断路器非全相保护功能的探讨

【摘要】本文介绍了由断路器本体实现的非全相保护原理，探讨了非全相与启动失灵保护的配合，非全相回路存在的问题，并提出了改进措施，同时制定防止发电机非全相运行技术措施。

【关键词】非全相；断路器；措施

引言

220kV及以上电压等级的电网普遍采用分相操作的断路器，由于设备质量和操作等原因，断路器运行中造成一相或两相断路器未合好或未跳开。由于非全相保护引起的零序、负序电流，将对系统产生不利影响，为减小断路器非全相保护时对系统造成的危害，应装设断路器非全相保护，即非全相保护。《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中规定220kV及以上电压分相操作的断路器应附有非全相保护回路。

1、非全相保护的原理

非全相保护由断路器本体实现，一般采用每相断路器分闸位置辅助常闭触点并联及合闸位置辅助常开触点并联，之后再串联启动时间继电器，经时间继电器延时启动非全相保护继电器，经非全相保护继电器接点接通三相跳闸线圈，以断开仍在运行的其它相断路器。

2、非全相保护与启动失灵保护的配合

2.1 500kV变电站内线路断路器，一般情况非全相保护不启动失灵。非全相保护全部采用断路器本体的辅助接点、延时继电器和辅助继电器实现。非全相保护定值时间由网调整定、下发，线路断路器延时继电器延时时间为2.5S，而断路器失灵动作时间一般为0.15S，当正常运行时，发生故障跳断路器过程中如果有一相发生失灵，这个时候断路器失灵保护和非全相保护都会动作，但是由于失灵保护延时短，失灵保护会先动作切除故障。所以这个时候非全相保护没有必要启动失灵保护。

当在没有故障的情况下，断路器发生偷跳时，没有保护启动和失灵电流，这个时候失灵不会启动，需要由非全相保护来跳开三相。如果非全相保护动作跳不开断路器，此时断路器失灵，但是不会启动失灵（这样的情况很少发生），如果启动失灵的话，怕偷跳时失灵保护误动作，而扩大事故范围。另外延时继电器延时时间，必须避开重合闸动作时间（3/2接线方式中断路器为0.8S，边断路器为1.1S），保证重合闸成功的可靠性。

2.2 机组高压侧开关，非全相保护（仅是机组保护盘内电气量的非全相保护）启动失灵。在机组高压侧开关，非全相保护有两个，一个是和线路断路器一样的非全相保护，另一个是机组保护盘内的非全相保护，其逻辑有电流和位置判据。就地的非全相保护延时为0.5S，不启动失灵。机组保护里非全相保护无延时，启动失灵。

机组运行期间不允许有非全相保护运行方式的存在，主要是因为非全相运行会产生很大的负序电流，很大的负序电流将损坏发电机定子线圈，严重时烧坏转子线圈，对机组产生很大危害。这个时候通过机组保护里的非全相保护，瞬跳断路器，然后启动失灵。

3、断路器本体非全相回路存在的问题

3.1 目前的断路器本体非全相保护实现方法是由断路器辅助接点搭建一个非全相逻辑回路，经时间继电器延时后，启动出口继电器，与发变组保护中的非全相保护有电流模拟量作判据不同，保护的可靠性较差。

3.2 非全相继电器及时间继电器属固态继电器，仅通过停电检修时进行校验和测试，无法目测其内部元器件是否有损坏等异常情况。

3.3 非全相保护用继电器为动作电压过小，其抗干扰能力差，在直流系统出现接地情况下极易发生误动。二次反措规定中，仅对直接作用于出口跳闸的出口继电器动作电压及功率给出了明确要求，对启动出口的时间继电器无相关要求。

4、断路器本体非全相回路改进措施

4.1 按照继电保护双重化配置的反措要求，非全相保护也应实现双重化配置。利用断路器开关本身两对三常开、三常闭辅助接点，分别构成两个非全相回路。

4.2 可以将时间继电器输出接点的正电源接线与时间继电器线圈的正电源接线并联，以防止时间继电器输出接点故障而导致的误动作。非全相保护继电器的动作电压应大于50%小于75%倍的直流额定电压，且动作功率不低于5W的继电器。

