發(fā)電機的非全相運行，主要是指由于斷路器一相或兩相未斷開而造成的不對稱運行。這時，在定子繞組中有負序電流，它產(chǎn)生的磁場對于轉(zhuǎn)子是以2倍頻率旋轉(zhuǎn)的。這種旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子本體、槽楔和護環(huán)感應(yīng)出2倍頻率的負序電流。

該電流在這些部件上和各部件的接觸處產(chǎn)生很大的附加損耗和溫升，導(dǎo)致局部過熱。負序電流過大將造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子齒部、槽楔燒損和護環(huán)嵌裝面燒熔并產(chǎn)生裂紋。如果主變中性點裝設(shè)有避雷器，發(fā)生故障時不能及時將故障切除，則強大的零序電流會造成避雷器爆炸起火。

如果不裝設(shè)避雷器而只裝設(shè)放電間隙，當主變中性點間隙被擊穿后一般會產(chǎn)生連續(xù)性電弧，這時還應(yīng)考慮零序電流對發(fā)電廠其他機組和系統(tǒng)的影響，比如可能燒壞間隙端部和間隙電流互感器（current transformer, CT）。所以，分相操作的發(fā)變組高壓側(cè)斷路器必須配置非全相保護。

非全相保護一般有兩種方法實現(xiàn)，即斷路器本體非全相保護和保護裝置非全相保護（電氣量三相不一致保護）。斷路器本體非全相保護是利用三相不一致接點起動時間繼電器，經(jīng)延時后跳開斷路器。三相不一致接點由斷路器輔助接點組合實現(xiàn)。

該方案的輸入輸出回路和邏輯判斷元件均在斷路器本體內(nèi)部完成，不涉及保護裝置及操作箱等外部回路，二次接線簡單、清晰。保護裝置非全相保護通過斷路器三相不一致觸點結(jié)合電流判據(jù)來實現(xiàn)。電流判據(jù)可包括零序電流判據(jù)或負序電流判據(jù)。電流判據(jù)按躲過變壓器正常運行時可能產(chǎn)生的最大不平衡電流整定。

工程實際中大部分電廠都同時啟用斷路器本體非全相保護和保護裝置非全相保護。而部分電廠發(fā)變組高壓側(cè)斷路器未配置或未啟用保護裝置的非全相保護，只使用斷路器本體非全相保護。究其原因，在于現(xiàn)行主要標準和反措相關(guān)要求存在不明確、不統(tǒng)一的情況。

有文獻要求：對220～500kV斷路器三相不一致，應(yīng)盡量采用斷路器本體的三相不一致保護，而不再另外設(shè)置三相不一致保護；如斷路器本身無三相不一致保護，則應(yīng)為該斷路器配置三相不一致保護。部分電廠遵循本條文設(shè)計，導(dǎo)致未配置保護裝置非全相保護。

有文獻要求：非全相保護功能應(yīng)由斷路器本體機構(gòu)實現(xiàn)。本條文強調(diào)了本體機構(gòu)實現(xiàn)非全相保護，但未明確是否應(yīng)配置保護裝置非全相保護，在執(zhí)行過程中同樣可能出現(xiàn)偏差。

1 發(fā)變組高壓側(cè)斷路器非全相保護與失靈保護配合分析

發(fā)變組非全相運行一般有兩種情況：

①機組正常運行時發(fā)生故障，反應(yīng)于該故障的電氣量保護動作跳開斷路器過程發(fā)生非全相故障。電量保護動作跳閘同時都會起動失靈，所以跳斷路器過程中，如果有一相或兩相斷路器發(fā)生失靈，這個時候斷路器失靈保護和非全相保護的動作判據(jù)都滿足，但是由于失靈保護延時短，失靈保護會先動作切除故障。所以這個時候非全相保護沒有必要起動失靈保護；

