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，它產生的磁場對于轉子是以2倍頻率旋轉的。這種旋轉磁場在轉子本體、槽楔和護環(huán)感應出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生很大的附加損耗和溫升，導致局部過熱。負序電流過大將造成發(fā)電機轉子齒部、槽楔燒損和護環(huán)嵌裝面燒熔并產生裂紋。如果主變中性點裝設有避雷器，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。

如果不裝設避雷器而只裝設放電間隙，當主變中性點間隙被擊穿后一般會產生連續(xù)性電弧，這時還應考慮零序電流對發(fā)電廠其他機組和系統的影響，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，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。

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合電流判據來實現。電流判據可包括零序電流判據或負序電流判據。電流判據按躲過變壓器正常運行時可能產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，在于現行主要標準和反措相關要求存在不明確、不統一的情況。

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

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

1 發(fā)變組高壓側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象，零時刻保護裝置無保護動作，經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，受輔助接點質量、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，一般也不單獨設計起動失靈回路，所以該方案無法起動失靈。

這就導致當斷路器偷跳導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)電機及變壓器等設備將會長時間受負序電流影響，有可能嚴重損害設備，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)變組高壓側斷路器非全相保護至關重要。

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起動失靈保護。本條文間接地要求了保護裝置應配置非全相保護。

四川省電力公司川電生技〔2008〕133號《關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動斷路器，變壓器保護應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設備（gas insulated switchgear, GIS）內部控制電纜（廠家配供）絕緣嚴重下降導致#2主變220kV側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臺主變三側斷路器跳閘。

有文獻要求：發(fā)變組出口三相不一致保護應起動失靈保護。220kV 及以上電壓等級單元制接線的發(fā)變組，應使用具有電氣量判據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。

運行經驗和案例表明，部分規(guī)程的相關條文不夠完善，導致電氣設備在運行中存在安全隱患。一些電網企業(yè)的反措或相關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分合閘即斷路器跳躍現象。斷路器跳躍現象有可能導致設備受損或系統振蕩。因此，斷路器控制回路中必須設計有防跳回路。

防跳回路設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。

設計思路①一般應用于斷路器操作箱防跳回路，思路②一般應用于斷路器本體機構防跳回路。

斷路器操作箱防跳回路典型設計如圖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常開接點實現自保持功能，常閉接點與1TBUJA常閉接點串接實現切斷合閘回路，從而實現防跳功能。

圖1 防跳回路典型設計圖（合閘回路部分）

圖2 防跳回路典型設計圖（跳閘回路部分）

斷路器本體機構防跳回路典型設計如圖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，發(fā)生斷路器跳躍的可能性和危害較小。

圖3 斷路器本體機構防跳回路典型設計圖

系統正常運行時，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，有可能導致斷路器爆炸或系統振蕩。遠方合閘瞬間出現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，同樣會導致斷路器跳躍。

本體機構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?，未啟用本體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且只應使用其中一套，優(yōu)先使用斷路器機構防跳。

以上兩個標準規(guī)程對于斷路器防跳回路的設計并未明確應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險。

改進措施與對策

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

然而，長期的實踐經驗及實際案例表明，部分標準的部分條文相對目前的行業(yè)發(fā)展水平出現了滯后、不明確甚至錯誤的現象。這些條文勢必影響電力行業(yè)的設計、調試及運行維護各個生產環(huán)節(jié)，導致電力生產中存在安全隱患。所以，及時修正相關條文，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。

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

3）發(fā)變組高壓側斷路器應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，使用中應注意防跳繼電器不應安裝在機構箱內，應裝在獨立的匯控箱內。

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，調整定值過程中產生誤差是難免的。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調整為正誤差，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。