5、防止发电机非全相运行技术措施

为认真贯彻执行国家电力《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》，确保电力安全生产，避免发生发电机非全相运行导致发电机转子烧损恶性事故，特制定防止发电机非全相运行技术措施。

5.1 日常检查项目。发电机出口、发变组高压侧各开关均应装设非全相保护，设计满足要求且非全相保护必须投入；发电机出口、发变组高压侧各开关、刀闸回路应完好，保证操作时其三相动作一致性；检查发电机出口、发变组高压侧各开关非全相保护回路的完好性，校验时间继电器及出口继电器，并进行传动；运行人员应加强对发电机开关及发变组主开关的监视和巡回检查，发现异常及时联系检修人员处理；正常巡回检查时，注意SF6压力，加强对主开关的定期维护，保证加热器投退等工作正常进行；为防止机构失灵，可以对机构内传动轴、锁钉定期润滑，保证传动部分灵活，机构箱门保证處于严密关闭状态，防止线圈受潮，机构零件锈蚀；每次操作开关本体处设专人监控，如遇三相开关未全合上，则通知远方将开关跳开，进行检查；每次开关断开后（包括手动跳、保护跳），应对开关跳合闸线圈进行检查，对机构拉杆进行检查；机组灭磁后或机组并网操作过程中，发变组出口刀闸合闸后，启励建压前，检查机端电压电流是否为0，若不为0，应怀疑开关非全相，应查明原因，确认后采取相应措施。

5.2 操作注意事项。发电机并列操作前，必须试验主开关分合良好，三相动作一致，分合闸时间满足要求，位置指示器与实际状态一致；发电机并列操作时，应确定开关三相合闸良好，定子电流表三相均指示正常；若发电机非全相运行时，应立即将发电机解列；发电机开关误跳闸或事故跳闸时，有一相或两相开关未断开，造成发电机非全相运行，按发电机正常解列发生非全相运行时的情况处理。

5.3 发电机非全相运行的现象及处理

5.3.1 发电机非全相运行的现象。（1）发电机发出“负序”、“开关非全相”、“开关位置不对应”信号，开关信号绿灯亮。有功负荷下降。若二相跳闸，发电机可能失步，参数摆动，机组产生振动和噪音。（2）一相跳闸：发电机一相电流指示最大，另两相电流相等。（3）二相跳闸：发电机一相电流指示为零，另两相电流指示相等。

5.3.2 发电机非全相运行的处理。（1）如非全相保护动作跳闸，迅速进行全面检查，判明故障性质，通知检修处理。（2）如手动解列停机时，发电机开关拒动造成三相不一致时，汽轮机不关主汽门，保持3000r/min，将发变组重新与系统同期并列，通知检修设法处理。（3）发电机出口开关非全相运行保护未动作时，手动再断开一次发电机出口开关。同时，应迅速降低有功、无功负荷，使发电机定子电流的不平衡电流降至最小（有功为零，无功近于零），若远方断不开，应就地手动断开。（4）若汽轮机不能重新挂闸或就地手动断不开时，将拒动开关的所有相邻开关拉开，将发电机停运，汇报调度。（5）在发电机非全相运行时，禁止断开灭磁开关，以免发电机从系统吸收无功负荷，使负序电流增加。（6）若保护未动作或其它原因，非全相运行超过发电机负序电流允许水平，即发电机负序承载能力I2/IN（最大稳态值）>8%，I22·t（最大暂态值）>10s时，必须经过抽转子检查无问题后，经总工程师批准方可启动并列。

参考文献：

[1]GB14285-2006，继电保护和安全自动装置技术规程[S].2006年.

[2]DL/T 769-2001，电力系统微机继电保护技术导则[S].2001年.

[3]刘学军.继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004.