中外变压器保护配置要求的异同探析

翟 强 裴善鹏

（1.淄博矿业集团许厂煤矿，山东 淄博272073；2.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南250013）

0 引言

近年来，我国电力行业以总承包方式承接了多项国外电力工程［1］，项目主要分布在亚洲、南美洲、非洲等地区［2－3］，以电源项目居多，也有部分电网项目。这些项目都用到了变压器。和目前国外电力工程中其他设备和设计一样，变压器应用遇到的最大问题就是标准问题。目前对设备制造的标准国内外较为统一，但是对变压器保护配置的标准不太一致。本文就从变压器保护配置这一方面出发，分析我国电力常用的GB和DL标准与国外相关标准的异同。

1 国内外常用变压器保护配置标准

由于本文针对的是保护配置方面，IEC标准、BS标准和NEMA标准中较少有对变压器保护配置的要求，更多的是对继电器设备本身抗干扰实验、数据格式等设备方面的一些要求，如IEC60255《电气继电器》，IEC60050－448《电力系统保护》等，所以本文不再对这些标准进行分析：IEEE标准中有很多关于保护配置的要求，因此本文主要引用IEEE标准进行异同说明。国内标准方面，国标中关于保护装置通用技术规范和装置电气干扰试验等一些标准，如GB14598.300—2008《微机变压器保护装置通用技术要求》等，本文也不涉及，主要对标的还是国内的变压器保护设计标准。因此本文总结出国内外常用变压器保护配置标准如下：

国内常用的变压器保护标准：GB／T14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》、GB／T50062—2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》、DL／T5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》、DL／T684—2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》。

国外常用的变压器保护标准：IEEE Std C37.91—2008《Guide for Protecting Power Transformers》（电力变压器保护导则）、IEEE Std C37.108—2002《Guide for the Protection of Network Transformer》（网络变压器保护导则）、IEEE Std242—2001《IEEE Reco mmended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Co mmercial Power Systems》（工业和商业电力系统保护和协调推荐实施规程）。

2 变压器保护标准介绍

IEEE Std C37.91—2008《电力变压器保护导则》主要针对10kV及5MVA以上输电和配电变压器，讨论了保护原则、工程实例和经济性等方面内容，讨论了变压器故障类型、故障中电压互感器的表现、故障的切除和变压器的再次上电等问题。本导则首先从分析各种故障情况下流过CT的电流入手，介绍了检测故障的电气方法。接下来介绍了非电量保护，以及故障切除和变压器再上电的相关情况。最后介绍了变压器气体分析和一些特殊变压器的保护，如发电机大差动保护、接地变保护、三台单相变压器的保护、备用相变压器保护等。导则更多是在介绍各种保护方式的原理，如对于差动保护，导则讨论了差动保护实现的诸多原理性问题，谐波限制、波形识别等技术的应用，区域外故障时CT的饱和问题等，以及保护整定计算，没有像中国标准规定差动保护的具体用法。导则中很多附图对了解国外保护配置很有帮助。如第10页图3描述了典型角—星接线10MVA以上变压器的保护配置，第32页的图17和图18描述了零差保护和方向零序保护的配置方法。导则附录是关于保护整定计算的，如需要了解国外整定计算内容可参考。

导则中还论述了不同非电量保护的原理，以及产生这些故障（如绕组温度高、油温高、气体压力高等）的原因、故障对变压器的危害及影响等，并对变压器油中气体分析方法以及不同成分气体对应何种故障做了介绍。

IEEE Std C37.108—2002《网络变压器保护导则》专门描述了低压配电变压器的保护配置情况，低压配电变压器指的是高压侧为2.4～34.5kV、低压侧为600V以下的变压器。这类变压器一般成对出现，其保护配置原则参照IEEE Std C37.91—2008《电力变压器保护导则》。

IEEE Std242—2001《工业和商业电力系统保护和协调推荐实施规程》是一种综合性规范，内容综合了IEEE关于发电机、变压器、电动机、线路等保护配置的要求。其变压器保护部分与IEEE Std C37.91—2008基本相同。

