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摘要：针对中国的电力系统，阐述了高压断路器非全相产生的原因及带来的危害，配置高压断路器非全相保护的必要性，就当前非全相保护的常见方案进行了分析，认为非全相保护以有电流闭锁为佳；并就3/2断路器接线的非全相保护的一些问题进行了探讨。
关键词：高压断路器；非全相保护；电流闭锁
【中图分类号】 TM561 【文献标识码】 A 【文章编号】 1671-1297（2013）03-0359-01
在220kV及以上电压等级的电网中，普遍采用分相操作的断路器，由于设备质量和操作等原因，运行中可能出现三相断路器动作不一致的异常状态，如何消除这种异常状态，存在不同认识，各系统也有不同做法。下面结合系统和保护的实际运行情况，对3/2断路器接线的非全相保护的一些问题进行探讨。
一 发生非全相运行的原因
断路器发生非全相运行的原因，主要是断路器机械部分和电气方面的故障，电气方面的故障主要有操作回路的故障；二次回路绝缘不良；转换接点接触不良，压力不够变位等使分合闸回路不通；断路器密度继电器闭锁操作回路等。而机械部分故障主要是断路器操作机构失灵。传动部分故障和断路器本体的故障。其中操作机构方面主要机构脱扣，铁芯卡死等。对于液压机构还可能是液压机构压力低于规定值，导致分合闸闭锁；机构分合闸阀系统有故障。弹簧机构的断路器还可能是弹簧未储能或未储足，弹簧储能锁扣不可靠等有故障。断路器传动部分的故障主要有系统所用元件的材料性能不好；电磁操作阀针杆生锈、卡死，行程不够、偏卡；传动机构连接部分脱销，连接松动等。断路器本体主要故障可能是动静触头松动，接触不好，行程调整不好等。
二 装设非全相保护的必要性
电力系统在运行时，由于各种原因，断路器三相可能断开一相或两相，造成非全相运行。非全相运行对电力系统运行影响很大，断路器合闸不同期，系统在短时间内处于非全相运行状态，由于中性点电压漂移，产生零序电流，将降低保护的灵敏度；由于过电压，可能引起中性点避雷器爆炸；由于非同期长加大重合闸时间，对系统稳定性不利；而分闸不同期，将延长断路器燃弧时间，使灭弧室压力增高，加重断路器负担；所以应将非同期运行时间尽量缩短。如果系统采用单重或综重方式，在等待重合期间，系统也要处于非全相运行状态。但是，系统非全相运行的时间应有所限制，这是因为：
1.系统要求。当系统处于非全相运行状态时，系统中出现的负序、零序等分量对电气设备产生一定危害。
2.保护要求。由于出现负序、零序等分量，使得系统中的一些保护可能处于启动状态。对于系统采用单重、综重等方式，故障跳闸造成的非全相运行，若重合闸成功，系统自然很快转入全相运行；若重合于故障，断路器三相跳闸，系统也转入全相运行。对这种等待重合的非全相状态，系统中的设备和保护必须予以考虑。
因此，综合考虑以上各种因素，应当装设能反映断路器非全相运行状态的非全相保护，作用于跳开已处于不正常状态的断路器。至于目前有些断路器机构箱中有反映断路器三相位置不一致的保护，各地可根据实际情况使用。
三 非全相保护的常用方案分析
1.三相不一致接点直接启动时间继电器。 无电流接点时，这种方案与配置在断路器机构箱内的非全相保护类似，比较简单，也能起到应有的保护作用。某些电网在反措实施细则中明确要求“非全相保护应直接用断路器辅助接点作为判据，取消电流判别回路”。但是，由于断路器辅助接点的不可靠性及引入电缆运行环境的影响等因素，运行中发生了多次非全相保护误动的事例。
2.三相不一致接点串接零序电流继电器接点后启动时间继电器。 该方案增加了零序电流闭锁判据，安全性有了很大的提高。由于零序电流较易获得，该方案在系统中获得了比较广泛的应用。主要问题是零序电流的整定。
3.三相不一致接点串接负序电流继电器接点后启动时间继电器。该方案仅电流判别采用负序分量，一般用于负序电流较易获得的情况，例如发电机-变压器组成套保护中。负序电流也可按躲过正常运行时的不平衡电流整定，当负荷较小时，也可能拒动。
