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摘 要：断路器能够切断正常负荷电流和故障短路电流，对保证电力设备正常的倒闸操作和电网的稳定运行起着非常重要的作用。本文对母联断路器非全相运行进行分析，陈述断路器非全相且闭锁对系统的影响，并提出处理方法，以和大家交流。
关键词：母联断路器；非全相；危害；处理方法
前言
断路器作为电力系统的主要控制和保护元件，是变电所重要的设备之一， 能够切断正常负荷电流和故障短路电流，对保证设备正常的倒闸操作和电网的稳定运行起着非常重要的作用。由于设备质量、操作不规范等原因，运行中可能出现三相断路器动作不一致的异常状态，即非全相运行状态。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会造成一定损害，因此必须装设断路器非全相保护。
1 母联断路器非全相运行分析
母联断路器发生非全相运行时，将破坏电流和电压三相的对称性，因而会出现负序和零序故障分量。以下以母联断路器U相无故障跳闸且闭锁为例，对母联断路器负序和零序故障分量进行简要分析计算。母联断路器非全相运行时，可以把母联断路器及其引线看作短输电线路，把母联断路器两侧母线及各自所接联络线作为2个简单系统m和n，则母联断路器U相无故障跳闸时的等效电路见图1。
图1 母联断路器U相无故障跳闸时的等效电路
一般断路器非全相运行前的正常运行方式已知，线路电流也是已知的，按叠加原理，则可将断路器非全相运行方式分解成正常运行方式和具有一个不对称电流源的故障分量，如图2所示。
（a） 正常运行方式 （b） 有不对称电流源
图2 应用叠加原理后的等效电路
则由故障处的边界条件：
ΔIU=-IU （1）
UV=UW=0 （2）
根据对称分量法，可得母联断路器U相无故障跳闸时负序和零序故障分量为：
（3）
（4）
（5）
式中：IU为故障前U相电流；I0为零序分量电流；I2为负序分量电流；U0为零序分量电压；U2为负序分量电压；Z1、Z2、Z0分别为正、负、零序等值阻抗。
2 断路器非全相运行的危害
母联断路器发生非全相且闭锁故障后，不能立即合闸恢复全相运行，电力系统将一直处于非全相运行状态。通过对母联断路器非全相运行的简要分析，可知电力系统三相对称性的破坏，系统电压和电流均会产生负序和零序故障分量，对电网、设备及人身将造成很大危害。
2.1 对电网的危害
a.零序电压形成的中性点位移使各相对地电压升高，容易造成绝缘击穿事故；
b.零序电流在电网内产生电磁干扰，威胁通信线路安全；
c.电网之间连接阻抗增大，造成异步运行；
d.负序和零序电流可能引起电网内零序、非全相等保护误动。
2.2 对设备的危害
a.引起发电机定、转子发热，机组振动增大，可能出现过电压；
b.在变压器内部产生附加损耗，引起局部过热，降低变压器的使用效率。
2.3 对人身的危害
a.零序电流长期通过大地，接地装置的电位升高，跨步电压与接触电压也升高，对运行人员的安全构成一定的威胁；
b.零序电流可能在沿输电线平行架设的通信线路中产生危险的对地电压，危及人员生命安全；
c.母联断路器非全相运行时，对于断开相而言，两母线相当于并联运行，连接阻抗增大。若母联断路器非全相且闭锁，在值班人员不清楚事故危害的前提下，直接采用隔离开关跨接两母线，相当于有隔离开关在两系统之间进行合环操作，两母线间穿越潮流较大，将发生带负荷合隔离开关事故，严重威胁人身安全。
3 断路器非全相且闭锁的原因
断路器发生非全相且闭锁的原因主要由断路器机械部分和电气方面的故障引起。
电气方面的故障主要有：操作回路故障，二次回路绝缘不良，触点接触不良导致跳合闸回路不通，密度继电器缺陷导致闭锁操作回路等。机械方面的故障主要有：断路器操作机构失灵、传动部分故障以及断路器本体故障等。造成操作机构失灵故障主要原因有：机构脱扣、铁心卡死、分闸弹簧失灵、分闸阀卡死等。造成断路器传动部分故障的主要原因有：元件材料性能不好；电磁操作阀针杆生锈、卡死，导致行程不足；传动机构连接部分脱销、连接松动等。造成断路器本体故障的主要原因有：动、静触点松动，接触不良，行程调整不配合等。
4 断路器非全相且闭锁的处理方法
4.1 旁路断路器与线路断路器并联法
例：变电站DL1上1号母线运行，DL2、DL3上2号母线运行，可用旁路202断路器与DL3经3号母线并联后，用隔离开关跨接2号母线，然后将母联201断路器停运。变电站一次回路接线示意见图3。
