电力变压器继电保护国标与美标的差异探讨

2020-03-06任磊

工程建设与设计 2020年14期

任磊

（北京环球国际度假区有限公司，北京100000）

1 规范要点

1.1 GB/T 14285规范主要内容

本规范主要内容包括：总则、继电保护、安全自动装置、对相关回路及设备的要求。继电保护部分包括：一般规定、发电机保护、电力变压器保护、3～10kV线路保护、35～66kV线路保护、110～220kV线路保护、330～500kV线路保护、母线保护、断路器失灵保护、远方跳闸保护、电力电容器保护、并联电抗器保护、异步电动机和同步电动机保护、直流输电系统保护[1]。此规范主要对电力装置的继电保护和自动装置的设计提出相关规定，并没有对继电保护的机构、原理及接线进行具体介绍。

1.2 I EEE St d 242规程主要内容

本规范主要内容包括：基本原则、短路计算、互感器、保护继电器的选择和应用、低压熔断器、高压熔断器、低压断路器、接地保护、导体保护、电机保护、电力变压器保护、发电机保护、母线保护、线路保护、过流保护配合、维护、测试和校准。此规程详细阐述了系统保护原则及选择方法，应用和协调保护设备对工业及商业电力系统操作的过程中可能出现的异常情况进行保护。不仅对电力装置的继电保护和自动装置的设计提出相关规定，而且介绍了电力装置发生故障的类型、产生原因及危害，并对不同故障所须装设的保护装置及继电保护装置的机构、原理及接线进行了具体描述。

2 电力变压器继电保护规范的差异

2.1 故障及异常运行状态保护的差异

国标规定对绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地或经小电阻接地侧的单相接地短路、绕组的匝间短路、外部相间短路引起的过电流、中性点直接接地或经小电阻接地的电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压、过负荷、过励磁、中性点非有效接地侧的单相接地故障、油面降低、变压器油温过高、绕阻温度过高、油箱压力过高、产生瓦斯或冷却系统故障设置相应的保护装置。

IEEE Std 242中规定对变压器内部或外部的电气或机械故障进行保护。

由上述对比可以看出，国标强调了故障类型及导致的结果，IEEE标准明确了保护的范围，并对保护变压器电气及机械故障的继电器原理进行详细的介绍。

2.2 油浸变压器瓦斯保护的差异

国标规定容量为0.4MV·A及以上的车间内油浸式变压器、容量为0.8MV·A及以上的油浸式变压器，以及带负荷调压变压器的充油调压开关均应装设瓦斯保护；当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。强调瓦斯保护应采取防止因振动、瓦斯继电器的引线故障等引起瓦斯保护误动作的措施。

IEEE Std 242规范11.6.5.1条及11.6.5.2条规定了瓦斯保护用于油浸变压器，没有其他的限制条件。国际工程设计时，应注意此区别。

2.3 变压器引出线、套管及内部的短路故障保护的差异

变压器引出线、套管及内部的短路故障保护的差异包括：（1）电压为10kV及以下、容量为10MV·A以下单独运行的变压器，应采用电流速断保护；（2）电压为10kV以上、容量为10MV·A及以上的变压器，采用纵联差动保护。对于电压为10kV的重要变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可采用纵联差动保护。

IEEE Std 242规范11.9.2.2.3条及11.9.2.2.4条规定相电流瞬时继电器做变压器的短路保护，其整定值应高于最大不对称穿越电流（通常是低压侧三相的故障通过变压器的电流）。但当灵敏度不符合要求时，使用差动保护。

由上述对比可以看出，国标根据变压器容量、运行方式、重要程度、绕组联结方式及保护灵敏度需求明确规定保护配置方案，更简单实用。IEEE标准保护配置则需计算后决定。国际工程设计时，应注意此区别。

2.4 纵联差动保护根据其原理要求的差异

国标规定纵联差动保护应满足下列要求：（1）应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；（2）应具有电流回路断线的判别功能，并应能选择报警或允许差动保护动作跳闸；（3）差动保护范围应包括变压器套管及其引出线，如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。但在63kV或110kV电压等级的终端变电站和分支变电站，以及具有旁路母线的变电站在变压器断路器退出工作由旁路断路器代替时，纵联差动保护可短时利用变压器套管内的电流互感器，此时套管和引线故障可由后备保护动作切除；如电网安全稳定运行有要求时，应将纵联差动保护切至旁路断路器的电流互感器。

IEEE Std 242规范11.9.2.2.4条强调了差动继电器的应用应考虑以下因素：

1）差动继电器可以动作于一个变压器主断路器。如果要动作于一个远端断路器，使用远程的跳闸（如纵差，高速接地开关）。通常公共系统的远端断路器不允许由此差动继电器跳闸。

2）每个绕阻电流互感器通常有不同的变比，额定值及承受重负载和短路的励磁特性。多变比电流互感器和继电器插头可补偿变比差异。

3）由于互感器不同特征，建议用相同构造和类型的电流互感器使误差电流减小。

4）励磁涌流被差动继电器视为内部故障。差动继电器本身应对励磁涌流不敏感，但对同一时期保护区内的短路敏感，针对这种情况可以使用带谐波制动的继电器。励磁涌流有大量谐波分量，而在短路电流中不存在。这个特点使带谐波制动的继电器可以区分故障和涌流。

5）变压器联结经常引起，高、低压电流之间的相位偏移，使用差动互感器时应利用电流互感器连接方式补偿。一次侧角接，互感器二次侧星型连接，一次侧星接，互感器二次侧角形连接。

6）保护区外大的故障电流会导致电流互感器的不平衡。

7）角星联结或星角联结，变压器中性点接地是零序（或接地）故障电流的电源（即发电机）。变压器星形侧接地故障，发生在差动保护区域之外，导致零序电流流入变压器星形侧电流互感器，没有相应的零序电流流入变压器角形侧电流互感器。如果这些零序电流允许流过差动继电器，立即引起跳闸。为了防止这种跳闸，互感器连接应该引导零序电流流入低阻抗的封闭角形接线的二次回路，而不是差动继电器动作线圈。这通常通过变压器星形侧的电流互感器接成角形而实现。

由上述对比可以看出，国标介绍了差动保护的基本要求，IEEE标准不仅包含了国标差动保护的内容，而且图文并茂地介绍了谐波制动及比率差动继电保护的原理接线及配置原则及二次回路接线方式，对实际工程设计更具指导意义。