站，以及具有旁路母線的變電站在變壓器斷路器退出工作由旁路斷路器代替時，縱聯差動保護可短時利用變壓器套管內的電流互感器，此時套管和引線故障可由后備保護動作切除；如電網安全穩定運行有要求時，應將縱聯差動保護切至旁路斷路器的電流互感器。

IEEE Std 242規范11.9.2.2.4條強調了差動繼電器的應用應考慮以下因素：

1）差動繼電器可以動作于一個變壓器主斷路器。如果要動作于一個遠端斷路器，使用遠程的跳閘（如縱差，高速接地開關）。通常公共系統的遠端斷路器不允許由此差動繼電器跳閘。

2）每個繞阻電流互感器通常有不同的變比，額定值及承受重負載和短路的勵磁特性。多變比電流互感器和繼電器插頭可補償變比差異。

3）由于互感器不同特征，建議用相同構造和類型的電流互感器使誤差電流減小。

4）勵磁涌流被差動繼電器視為內部故障。差動繼電器本身應對勵磁涌流不敏感，但對同一時期保護區內的短路敏感，針對這種情況可以使用帶諧波制動的繼電器。勵磁涌流有大量諧波分量，而在短路電流中不存在。這個特點使帶諧波制動的繼電器可以區分故障和涌流。

5）變壓器聯結經常引起，高、低壓電流之間的相位偏移，使用差動互感器時應利用電流互感器連接方式補償。一次側角接，互感器二次側星型連接，一次側星接，互感器二次側角形連接。

6）保護區外大的故障電流會導致電流互感器的不平衡。

7）角星聯結或星角聯結，變壓器中性點接地是零序（或接地）故障電流的電源（即發電機）。變壓器星形側接地故障，發生在差動保護區域之外，導致零序電流流入變壓器星形側電流互感器，沒有相應的零序電流流入變壓器角形側電流互感器。如果這些零序電流允許流過差動繼電器，立即引起跳閘。為了防止這種跳閘，互感器連接應該引導零序電流流入低阻抗的封閉角形接線的二次回路，而不是差動繼電器動作線圈。這通常通過變壓器星形側的電流互感器接成角形而實現。

由上述對比可以看出，國標介紹了差動保護的基本要求，IEEE標準不僅包含了國標差動保護的內容，而且圖文并茂地介紹了諧波制動及比率差動繼電保護的原理接線及配置原則及二次回路接線方式，對實際工程設計更具指導意義。

3 結語

工程設計人員不但要熟練掌握國內規范的要點，更要學習掌握國外相關規定和標準，在工程設計中實現可靠性更高、動作快速、配置簡單和適應能力強的目標，保障電網安全運行。