图3 变电站一次回路接线示意
如图3所示，采用旁路断路器与线路断路器并联法，解决断路器非全相且闭锁故障的操作步骤：合上旁路202-1-3隔离开关及202断路器对旁路母线充电，正常后拉开202断路器；合上DL3-3隔离开关及202断路器；合上DL3-1隔离开关，拉开202断路器；将母联201断路器停运。
4.1.1 优点
a.不改变网架结构，在网架结构相对薄弱时有一定优势；
b.操作元件少，对于元件较多的变电站，该方法用时较短；
c.该方法处理过程中，其他运行设备不需停电，对于发电厂、变电站主变压器负荷较大且不满足N-1的情况有很强的优势。
4.1.2 缺点及注意事项
a.若3号母线发生故障，充电时引起的电压变化可能使已达到零序电流定值的线路电压条件满足而跳闸。因后备保护动作不启动重合闸，可能使多条线路停电，造成其它運行设备过载、系统稳定性降低。 b.旁路斷路器与线路断路器并联时，若其带路保护的高频部分投入，但由于该高频无通道，系统故障时无法区分区内、区外故障，只要其判断为正方向故障就会跳闸；若其带路保护高频部分不投入，则并联线路故障时旁路断路器只能靠后备段切除，可能不满足系统稳定要求。
c.在旁路断路器与线路断路器并联后，进行隔离开关跨接操作时，若不取下202断路器和DL3断路器的操作保险，则线路故障时DL3、202断路器跳闸，将造成带负荷合DL3-1隔离开关；若取下DL3、202断路器操作保护，则线路故障时失灵保护将动作切除母线所有断路器，造成整个变电站停电。
d.隔离开关跨接操作需要一定的时间，此时若与母联断路器断开相同相的母线故障，母差保护灵敏度将降低，极端情况下可能拒动。下面以图4为例进行说明。
201断路器为U相断开，母线为U相故障，此时假设DL1为强电源，DL2为弱电源或负荷线路，其提供的故障电流相对DL1提供的故障电流可以忽略不计。故障电流从DL1流入2号母线，又从DL2流出母线，经DL2-3隔离开关到3号母线再到202断路器流入故障点，如图4箭头方向所示。此时母差保护差动电流为Id，制动电流为3Id，母差保护将拒动，引起事故扩大。
图4 U相母线故障电流示意
4.2 冷倒单母线法
冷倒单母线是指双母线接线变电站断开某断路器后，先断开该断路器处于合位的母线侧隔离开关，再合上该断路器处于断位的母线侧隔离开关。冷倒单母线法处理是指选择一条母线将其上所有断路器冷倒至另一母线，然后用隔离开关拉空母线。假设某变电站DL1上1号母线运行，DL2、DL3上2号母线运行，见图3。
采用冷倒单母线法，解决断路器非全相且闭锁故障的操作步骤为：断开DL1断路器及DL1-1隔离开关合上隔离开关及断路器拉开201-1-2隔离开关。
4.2.1 优点：
a.不会造成保护不匹配，执行任何操作都有完备保护；
b.对于出线较少的变电站，该方法快捷易行，能快速地将母联断路器从系统中隔离。
4.2.2 缺点及注意事项
a.设备逐一冷倒破坏网架结构，使某些重要线路停电、机组非计划停运，系统潮流转移较大，造成系统安全性、稳定性降低，系统供电受阻，系统备用容量不足等情况。因此，在采用该方法时，应该提前落实好安全措施，做好相关事故预想。由于该方法需要一条母线上的设备逐一停电，因此在选择停电母线上，应该深加考究，避免选择重要线路所在母线，尽量减少对系统的影响，避免出现母线冷倒过程中其它设备过载。
b.当厂站设备较多时操作时间长。
4.3 处理方法比较
冷倒单母线法适用于所有情况，虽然可能短时制约电网供电，但任何时刻在一、二次回路上都适应，对电网运行方式进行合理调整、落实好安全措施后，不会导致事故严重扩大。
旁路断路器与线路断路器并联法在一次回路上无任何问题，但保护有很多不匹配之处，危险点较多，容易造成事故扩大的后果。但是，在电网方式调整困难，安全措施无法短时落实，出线不具备停运条件时，做好相关事故预想后，可以考虑采用该方法。
由以上分析可知，一般情况下可采取冷倒单母线法。另外，如果能避免旁路断路器并联法的危险点也可采用该方法。对于无专用旁路断路器的双母线接线厂站只能采用冷倒单母线法。
5 结束语
母联断路器非全相且闭锁故障的2种处理办法各有优劣，电网值班人员需要综合考虑厂站接线方式、天气、网络结构以及负荷情况等因素，进行科学合理的风险分析，尽量采取对电网运行方式影响小、快捷易行的方案，将异常断路器从电网中迅速隔离，消除对电网安全运行的威胁。■
参考文献
[1]丁立.220 kV母联开关非全相运行时的事故处理[J].湖北电力，2014.