②機組正常運行時，發(fā)生斷路器單相或兩相偷跳現(xiàn)象，零時刻保護裝置無保護動作，經(jīng)本體或裝置非全相保護延時后跳開斷路器，同時裝置非全相起動失靈保護，如果斷路器失靈，則由失靈保護跳開相鄰斷路器，從而切斷電源，防止設(shè)備受損及事故范圍擴大。

工程實際中部分電廠發(fā)變組高壓側(cè)斷路器未配置保護裝置的非全相保護，只使用斷路器本體非全相保護。斷路器本體非全相保護未采用電流判據(jù)，受輔助接點質(zhì)量、中間繼電器動作特性等因素影響，保護誤動可能性較高。且該保護的出口跳閘回路不經(jīng)過保護裝置操作箱，無法起動操作箱三跳繼電器TJR起動失靈，一般也不單獨設(shè)計起動失靈回路，所以該方案無法起動失靈。

這就導(dǎo)致當斷路器偷跳導(dǎo)致非全相工況時無法及時起動失靈保護，只能由后備保護發(fā)電機反時限不對稱過負荷保護動作，然后起動失靈保護動作后跳開相鄰斷路器。發(fā)電機及變壓器等設(shè)備將會長時間受負序電流影響，有可能嚴重損害設(shè)備，即使當時無明顯受損表象，也為日后安全穩(wěn)定運行埋下了隱患。

所以，正確配置發(fā)變組高壓側(cè)斷路器非全相保護至關(guān)重要。

有文獻要求：發(fā)電機變壓器組的斷路器三相位置不一致保護應(yīng)起動失靈保護。本條文間接地要求了保護裝置應(yīng)配置非全相保護。

四川省電力公司川電生技〔2008〕133號《關(guān)于加強斷路器三相位置不一致保護運行管理的通知》明確要求：220kV主變斷路器如選用三相電氣聯(lián)動斷路器，變壓器保護應(yīng)配置三相位置不一致保護。

本條反措的提出正是基于一起因斷路器偷跳時本體三相不一致保護拒動導(dǎo)致事故范圍擴大的事故。2008年9月11日11：47，500kV石棉變電站因220kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）內(nèi)部控制電纜（廠家配供）絕緣嚴重下降導(dǎo)致#2主變220kV側(cè)202斷路器A相偷跳，斷路器本體三相位置不一致保護未動作，由非全相所引起的零序電流達到約600A，導(dǎo)致石棉變電站#1、#2主變的公共繞組零序過流保護（定值：250A，3.5s）動作使2臺主變?nèi)齻?cè)斷路器跳閘。

有文獻要求：發(fā)變組出口三相不一致保護應(yīng)起動失靈保護。220kV 及以上電壓等級單元制接線的發(fā)變組，應(yīng)使用具有電氣量判據(jù)的斷路器三相不一致保護去起動發(fā)變組的斷路器失靈保護。

運行經(jīng)驗和案例表明，部分規(guī)程的相關(guān)條文不夠完善，導(dǎo)致電氣設(shè)備在運行中存在安全隱患。一些電網(wǎng)企業(yè)的反措或相關(guān)標準對此進行了修正，明確了斷路器非全相保護的正確配置，有效避免了事故的發(fā)生。

2 發(fā)變組高壓側(cè)斷路器非全相保護與斷路器防跳回路配合分析

斷路器防跳回路的作用是防止斷路器合閘接點保持，同時外部跳閘開入輸出時斷路器反復(fù)分合閘即斷路器跳躍現(xiàn)象。斷路器跳躍現(xiàn)象有可能導(dǎo)致設(shè)備受損或系統(tǒng)振蕩。因此，斷路器控制回路中必須設(shè)計有防跳回路。