4.三相位置接点与无流判据组合后启动时间继电器。随着微机型保护装置的发展，非全相保护的电流判据，乃至其构成，均趋于多样化。三相跳闸位置继电器的接点作为开关输入量引入装置，当任一相TWJ动作且无电流时，确认该相断路器在跳开位置，当任一相断路器在跳开位置而三相不全在跳开位置时，若控制开关在合后，则确认为三相不一致，经延时跳闸。
该方案的优点在于适用性广，可应用于各类情况。缺点仍如前述，在负荷较小时，非全相保护可能拒动，但无电流门槛可以整定得较低，灵敏度比零序、负序电流闭锁的方案要高。
综上所述，只采用三相不一致接点的方案简单，但安全性较差，有电流闭锁的方案提高了安全性，但降低了可依赖性。在采用有电流闭锁的方案时，若负荷较小，非全相保护必然拒动，但考虑到此时系统所承受的负序、零序分量必然很小，对系统和保护的运行已无大碍，且在这种情况下，也有相应的灯光信号指示运行值班人员，可以人工处理。因此，非全相保护以有电流闭锁为佳，电流闭锁的定值应考虑系统和保护的承受能力，尽量低一些。
四 3/2断路器接线的非全相保护
1.电流用线路电流，即和电流，各断路器三相不一致接点均串联线路的零序（负序）电流继电器接点，中间断路器使用两线路电流继电器的接点并联作为电流判據。此时，若仅某一断路器出现非全相，而另一断路器未同时出现非全相，或两断路器断开相不同时，则仍维持各断路器的正常运行。零序、负序电流可按前述方法整定。该方案的主要问题是组屏接线较复杂，安装单元划分不很清晰。
2.电流用断路器电流。该方案的主要问题是零序、负序电流的整定。由于断路器在正常运行时，两断路器负荷可能分配不均衡，断路器的零序、负序电流已经很大，在这种情况下，零序、负序电流 闭锁的方案应该说是不可取的。
按线路（变压器）配置时，三相不一致接点为两断路器的接点串联，电流闭锁自然使用线路（变压器）电流。
比较上面的两种配置方式，各有优缺点。考虑到断路器非全相时，必须停用才能处理，同时考虑二次接线的简洁、清晰，非全相保护以按断路器配置为好，电流闭锁采用断路器电流的有无作为判据。
五 结语
电力系统的非全相运行存在很多复杂的问题，在系统非全相运行时，许多保护需采取技术措施，以保证保护的正确动作，非全相保护仅是为限制非全相运行的时间所配置的辅助保护。根据上面的分析，非全相保护应当装设并考虑使用电流闭锁。对3/2接线，非全相保护宜按断路器配置，使用无流判据。非全相保护不是电力系统的主保护，但它在运行中的作用不容忽视。
关键词：高压断路器；非全相保护；电流闭锁
【中图分类号】 TM561 【文献标识码】 A 【文章编号】 1671-1297（2013）03-0359-01
在220kV及以上电压等级的电网中，普遍采用分相操作的断路器，由于设备质量和操作等原因，运行中可能出现三相断路器动作不一致的异常状态，如何消除这种异常状态，存在不同认识，各系统也有不同做法。下面结合系统和保护的实际运行情况，对3/2断路器接线的非全相保护的一些问题进行探讨。
一 发生非全相运行的原因
断路器发生非全相运行的原因，主要是断路器机械部分和电气方面的故障，电气方面的故障主要有操作回路的故障；二次回路绝缘不良；转换接点接触不良，压力不够变位等使分合闸回路不通；断路器密度继电器闭锁操作回路等。而机械部分故障主要是断路器操作机构失灵。传动部分故障和断路器本体的故障。其中操作机构方面主要机构脱扣，铁芯卡死等。对于液压机构还可能是液压机构压力低于规定值，导致分合闸闭锁；机构分合闸阀系统有故障。弹簧机构的断路器还可能是弹簧未储能或未储足，弹簧储能锁扣不可靠等有故障。断路器传动部分的故障主要有系统所用元件的材料性能不好；电磁操作阀针杆生锈、卡死，行程不够、偏卡；传动机构连接部分脱销，连接松动等。断路器本体主要故障可能是动静触头松动，接触不好，行程调整不好等。
二 装设非全相保护的必要性
电力系统在运行时，由于各种原因，断路器三相可能断开一相或两相，造成非全相运行。非全相运行对电力系统运行影响很大，断路器合闸不同期，系统在短时间内处于非全相运行状态，由于中性点电压漂移，产生零序电流，将降低保护的灵敏度；由于过电压，可能引起中性点避雷器爆炸；由于非同期长加大重合闸时间，对系统稳定性不利；而分闸不同期，将延长断路器燃弧时间，使灭弧室压力增高，加重断路器负担；所以应将非同期运行时间尽量缩短。如果系统采用单重或综重方式，在等待重合期间，系统也要处于非全相运行状态。但是，系统非全相运行的时间应有所限制，这是因为：