[2]李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：中国电力出版社，2007.
关键词：母联断路器；非全相；危害；处理方法
前言
断路器作为电力系统的主要控制和保护元件，是变电所重要的设备之一， 能够切断正常负荷电流和故障短路电流，对保证设备正常的倒闸操作和电网的稳定运行起着非常重要的作用。由于设备质量、操作不规范等原因，运行中可能出现三相断路器动作不一致的异常状态，即非全相运行状态。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会造成一定损害，因此必须装设断路器非全相保护。
1 母联断路器非全相运行分析
母联断路器发生非全相运行时，将破坏电流和电压三相的对称性，因而会出现负序和零序故障分量。以下以母联断路器U相无故障跳闸且闭锁为例，对母联断路器负序和零序故障分量进行简要分析计算。母联断路器非全相运行时，可以把母联断路器及其引线看作短输电线路，把母联断路器两侧母线及各自所接联络线作为2个简单系统m和n，则母联断路器U相无故障跳闸时的等效电路见图1。
图1 母联断路器U相无故障跳闸时的等效电路
一般断路器非全相运行前的正常运行方式已知，线路电流也是已知的，按叠加原理，则可将断路器非全相运行方式分解成正常运行方式和具有一个不对称电流源的故障分量，如图2所示。
（a） 正常运行方式 （b） 有不对称电流源
图2 应用叠加原理后的等效电路
则由故障处的边界条件：
ΔIU=-IU （1）
UV=UW=0 （2）
根据对称分量法，可得母联断路器U相无故障跳闸时负序和零序故障分量为：
（3）
（4）
（5）
式中：IU为故障前U相电流；I0为零序分量电流；I2为负序分量电流；U0为零序分量电压；U2为负序分量电压；Z1、Z2、Z0分别为正、负、零序等值阻抗。
2 断路器非全相运行的危害
母联断路器发生非全相且闭锁故障后，不能立即合闸恢复全相运行，电力系统将一直处于非全相运行状态。通过对母联断路器非全相运行的简要分析，可知电力系统三相对称性的破坏，系统电压和电流均会产生负序和零序故障分量，对电网、设备及人身将造成很大危害。
2.1 对电网的危害
a.零序电压形成的中性点位移使各相对地电压升高，容易造成绝缘击穿事故；
b.零序电流在电网内产生电磁干扰，威胁通信线路安全；
c.电网之间连接阻抗增大，造成异步运行；
d.负序和零序电流可能引起电网内零序、非全相等保护误动。
2.2 对设备的危害
a.引起发电机定、转子发热，机组振动增大，可能出现过电压；
b.在变压器内部产生附加损耗，引起局部过热，降低变压器的使用效率。
2.3 对人身的危害
a.零序电流长期通过大地，接地装置的电位升高，跨步电压与接触电压也升高，对运行人员的安全构成一定的威胁；
b.零序电流可能在沿输电线平行架设的通信线路中产生危险的对地电压，危及人员生命安全；
c.母联断路器非全相运行时，对于断开相而言，两母线相当于并联运行，连接阻抗增大。若母联断路器非全相且闭锁，在值班人员不清楚事故危害的前提下，直接采用隔离开关跨接两母线，相当于有隔离开关在两系统之间进行合环操作，两母线间穿越潮流较大，将发生带负荷合隔离开关事故，严重威胁人身安全。
3 断路器非全相且闭锁的原因
断路器发生非全相且闭锁的原因主要由断路器机械部分和电气方面的故障引起。
电气方面的故障主要有：操作回路故障，二次回路绝缘不良，触点接触不良导致跳合闸回路不通，密度继电器缺陷导致闭锁操作回路等。机械方面的故障主要有：断路器操作机构失灵、传动部分故障以及断路器本体故障等。造成操作机构失灵故障主要原因有：机构脱扣、铁心卡死、分闸弹簧失灵、分闸阀卡死等。造成断路器传动部分故障的主要原因有：元件材料性能不好；电磁操作阀针杆生锈、卡死，导致行程不足；传动机构连接部分脱销、连接松动等。造成断路器本体故障的主要原因有：动、静触点松动，接触不良，行程调整不配合等。
4 断路器非全相且闭锁的处理方法
4.1 旁路断路器与线路断路器并联法
例：变电站DL1上1号母线运行，DL2、DL3上2号母线运行，可用旁路202断路器与DL3经3号母线并联后，用隔离开关跨接2号母线，然后将母联201断路器停运。变电站一次回路接线示意见图3。
图3 变电站一次回路接线示意