与导则相对应的中国标准是GB／T14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》和GB／T50062—2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》中的变压器保护相关内容，还有DL／T5153—2002《火力发电厂厂用电设计技术规定》中变压器保护的相关内容。整定计算对应DL／T684—2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》，读者如有需要可查阅。

3 主要异同点

中国标准和国外标准在变压器保护方面相同点多于相异点，如相间故障主保护均规定为差动保护或速断保护，后备保护均规定为过流保护，但在具体规定上也有很多差别，具体如下：

3.1 非电量保护出口原则

中国标准与美国标准中均要求油浸变压器设置瓦斯保护，中国标准规定了设置瓦斯保护的变压器容量0.4MVA及以上车间内油浸式变压器和0.8MVA及以上油浸式变压器［4］，美国标准前言部分有适用于电压在10kV以上、容量在10MVA及以上，小于该容量及低于该电压等级的变压器保护也可供参考［5］。中国标准要求轻瓦斯投信号重瓦斯跳闸，美国标准要求瓦斯保护投信号，从压力保护设置中来看，重瓦斯由气体压力继电器动作后可投跳闸。对于变压器绕组温度和油面温度保护以及油箱内压力保护，2套标准保护出口一致。

美国标准明确提到了CT饱和情况下压力突发保护可以作为后备。

美国标准规定压力释放保护保护出口为全停，只有在高厂变高压侧有断路器的时候才能跳断路器切换厂用电源。

3.2 差动保护设置原则

美国标准与中国标准中设置差动保护的变压器条件均为电压在10kV以上、容量在10MVA及以上［4－5］。差动保护应满足的要求方面亦大致相同。但针对厂用变压器，中国标准规定高压厂用工作变压器：对6.3MVA及以上的变压器应装设纵联差动保护，用于保护绕组内及引出线上的相间短路故障，对2MVA及以上采用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器也应装设本保护［6］。美国的配电变压器标准IEEE Std C37.108没有类似规定。

美国标准中侧重讲了不同差动保护的原理及优缺点、接线形式及针对电磁式继电器和数字式继电器的CT接线形式的不同，如电磁式差动继电器需考虑△—Y接线的相移等。

3.3 变压器后备保护、自耦变压器以及接地变压器保护的设置原则

美国标准与中国标准中对于变压器后备保护、自耦变压器以及接地变压器保护设置原则基本相同，但侧重点不同。中国标准侧重点在于不同容量电压等级或型式的变压器的后备保护的配置，美国标准侧重点在故障产生的原理及危害以及保护的原理和定值设置等。

3.4 变压器过励磁保护的设置原则

中国标准中设置过励磁的变压器条件为高压侧为330kV及以上［4］。美国导则中，认为一般变压器过励磁保护由发电机过励磁保护统一实现，因发电机允许过励磁曲线一般比变压器允许过励磁曲线更严格。国内发电机及变压器过励磁保护是由发变组保护来实现，而美国导则中则论述为一般由励磁控制系统V／Hz限制器来实现，投信号或跳发电机及灭磁开关。发电机变压器另设过励磁保护亦较为常见。当发电机和变压器额定电压相同时，可共过励磁保护，若变压器电压低于发电机额定电压时，需为变压器单独设置过励磁保护。变压器电压低于发电机额定电压的情况很少见［5］。2个标准要求不一致，国标要求比IEEE标准更高，因此可按国标执行。

3.5 零序差动保护的配置

对于中性点直接接地的变压器，针对接地故障，中国标准只规定了零序过流保护［4］，而IEEE标准规定为了成功检测到星型接线变压器绕组中的接地故障，继电器应能区分出区内故障和区外故障，需要零序差动继电器［5］。但IEEE又提到，通常方向零序保护67G或零序过流保护就能满足要求。目前国外工程尤其是印度工程要求所有变压器装设零序差动保护，但现场反映保护整定困难，今后可按照IEEE Std C37.91—2008中8.4.1和8.4.2的要求向业主说明，不必装设零差保护，避免整定上的困难。

