GIS断路器非全相保护功能分析及验收

解建刚

（国网江苏省电力公司检修分公司，江苏 南京 211100）

随着社会经济的发展，土地价值和人工成本不断提高，气体绝缘组合开关电器（GIS）因其占地面积小，后期维护工作少等特点，越来越受到电力建设单位的青睐。目前，就江苏地区而言，其新建变电站500kV设备绝大多数为GIS，且其原有变电站500kV敞开式开关设备也有逐步被GIS取代的趋势。GIS断路器通常为分相操作的断路器，因而非全相保护功能是GIS控制回路中必备的一项保护功能，其作用主要是防止断路器在分合闸操作过程中，由于辅助节点故障、控制电缆接头脱落等原因造成断路器的某一相或两相的开合状态与其它相不一致，危害电力系统的稳定性。本文主要针对平芝GST-550BHC型GIS断路器控制回路，对其非全相保护功能的动作过程进行分析，总结归纳出在验收时，该型设备非全相保护功能时的验证步骤，确保全面验证回路中各节点的开闭状态，避免验收盲点。

1 断路器非全相运行的危害

断路器非全相运行会产生负序及零序电流，破坏系统的对称性，对电网、输电设备及电力用户造成不良影响。（1）在中性点非有效接地系统中，当断路器发生非全相故障时，系统的对称性被严重破坏，其中性点电压偏移量增大，导致非故障相电压急剧升高，造成绝缘击穿，扩大故障范围，破坏系统稳定性。（2）断路器非全相运行时，其产生的负序电流经发电机绕组后，会形成与正常磁场旋转方向相反的附加磁场，改变发电机转子的力矩平衡，增加发电机的附加损耗，导致发电机振动和发热；此外，其产生的零序电流在流经变压器绕组时，会使得变压器铁芯趋于饱和，烧坏变压器绕组。（3）断路器非全相运行所产生的负序及零序电流，降低方向阻抗保护的灵敏性，缩小其保护范围，导致保护存在死区，引起保护的拒动或误动。

2 非全相保护的工作原理

图1、2分别为GST-550BHC型GIS断路器分闸控制回路和非全相保护回路，GST-550BHC型GIS断路器设有两套分闸控制回路，且配有相应的非全相保护回路，两套分闸控制回路基本相同，其主要区别在于分闸控制回路1带有就地手动分闸功能。为简洁起见，以分闸控制回路2及其非全相保护回路为例，分析非全相保护的动作过程。

图1 分闸控制回路

假设当前断路器处于分闸位置，令断路器合闸，由于控制回路的某些故障，仅断路器A相合闸，B、C相均处于分闸位置。此时，CB1（A）的辅助开关节点Lb1断开，A16、A17闭合，CB1（B）、CB1（C）的辅助开关节点Lb1闭合，A16、A17断开。

图2 非全相保护回路

观察非全相保护回路，电流经直流母线正极PT→节点TCB-178、TCB-203→节点TCB-179、TCB-204→节点TCB-154→节点TCB-155→时间继电器47T2→非全相保护压板PL→直流母线负极N形成回路，当时间达到47T2的整定值后，其对应的触点15-18闭合，辅助继电器47X2得电，对应触点3-4、6-7、10-11闭合。观察分闸控制回路，电流经直流母线正极PT→节点TCB-178、TCB-203→节点TCB-179、TCB-204→47X2的触点3-4→节点TCB-151→A相分闸线圈52T2→节点TCB-140→油压继电器63QF2X辅助开关2-4、气体继电器63GF2X辅助开关2-4→直流母线负极N形成回路，使断路器A相分闸，实现非全相保护功能。假设当前断路器处于合闸位置，令断路器分闸，由于控制回路的某些故障，仅断路器A相分闸，B、C相均处于合闸位置。此时，CB1（A）的辅助开关节点Lb1闭合，A16、A17断开，CB1（B）、CB1（C）的辅助开关节点Lb1断开，A16、A17闭合。

观察非全相保护回路，电流经直流母线正极PT→节点TCB-153→节点TCB-154→节点TCB-179、TCB-204→节点TCB-180、TCB-205→时间继电器47T2→非全相保护压板PL→直流母线负极N形成回路，当时间达到47T2的整定值后，其对应的触点15-18闭合，辅助继电器47X2得电，对应触点3-4、6-7、10-11闭合。观察分闸控制回路，电流经直流母线正极PT→节点TCB-153→节点TCB-154→47X2的 触 点 6-7、10-11→ 节 点 TCB-176、TCB-201→B、C相分闸线圈52T2→节点TCB-165、TCB-190→油压继电器63QF2X辅助开关2-4、气体继电器63GF2X辅助开关2-4→直流母线负极N形成回路，使断路器B、C相分闸，实现非全相保护功能。

3 非全相保护验证步骤

在验收GIS断路器非全相保护功能时，传统做法一般是随机进行抽测，将断路器置于分闸或合闸位置，利用短接线随机对断路器某一相进行分合操作，造成断路器三相不一致的状态，观察非全相保护能否动作，该方法的优点是工作量小，断路器分合操作次数较少，对设备的损害较低，但缺点是非全相保护回路验证不全面，存在验收盲区。以图2为例，假设CB1（A）中辅助开关Lb2-Lb02开路故障，及Lb2-Lb02始终处于断开状态。此时，令断路器处于合闸位置，单独跳开B相，则电流经直流母线正极PT→节点TCB-178→节点TCB-179→节点TCB-154、TCB-204→节点TCB-155、TCB-205→时间继电器47T2→非全相保护压板PL→直流母线负极N形成回路，当时间达到47T2的整定值后，其对应的触点15-18闭合，辅助继电器47X2得电，对应触点3-4、6-7、10-11闭合，使得断路器A、C相跳闸。从断路器动作状态看，则其非全相保护回路动作正确，但CB1（A）中辅助开关Lb2-Lb02开路故障并未被发现，该故障对断路器的安全运行埋下隐患。若断路器正常运行过程中，断路器处于合闸状态，由于控制回路或保护回路故障，导致断路器A相跳闸，则由于CB1（A）中辅助开关Lb2-Lb02的开路故障，非全相保护不能正常启动，断路器始终处于非全相状态，危害系统的稳定性。

综合上述分析，GST-550BHC型GIS断路器非全相保护功能的验证步骤如下。（1）短路器处于分闸位置，远/近控转换开关处于远控位置，非全相保护压板投入。（a）单独合闸A相，延时后A相跳闸；（b）单独合闸B相，延时后B相跳闸；（c）单独合闸C相，延时后C相跳闸。（2）短路器处于合闸位置，远/近控转换开关处于远控位置，非全相保护压板投入。（a）单独跳闸A相，延时后B、C相跳闸；（b）单独跳闸B相，延时后A、C相跳闸；（c）单独跳闸C相，延时后A、B相跳闸。

4 结语

本文基于GST-550BHC型GIS断路器，对其非全相保护功能的实现进行分析，指出传统验收方式存在的验收盲区，并总结归纳出全面验证该型断路器非全相保护功能的正确步骤。

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