如图3所示，采用旁路断路器与线路断路器并联法，解决断路器非全相且闭锁故障的操作步骤：合上旁路202-1-3隔离开关及202断路器对旁路母线充电，正常后拉开202断路器；合上DL3-3隔离开关及202断路器；合上DL3-1隔离开关，拉开202断路器；将母联201断路器停运。
4.1.1 优点
a.不改变网架结构，在网架结构相对薄弱时有一定优势；
b.操作元件少，对于元件较多的变电站，该方法用时较短；
c.该方法处理过程中，其他运行设备不需停电，对于发电厂、变电站主变压器负荷较大且不满足N-1的情况有很强的优势。
4.1.2 缺点及注意事项
a.若3号母线发生故障，充电时引起的电压变化可能使已达到零序电流定值的线路电压条件满足而跳闸。因后备保护动作不启动重合闸，可能使多条线路停电，造成其它運行设备过载、系统稳定性降低。 b.旁路斷路器与线路断路器并联时，若其带路保护的高频部分投入，但由于该高频无通道，系统故障时无法区分区内、区外故障，只要其判断为正方向故障就会跳闸；若其带路保护高频部分不投入，则并联线路故障时旁路断路器只能靠后备段切除，可能不满足系统稳定要求。
c.在旁路断路器与线路断路器并联后，进行隔离开关跨接操作时，若不取下202断路器和DL3断路器的操作保险，则线路故障时DL3、202断路器跳闸，将造成带负荷合DL3-1隔离开关；若取下DL3、202断路器操作保护，则线路故障时失灵保护将动作切除母线所有断路器，造成整个变电站停电。
d.隔离开关跨接操作需要一定的时间，此时若与母联断路器断开相同相的母线故障，母差保护灵敏度将降低，极端情况下可能拒动。下面以图4为例进行说明。
201断路器为U相断开，母线为U相故障，此时假设DL1为强电源，DL2为弱电源或负荷线路，其提供的故障电流相对DL1提供的故障电流可以忽略不计。故障电流从DL1流入2号母线，又从DL2流出母线，经DL2-3隔离开关到3号母线再到202断路器流入故障点，如图4箭头方向所示。此时母差保护差动电流为Id，制动电流为3Id，母差保护将拒动，引起事故扩大。
图4 U相母线故障电流示意
4.2 冷倒单母线法
冷倒单母线是指双母线接线变电站断开某断路器后，先断开该断路器处于合位的母线侧隔离开关，再合上该断路器处于断位的母线侧隔离开关。冷倒单母线法处理是指选择一条母线将其上所有断路器冷倒至另一母线，然后用隔离开关拉空母线。假设某变电站DL1上1号母线运行，DL2、DL3上2号母线运行，见图3。
采用冷倒单母线法，解决断路器非全相且闭锁故障的操作步骤为：断开DL1断路器及DL1-1隔离开关合上隔离开关及断路器拉开201-1-2隔离开关。
4.2.1 优点：
a.不会造成保护不匹配，执行任何操作都有完备保护；
b.对于出线较少的变电站，该方法快捷易行，能快速地将母联断路器从系统中隔离。
4.2.2 缺点及注意事项
a.设备逐一冷倒破坏网架结构，使某些重要线路停电、机组非计划停运，系统潮流转移较大，造成系统安全性、稳定性降低，系统供电受阻，系统备用容量不足等情况。因此，在采用该方法时，应该提前落实好安全措施，做好相关事故预想。由于该方法需要一条母线上的设备逐一停电，因此在选择停电母线上，应该深加考究，避免选择重要线路所在母线，尽量减少对系统的影响，避免出现母线冷倒过程中其它设备过载。
b.当厂站设备较多时操作时间长。
4.3 处理方法比较
冷倒单母线法适用于所有情况，虽然可能短时制约电网供电，但任何时刻在一、二次回路上都适应，对电网运行方式进行合理调整、落实好安全措施后，不会导致事故严重扩大。
旁路断路器与线路断路器并联法在一次回路上无任何问题，但保护有很多不匹配之处，危险点较多，容易造成事故扩大的后果。但是，在电网方式调整困难，安全措施无法短时落实，出线不具备停运条件时，做好相关事故预想后，可以考虑采用该方法。
由以上分析可知，一般情况下可采取冷倒单母线法。另外，如果能避免旁路断路器并联法的危险点也可采用该方法。对于无专用旁路断路器的双母线接线厂站只能采用冷倒单母线法。
5 结束语
母联断路器非全相且闭锁故障的2种处理办法各有优劣，电网值班人员需要综合考虑厂站接线方式、天气、网络结构以及负荷情况等因素，进行科学合理的风险分析，尽量采取对电网运行方式影响小、快捷易行的方案，将异常断路器从电网中迅速隔离，消除对电网安全运行的威胁。■
参考文献
[1]丁立.220 kV母联开关非全相运行时的事故处理[J].湖北电力，2014.
[2]李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：中国电力出版社，2007.