電力變壓器繼電保護(hù)國標(biāo)與美標(biāo)的差異探討

任磊

（北京環(huán)球國際度假區(qū)有限公司，北京100000）

1 規(guī)范要點(diǎn)

1.1 GB/T 14285規(guī)范主要內(nèi)容

本規(guī)范主要內(nèi)容包括：總則、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、對(duì)相關(guān)回路及設(shè)備的要求。繼電保護(hù)部分包括：一般規(guī)定、發(fā)電機(jī)保護(hù)、電力變壓器保護(hù)、3～10kV線路保護(hù)、35～66kV線路保護(hù)、110～220kV線路保護(hù)、330～500kV線路保護(hù)、母線保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)、電力電容器保護(hù)、并聯(lián)電抗器保護(hù)、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)保護(hù)、直流輸電系統(tǒng)保護(hù)[1]。此規(guī)范主要對(duì)電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)提出相關(guān)規(guī)定，并沒有對(duì)繼電保護(hù)的機(jī)構(gòu)、原理及接線進(jìn)行具體介紹。

1.2 I EEE St d 242規(guī)程主要內(nèi)容

本規(guī)范主要內(nèi)容包括：基本原則、短路計(jì)算、互感器、保護(hù)繼電器的選擇和應(yīng)用、低壓熔斷器、高壓熔斷器、低壓斷路器、接地保護(hù)、導(dǎo)體保護(hù)、電機(jī)保護(hù)、電力變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)、線路保護(hù)、過流保護(hù)配合、維護(hù)、測試和校準(zhǔn)。此規(guī)程詳細(xì)闡述了系統(tǒng)保護(hù)原則及選擇方法，應(yīng)用和協(xié)調(diào)保護(hù)設(shè)備對(duì)工業(yè)及商業(yè)電力系統(tǒng)操作的過程中可能出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行保護(hù)。不僅對(duì)電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)提出相關(guān)規(guī)定，而且介紹了電力裝置發(fā)生故障的類型、產(chǎn)生原因及危害，并對(duì)不同故障所須裝設(shè)的保護(hù)裝置及繼電保護(hù)裝置的機(jī)構(gòu)、原理及接線進(jìn)行了具體描述。

2 電力變壓器繼電保護(hù)規(guī)范的差異

2.1 故障及異常運(yùn)行狀態(tài)保護(hù)的差異

國標(biāo)規(guī)定對(duì)繞組及其引出線的相間短路和在中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電阻接地側(cè)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(diǎn)直接接地或經(jīng)小電阻接地的電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點(diǎn)過電壓、過負(fù)荷、過勵(lì)磁、中性點(diǎn)非有效接地側(cè)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(chǎn)生瓦斯或冷卻系統(tǒng)故障設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置。

IEEE Std 242中規(guī)定對(duì)變壓器內(nèi)部或外部的電氣或機(jī)械故障進(jìn)行保護(hù)。

由上述對(duì)比可以看出，國標(biāo)強(qiáng)調(diào)了故障類型及導(dǎo)致的結(jié)果，IEEE標(biāo)準(zhǔn)明確了保護(hù)的范圍，并對(duì)保護(hù)變壓器電氣及機(jī)械故障的繼電器原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2.2 油浸變壓器瓦斯保護(hù)的差異

國標(biāo)規(guī)定容量為0.4MV·A及以上的車間內(nèi)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(fù)荷調(diào)壓變壓器的充油調(diào)壓開關(guān)均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)；當(dāng)殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。強(qiáng)調(diào)瓦斯保護(hù)應(yīng)采取防止因振動(dòng)、瓦斯繼電器的引線故障等引起瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作的措施。

IEEE Std 242規(guī)范11.6.5.1條及11.6.5.2條規(guī)定了瓦斯保護(hù)用于油浸變壓器，沒有其他的限制條件。國際工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意此區(qū)別。

2.3 變壓器引出線、套管及內(nèi)部的短路故障保護(hù)的差異

變壓器引出線、套管及內(nèi)部的短路故障保護(hù)的差異包括：（1）電壓為10kV及以下、容量為10MV·A以下單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，應(yīng)采用電流速斷保護(hù)；（2）電壓為10kV以上、容量為10MV·A及以上的變壓器，采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對(duì)于電壓為10kV的重要變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不符合要求時(shí)也可采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

IEEE Std 242規(guī)范11.9.2.2.3條及11.9.2.2.4條規(guī)定相電流瞬時(shí)繼電器做變壓器的短路保護(hù)，其整定值應(yīng)高于最大不對(duì)稱穿越電流（通常是低壓側(cè)三相的故障通過變壓器的電流）。但當(dāng)靈敏度不符合要求時(shí)，使用差動(dòng)保護(hù)。