3.6 高压熔断器的应用

美国导则中描述：熔断器可用于容量在5000kVA及以下的变压器，10000kVA以上的变压器可采用断路器加差动、过流等来进行保护。容量在5000～10000kVA的变压器采用断路器和熔断器均可［5］。中国标准并熔断器可以用到多大的变压器未作规定，但根据目前国内的工程实际，容量在1250kVA以上的变压器基本不采用熔断器加接触器回路方案［6］。

在美国导则中还提供了自恢复式故障遮断器，这是一种类似于熔断器的保护电器，额定电流更大，能够保证三相断开，无需外部电源，故障后可恢复，最大69kV下可用到50000kVA，或者138kV下可用到83000kVA［5］。国内电力行业较少采用这种设备。

4 中外标准的主要特点

（1）美国的IEEE标准更注重原理、描述现象及原理，但并没有给出具体的做法；而中国标准正好相反，很少描述现象和原理，给出的都是可操作性非常强的具体措施。美国标准更适合做教材，可以让工程师全面掌握相关知识；而中国标准仅有寥寥数语，更适合专业技术人员使用。如对中性点可能不接地变压器单相接地故障保护，GB／T14285—2006中做了如下描述：4.3.8在110kV、220kV中性点直接接地的电力网中，当低压侧有电源的变压器中性点可能接地运行或不接地运行时，对外部单相接地短路故障引起的过电流，以及对因失去接地中性点引起的变压器中性点电压升高，应按下列规定装设：4.3.8.1全绝缘变压器装设零序过电流保护，满足变压器中性点直接接地运行的要求。此外，应增设零序过电压保护。4.3.8.2分级绝缘变压器在变压器中性点应装设放电间隙。应装设用于中性点直接接地和经放电间隙接地的两套零序过电流保护。此外，还应增设零序过电压保护。用于经间隙接地的变压器，装设反应间隙放电的零序电流保护和零序过电压保护。而美国标准IEEE Std C37.91—2002描述的是：接地故障的灵敏检测可通过差动继电器或专门的过流继电器来实现。根据变压器的绕组连接，电流互感器可用性、零序电流源、系统设计和操作实际不同，有几种典型保护方案，附录B提供了接地故障继电器在电网变压器保护上的应用。IEEE侧重于原理说明而非指导保护如何配置，但中国标准对变压器单相接地保护如何配置作出明确规定。

（2）美国的IEEE标准比中国标准覆盖的范围更广，种类更多。中国标准对常用的变压器类型作出了详细的保护配置规定，但对于一些不常用变压器，如应用在高压直流输电（HVDC）换流站上和输油气管道大型同步电机变频器上的四绕组变压器的保护，还有高—高模式中压变频器里的移相变，以及电解设备中的整流变等设备的保护配置，只能在IEEE里找到，中国电力工业常用标准无此类规定。

5 结语

本文从选择变压器保护配置的国内外常用标准出发，详细描述了国内外变压器保护配置标准的异同，并总结了这些保护标准的特点，为我国电力工程技术人员掌握国际标准、少走弯路提供了良好的借鉴。但本文描述的仅是一个很小的方面，国外标准体系非常庞杂，仅靠个人的力量是无法对常用的标准进行对比分析的。为了更好地整合国内资源，建议上级主管部门或行业协会组织本行业力量，对设计、设备、建设标准分专业进行对比，大幅减少中国企业在国际上的工程风险，为中国企业更好地走向国际奠定坚实的基础。

［1］周晓波，高华，魏燕.国外发电厂电气设计特点浅析［J］.电力勘测设计，2011（6）

［2］刘璐，安琳.印度某发电厂电气设计特点浅析［J］.电气应用，2012（19）

［3］裴善鹏，于青.印度大型火力发电工程电气二次设计特点［J］.山东电力技术，2013（5）

［4］DL／T5153—2002 火力发电厂厂用电设计技术规定［S］

［5］GB／T14285—2006 继电保护和安全自动装置技术规程［S］

［6］GB／T50062—2008 电力装置的继电保护和自动装置设计规范［S］