变电站隔离开关非全相合闸的分析

张映鸿 李勇

摘要：电力系统正常运行时，三相处于对称平衡状态，变电站作为电力网络的重要节点，当站内高压设备发生非全相运行时，对变电站以及电力系统都会产生影响。文章从某变电站设备非全相运行典型案例出发，分析了变电设备非全相运行对一、二次设备的影响，并结合实际提出防范措施。

关键词：变电站，非全相运行

1、引言

电力系统正常运行时，三相对称，变压器中性点电位为零。电力系统发生非全相运行情况时，变压器中性点会产生过电压，如果线路参数和变压器励磁电感匹配时，将会造成铁磁谐振，此时变压器中性点过电压将更高[1]。变电站实际运行中，对非全相问题关注不多，文章结合实例，主要讨论了变压器非全相运行时的影响，以及结合工作实际提出防范措施。

2、主变高压侧隔离开关非全相案例

220kV某变电站220kV设备为成套GIS设备，隔离开关本体与操作机构箱分体布置，操作机构箱通过拉杆操作隔离开关。某日变电运维工作人员对该站#1主变进行复电操作，工作人员合上#1主变高压侧1母隔离开关后，进行位置检查。

进行隔离开关位置检查时，#1主变高压侧汇控柜电气指示及机构箱机械位置指示均显示#1主变高压侧1母隔离开关在合位，两套220kV母线保护装置、#1主变保护装置及高压侧断路器操作箱均显示#1主变高压侧间隔切至Ⅰ母运行。考虑到该站GIS设备的隔离开关本体和操作机构是分体的，隔离开关通过连杆操作，运维人员决定对隔离开关的连杆拐臂进行再次检查，确定隔离开关是否操作到位。发现#1主变高压侧1母隔离开关实际A、B、相合闸到位，C相未合闸到位。

3、事件原因分析

现场检查后发现#1主變高压侧1母隔离开关传动机构C相连杆（本体拐臂）与主传动连杆连接销子脱落（如图1所示），导致#1主变高压侧1母隔离开关传动机构虽已完成合闸过程，但隔离开关C相并未合上，#1主变高压侧1母隔离开关非全相运行。

GIS设备在平常的断路器的操作过程中会发生振动，久而久之导致#1主变高压侧1母隔离开关传动机构主连杆与C相本体拐臂连接处销子松动。当操作隔离开关时，机构箱电机转动带动主连杆，连杆拉动隔离开关本体拐臂进行合闸，C相拐臂处连接销子受力脱落，未完成合闸操作。

4、主变非全相运行影响分析

4.1、对一次设备影响分析

#1主变高压侧1母隔离开关非全相运行进行合、拉#1主变高压侧断路器时，类似合、拉空载变压器时断路器非全相合、分闸，将产生操作过电压，即使在主变中性点直接接地的情况下过电压也可达数倍相电压，影响设备安全及绝缘。

某变正常运行方式下#1、#2主变中性点直接接地运行，#3主变不接地运行。#1主变停电检修期间，运行方式调整为#2、#3主变中性点直接接地，待#1主变复电正常后将拉开#3主变中性点隔离开关恢复站内主变中性点正常运行方式。如果#1主变高压侧一直处于非全相运行状态，系统会出现零序分量，中性点电位漂移，负荷越大不对称现象越严重，拉开#3主变高压侧中性点隔离开关时可能会出现拉弧现象，危及设备或人身安全。

非全相运行状态下，若三相电量不对称性愈加显著，同一系统中性点非接地运行的主变中性点可能出现过电压，此时若系统发生铁磁谐振，中性点过电压会很严重，造成主变中性点间隙保护动作，甚至影响主变中性点绝缘[2]。

4.2、对二次系统影响分析

（1）#1主变高压侧断路器非全相保护

某变#1主变高压侧断路器非全相保护由主变非电量保护集成，#1主变高压侧断路器非全相保护启动判据取#1主变高压侧断路器的辅助触点，同时经零序电流闭锁。虽然合上#1主变高压侧断路器后#1主变高压侧缺相运行，#1主变高压侧断路器三相电流不平衡，但#1主变高压侧断路器三相确实在合位，并未满足#1主变高压侧断路器非全相启动的条件，故#1主变高压侧断路器非全相保护未动作是正确的。