防跳回路設(shè)計的基本思路有兩種：①在合閘開入和跳閘開入同時閉合時切斷合閘回路；②在合閘輸入和合閘位置常開接點同時閉合時切斷合閘回路。

設(shè)計思路①一般應(yīng)用于斷路器操作箱防跳回路，思路②一般應(yīng)用于斷路器本體機構(gòu)防跳回路。

斷路器操作箱防跳回路典型設(shè)計如圖1、圖2所示，圖中SHJA、ZHJ及1SHJ為合閘接點，12TBIJA及22TBIJA為跳閘保持繼電器常開接點。當斷路器合閘于故障且合閘接點因其他原因保持時，SHJA、ZHJ及1SHJ中的任一個接點與12TBIJA或22TBIJA同時閉合。

跳閘保持繼電器常開接點12TBIJA或22TBIJA閉合起動繼電器1TBUJA勵磁，輸出常開接點1TBUJA串接合閘接點同時閉合起動繼電器2TBUJA勵磁，繼電器2TBUJA常開接點實現(xiàn)自保持功能，常閉接點與1TBUJA常閉接點串接實現(xiàn)切斷合閘回路，從而實現(xiàn)防跳功能。

圖1 防跳回路典型設(shè)計圖（合閘回路部分）

圖2 防跳回路典型設(shè)計圖（跳閘回路部分）

斷路器本體機構(gòu)防跳回路典型設(shè)計如圖3所示。Y9、Y1分別是斷路器的合閘線圈、分閘線圈；K1是防跳繼電器；S1：23-24觸點、S1：33-34觸點是斷路器的常開輔助觸點，S1：21-22是斷路器的常閉輔助觸點。斷路器收到合閘命令后，正電源107經(jīng)繼電器K1的兩對常閉觸點、斷路器常閉輔助觸點S1：21-22，使合閘線圈Y9得電、斷路器合閘；斷路器合閘后，常開輔助接點S1：23-24閉合。

如此時合閘命令仍然存在，則防跳繼電器K1動作，其串接在合閘回路的兩對常閉輔助觸點將翻轉(zhuǎn)至斷開、斷開合閘線圈Y9回路，并通過另一對常開觸點自保持，直至合閘命令消失。

對比分析得知，斷路器操作箱防跳回路與本體機構(gòu)防跳回路的最大區(qū)別在于操作箱防跳回路使用操作箱跳閘開入作為防跳繼電器起動條件，而本體機構(gòu)防跳回路使用合閘位置接點作為防跳繼電器起動條件。當斷路器就地分閘、偷跳及本體非全相保護動作時，跳閘回路不經(jīng)操作箱，無法起動跳閘繼電器，從而無法起動防跳繼電器。遠方合閘且就地分閘的操作一般只在停電檢修期間出現(xiàn)，發(fā)生斷路器跳躍的可能性和危害較小。

圖3 斷路器本體機構(gòu)防跳回路典型設(shè)計圖

系統(tǒng)正常運行時，遠方合閘瞬間斷路器偷跳且未起動跳閘繼電器時，操作箱防跳回路失效，將造成斷路器跳躍，有可能導(dǎo)致斷路器爆炸或系統(tǒng)振蕩。遠方合閘瞬間出現(xiàn)斷路器非全相故障時，如只配置本體非全相保護而未配置保護裝置非全相保護，本體非全相保護跳閘無法起動操作箱防跳回路，同樣會導(dǎo)致斷路器跳躍。

本體機構(gòu)防跳回路使用合閘位置接點起動防跳繼電器，不受上述工況的影響，具有明顯的優(yōu)勢?？梢姡磫⒂帽倔w防跳回路且未配置保護裝置非全相保護的斷路器在運行中存在極大的安全隱患。

有文獻要求：各級電壓的斷路器應(yīng)盡量附有防止跳躍的回路。有文獻要求：保護裝置和斷路器上的防跳回路應(yīng)且只應(yīng)使用其中一套，優(yōu)先使用斷路器機構(gòu)防跳。