由上述對(duì)比可以看出，國標(biāo)根據(jù)變壓器容量、運(yùn)行方式、重要程度、繞組聯(lián)結(jié)方式及保護(hù)靈敏度需求明確規(guī)定保護(hù)配置方案，更簡單實(shí)用。IEEE標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)配置則需計(jì)算后決定。國際工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意此區(qū)別。

2.4 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)根據(jù)其原理要求的差異

國標(biāo)規(guī)定縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)滿足下列要求：（1）應(yīng)能躲過勵(lì)磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流；（2）應(yīng)具有電流回路斷線的判別功能，并應(yīng)能選擇報(bào)警或允許差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘；（3）差動(dòng)保護(hù)范圍應(yīng)包括變壓器套管及其引出線，如不能包括引出線時(shí)，應(yīng)采取快速切除故障的輔助措施。但在63kV或110kV電壓等級(jí)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(shí)，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)可短時(shí)利用變壓器套管內(nèi)的電流互感器，此時(shí)套管和引線故障可由后備保護(hù)動(dòng)作切除；如電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有要求時(shí)，應(yīng)將縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)切至旁路斷路器的電流互感器。

IEEE Std 242規(guī)范11.9.2.2.4條強(qiáng)調(diào)了差動(dòng)繼電器的應(yīng)用應(yīng)考慮以下因素：

1）差動(dòng)繼電器可以動(dòng)作于一個(gè)變壓器主斷路器。如果要?jiǎng)幼饔谝粋€(gè)遠(yuǎn)端斷路器，使用遠(yuǎn)程的跳閘（如縱差，高速接地開關(guān)）。通常公共系統(tǒng)的遠(yuǎn)端斷路器不允許由此差動(dòng)繼電器跳閘。

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

3）由于互感器不同特征，建議用相同構(gòu)造和類型的電流互感器使誤差電流減小。

4）勵(lì)磁涌流被差動(dòng)繼電器視為內(nèi)部故障。差動(dòng)繼電器本身應(yīng)對(duì)勵(lì)磁涌流不敏感，但對(duì)同一時(shí)期保護(hù)區(qū)內(nèi)的短路敏感，針對(duì)這種情況可以使用帶諧波制動(dòng)的繼電器。勵(lì)磁涌流有大量諧波分量，而在短路電流中不存在。這個(gè)特點(diǎn)使帶諧波制動(dòng)的繼電器可以區(qū)分故障和涌流。

5）變壓器聯(lián)結(jié)經(jīng)常引起，高、低壓電流之間的相位偏移，使用差動(dòng)互感器時(shí)應(yīng)利用電流互感器連接方式補(bǔ)償。一次側(cè)角接，互感器二次側(cè)星型連接，一次側(cè)星接，互感器二次側(cè)角形連接。

6）保護(hù)區(qū)外大的故障電流會(huì)導(dǎo)致電流互感器的不平衡。

7）角星聯(lián)結(jié)或星角聯(lián)結(jié)，變壓器中性點(diǎn)接地是零序（或接地）故障電流的電源（即發(fā)電機(jī)）。變壓器星形側(cè)接地故障，發(fā)生在差動(dòng)保護(hù)區(qū)域之外，導(dǎo)致零序電流流入變壓器星形側(cè)電流互感器，沒有相應(yīng)的零序電流流入變壓器角形側(cè)電流互感器。如果這些零序電流允許流過差動(dòng)繼電器，立即引起跳閘。為了防止這種跳閘，互感器連接應(yīng)該引導(dǎo)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(dòng)繼電器動(dòng)作線圈。這通常通過變壓器星形側(cè)的電流互感器接成角形而實(shí)現(xiàn)。

由上述對(duì)比可以看出，國標(biāo)介紹了差動(dòng)保護(hù)的基本要求，IEEE標(biāo)準(zhǔn)不僅包含了國標(biāo)差動(dòng)保護(hù)的內(nèi)容，而且圖文并茂地介紹了諧波制動(dòng)及比率差動(dòng)繼電保護(hù)的原理接線及配置原則及二次回路接線方式，對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)更具指導(dǎo)意義。

3 結(jié)語

工程設(shè)計(jì)人員不但要熟練掌握國內(nèi)規(guī)范的要點(diǎn)，更要學(xué)習(xí)掌握國外相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，在工程設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)可靠性更高、動(dòng)作快速、配置簡單和適應(yīng)能力強(qiáng)的目標(biāo)，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。