（2）#1主变高压侧断路器间隔二次回路切换

某变220kV母线保护、#1主变保护等保护装置二次回路切换时，是以#1主变#1主变高压侧断路器间隔母线侧隔离开关的辅助动合（常开）触点接入保护装置作为判据的。#1主变高压侧1母隔离开关C相未合上，但其操作机构已完成合闸过程，其机构箱位置指示在合位，隔离开关辅助动合触点闭合，故220kV母线保护装置及#1主变保护装置均显示#1主变高压侧断路器间隔二次回路切换至Ⅰ母运行。

（3）#1主变220kV侧零序后备保护（高后备）

由于#1主变高压侧1母隔离开关缺相运行，站内220kV系统出现非全相，系统三相不对称，存在有零序分量（电压&电流），此时站内三台主变中性点均直接接地，系统零序阻抗比正常运行方式小，可能引起#1主变 220 kV 侧零序后备后保护（高后备）动作。由于#1主变负荷低，系统零序电流小未达动作值，故#1主变220kV零序后备保护不动作。

（4）#1主变差动保护及220kV母差保护

#1主变高压侧1母隔离开关缺相运行时，三相不对称，高压侧非全相相电流基本为零，正常相为负荷电流，差动各相电流差为零，#1主变差动保护不会动作。#1主变高压侧断路器断路器运行于220kVⅠ母，220kVⅠ母各支路电流差为零，故母差保护不会动作。

5、防范措施

（1）建议在GIS隔离开关拐臂处设置位置指示。由于某变及同类型GIS设备高、间隔紧密，即使能观察到隔离开关机构箱机械位置指示，也难看清全部三相拐臂的位置状态。因此，建议在某变及同类型GIS设备隔离开关三相拐臂分、合限位螺栓处分别设置明显的分、合闸指示牌（图2所示），指示牌可用圆形金属制作并螺母固定于限位螺栓上，指示牌正面调整至最易观察角度，以便运维人员观察隔离开关各相拐臂的位置。

（2）平时加强设备巡视、维护及时发现隐患。运维人员在巡视和维护过程中，确保GIS隔离开关操作机构巡视、维护到位。如能在巡视或维护时发现传动机构销子松动或其他影响操作的隐患，则可以及时报缺并联系检修人员处理，防止因操作机构问题导致隔离开关非全相分、合闸，保障操作人员及设备的安全。GIS设备有检修作业时，应严把验收关。

（3）建议在GIS设备上设置运维检修平台。某变及同类型 GIS设备各间隔距离近，且间隔之间无运维人员巡视观察通道，每个间隔隔离开关及接地隔离开关的操作机构多，站在地面观察隔离开关位置时存在诸多不便。建议今后变电站新建的GIS设备，应每隔几个间隔在合适位置设置楼梯和平台，以便运维人员巡视、操作使用。

（4）开展专题运维分析。要求运维人员操作GIS设备隔离开关后检查其位置时，除检查电气位置指示、机构箱机械位置指示外，还应重点检查隔离开关每相拐臂的位置，确认每相都操作到位。发现有GIS隔离开关非全相分、合闸的情况，及时处理。主变空载运行时高压侧电流几乎为零，不易观察三相电流不平衡情况，因此合主变高压侧断路器冲击送电时，应仔细观察三相励磁涌流值及其衰减情况，如三相涌流不平衡度过大应引起注意，核查主变是否缺相运行。

（5）拉开大电流接地系统主变压器中性点接地刀闸前，应进行现场检查，在保证变压器全相运行的情况下拉开中性点接地刀闸。

6、结语

文章结合变电运维工作实例分析了变压器非全相运行发生的影响，并根据运行经验提出，在GIS设备隔离开关本体拐臂处分相增加位置指示，开展专题分析进行宣贯引起运维人员重视，加强GIS设备相应内容巡视，在GIS设备上设置运维检修平台等举措，具有变电站运维工作指导意义。

参考文献

[1]曹亚旭，邵鹏，景中炤，等.变压器中性点运行方式分析，电力系统保护与控制，2010，38（5）：115-118.

[2]娄 攀，变压器非全相运行对电力系统的影响，科技资讯，2011 NO.22：144