1.系统要求。当系统处于非全相运行状态时，系统中出现的负序、零序等分量对电气设备产生一定危害。
2.保护要求。由于出现负序、零序等分量，使得系统中的一些保护可能处于启动状态。对于系统采用单重、综重等方式，故障跳闸造成的非全相运行，若重合闸成功，系统自然很快转入全相运行；若重合于故障，断路器三相跳闸，系统也转入全相运行。对这种等待重合的非全相状态，系统中的设备和保护必须予以考虑。
因此，综合考虑以上各种因素，应当装设能反映断路器非全相运行状态的非全相保护，作用于跳开已处于不正常状态的断路器。至于目前有些断路器机构箱中有反映断路器三相位置不一致的保护，各地可根据实际情况使用。
三 非全相保护的常用方案分析
1.三相不一致接点直接启动时间继电器。 无电流接点时，这种方案与配置在断路器机构箱内的非全相保护类似，比较简单，也能起到应有的保护作用。某些电网在反措实施细则中明确要求“非全相保护应直接用断路器辅助接点作为判据，取消电流判别回路”。但是，由于断路器辅助接点的不可靠性及引入电缆运行环境的影响等因素，运行中发生了多次非全相保护误动的事例。
2.三相不一致接点串接零序电流继电器接点后启动时间继电器。 该方案增加了零序电流闭锁判据，安全性有了很大的提高。由于零序电流较易获得，该方案在系统中获得了比较广泛的应用。主要问题是零序电流的整定。
3.三相不一致接点串接负序电流继电器接点后启动时间继电器。该方案仅电流判别采用负序分量，一般用于负序电流较易获得的情况，例如发电机-变压器组成套保护中。负序电流也可按躲过正常运行时的不平衡电流整定，当负荷较小时，也可能拒动。
4.三相位置接点与无流判据组合后启动时间继电器。随着微机型保护装置的发展，非全相保护的电流判据，乃至其构成，均趋于多样化。三相跳闸位置继电器的接点作为开关输入量引入装置，当任一相TWJ动作且无电流时，确认该相断路器在跳开位置，当任一相断路器在跳开位置而三相不全在跳开位置时，若控制开关在合后，则确认为三相不一致，经延时跳闸。
该方案的优点在于适用性广，可应用于各类情况。缺点仍如前述，在负荷较小时，非全相保护可能拒动，但无电流门槛可以整定得较低，灵敏度比零序、负序电流闭锁的方案要高。
综上所述，只采用三相不一致接点的方案简单，但安全性较差，有电流闭锁的方案提高了安全性，但降低了可依赖性。在采用有电流闭锁的方案时，若负荷较小，非全相保护必然拒动，但考虑到此时系统所承受的负序、零序分量必然很小，对系统和保护的运行已无大碍，且在这种情况下，也有相应的灯光信号指示运行值班人员，可以人工处理。因此，非全相保护以有电流闭锁为佳，电流闭锁的定值应考虑系统和保护的承受能力，尽量低一些。
四 3/2断路器接线的非全相保护
1.电流用线路电流，即和电流，各断路器三相不一致接点均串联线路的零序（负序）电流继电器接点，中间断路器使用两线路电流继电器的接点并联作为电流判據。此时，若仅某一断路器出现非全相，而另一断路器未同时出现非全相，或两断路器断开相不同时，则仍维持各断路器的正常运行。零序、负序电流可按前述方法整定。该方案的主要问题是组屏接线较复杂，安装单元划分不很清晰。
2.电流用断路器电流。该方案的主要问题是零序、负序电流的整定。由于断路器在正常运行时，两断路器负荷可能分配不均衡，断路器的零序、负序电流已经很大，在这种情况下，零序、负序电流 闭锁的方案应该说是不可取的。
按线路（变压器）配置时，三相不一致接点为两断路器的接点串联，电流闭锁自然使用线路（变压器）电流。
比较上面的两种配置方式，各有优缺点。考虑到断路器非全相时，必须停用才能处理，同时考虑二次接线的简洁、清晰，非全相保护以按断路器配置为好，电流闭锁采用断路器电流的有无作为判据。
五 结语
电力系统的非全相运行存在很多复杂的问题，在系统非全相运行时，许多保护需采取技术措施，以保证保护的正确动作，非全相保护仅是为限制非全相运行的时间所配置的辅助保护。根据上面的分析，非全相保护应当装设并考虑使用电流闭锁。对3/2接线，非全相保护宜按断路器配置，使用无流判据。非全相保护不是电力系统的主保护，但它在运行中的作用不容忽视。