以上兩個標準規(guī)程對于斷路器防跳回路的設(shè)計并未明確應(yīng)該使用何種防跳回路。工程實際中部分電廠只使用操作箱防跳回路，取消本體防跳回路，或者通過“遠方/就地”把手切換，遠方操作時使用操作箱防跳回路，就地操作時使用本體防跳回路。顯然，這兩種設(shè)計在未啟用保護裝置非全相保護的配置中，均存在非全相工況下斷路器跳躍的安全風(fēng)險。

改進措施與對策

1）電力行業(yè)相關(guān)的國家標準及行業(yè)標準是電力生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)各項工作的主要依據(jù)。

然而，長期的實踐經(jīng)驗及實際案例表明，部分標準的部分條文相對目前的行業(yè)發(fā)展水平出現(xiàn)了滯后、不明確甚至錯誤的現(xiàn)象。這些條文勢必影響電力行業(yè)的設(shè)計、調(diào)試及運行維護各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致電力生產(chǎn)中存在安全隱患。所以，及時修正相關(guān)條文，重新修編滯后的規(guī)程標準，是解決上述問題的根本途徑。

2）除了國家標準及行業(yè)標準，電力行業(yè)的電網(wǎng)公司及發(fā)電集團等各企業(yè)還頒布了各項繼電保護反措。

反措重點針對相關(guān)的設(shè)計、運行等技術(shù)標準中沒有提及或沒有明確，而對繼電保護安全運行產(chǎn)生影響的問題。針對上述問題，部分企業(yè)已經(jīng)頒布了相關(guān)反措，相關(guān)問題在企業(yè)管轄范圍的廠站已經(jīng)整改。反措的及時制訂、頒布是對快速發(fā)展的電力行業(yè)出現(xiàn)的各種新問題的直接有效的解決途徑。

3）發(fā)變組高壓側(cè)斷路器應(yīng)配置保護裝置非全相保護和本體三相不一致保護。

保護裝置非全相保護應(yīng)有獨立的起動失靈回路，確保非全相保護動作后能及時起動失靈保護。并將本體三相不一致保護及其相關(guān)二次回路定檢列為運行維護的重點工作。

4）斷路器防跳回路應(yīng)使用本體防跳回路，取消操作箱防跳回路。

使用操作箱防跳回路無法和本體三相不一致保護配合，導(dǎo)致斷路器存在較大的安全隱患。本體防跳回路接線簡單、邏輯合理，遠方和就地跳閘時均能起動防跳回路，使用中應(yīng)注意防跳繼電器不應(yīng)安裝在機構(gòu)箱內(nèi)，應(yīng)裝在獨立的匯控箱內(nèi)。

5）有文獻要求：斷路器本體三相不一致保護動作時間按電氣量三相不一致保護動作時間整定。

發(fā)變組斷路器三相不一致保護延時一般按0.5s整定。工程實際中斷路器本體三相不一致時間繼電器一般采用機械指針式，調(diào)整定值過程中產(chǎn)生誤差是難免的。當本體三相不一致保護先于電氣量三相不一致保護動作，動作后成功跳開斷路器，則電氣量三相不一致保護返回，動作不出口，不跳閘及起動失靈，避免失靈保護誤動；如本體三相不一致動作后仍未能跳開斷路器，非全相工況繼續(xù)存在，則電氣量三相不一致保護動作，再次發(fā)出跳令并起動失靈保護。

因此，在斷路器本體三相不一致保護時間定值整定誤差不可避免的情況下，一般建議調(diào)整為負誤差，即略小于電氣量三相不一致保護動作時間，這也符合斷路器本身的問題優(yōu)先自行解決的原則。

而對于只使用操作箱防跳回路的斷路器，則斷路器本體三相不一致保護時間定值應(yīng)調(diào)整為正誤差，即略大于電氣量三相不一致保護動作時間，以確保電氣量三相不一致保護先動作，并起動操作箱防跳，避免斷路器跳躍事故發(fā)生。