變電站隔離開關非全相合閘的分析

張映鴻 李勇

摘要：電力系統正常運行時，三相處于對稱平衡狀態，變電站作為電力網絡的重要節點，當站內高壓設備發生非全相運行時，對變電站以及電力系統都會產生影響。文章從某變電站設備非全相運行典型案例出發，分析了變電設備非全相運行對一、二次設備的影響，并結合實際提出防范措施。

關鍵詞：變電站，非全相運行

1、引言

電力系統正常運行時，三相對稱，變壓器中性點電位為零。電力系統發生非全相運行情況時，變壓器中性點會產生過電壓，如果線路參數和變壓器勵磁電感匹配時，將會造成鐵磁諧振，此時變壓器中性點過電壓將更高[1]。變電站實際運行中，對非全相問題關注不多，文章結合實例，主要討論了變壓器非全相運行時的影響，以及結合工作實際提出防范措施。

2、主變高壓側隔離開關非全相案例

220kV某變電站220kV設備為成套GIS設備，隔離開關本體與操作機構箱分體布置，操作機構箱通過拉桿操作隔離開關。某日變電運維工作人員對該站#1主變進行復電操作，工作人員合上#1主變高壓側1母隔離開關后，進行位置檢查。

進行隔離開關位置檢查時，#1主變高壓側匯控柜電氣指示及機構箱機械位置指示均顯示#1主變高壓側1母隔離開關在合位，兩套220kV母線保護裝置、#1主變保護裝置及高壓側斷路器操作箱均顯示#1主變高壓側間隔切至Ⅰ母運行。考慮到該站GIS設備的隔離開關本體和操作機構是分體的，隔離開關通過連桿操作，運維人員決定對隔離開關的連桿拐臂進行再次檢查，確定隔離開關是否操作到位。發現#1主變高壓側1母隔離開關實際A、B、相合閘到位，C相未合閘到位。

3、事件原因分析

現場檢查后發現#1主變高壓側1母隔離開關傳動機構C相連桿（本體拐臂）與主傳動連桿連接銷子脫落（如圖1所示），導致#1主變高壓側1母隔離開關傳動機構雖已完成合閘過程，但隔離開關C相并未合上，#1主變高壓側1母隔離開關非全相運行。

GIS設備在平常的斷路器的操作過程中會發生振動，久而久之導致#1主變高壓側1母隔離開關傳動機構主連桿與C相本體拐臂連接處銷子松動。當操作隔離開關時，機構箱電機轉動帶動主連桿，連桿拉動隔離開關本體拐臂進行合閘，C相拐臂處連接銷子受力脫落，未完成合閘操作。

4、主變非全相運行影響分析

4.1、對一次設備影響分析

#1主變高壓側1母隔離開關非全相運行進行合、拉#1主變高壓側斷路器時，類似合、拉空載變壓器時斷路器非全相合、分閘，將產生操作過電壓，即使在主變中性點直接接地的情況下過電壓也可達數倍相電壓，影響設備安全及絕緣。

某變正常運行方式下#1、#2主變中性點直接接地運行，#3主變不接地運行。#1主變停電檢修期間，運行方式調整為#2、#3主變中性點直接接地，待#1主變復電正常后將拉開#3主變中性點隔離開關恢復站內主變中性點正常運行方式。如果#1主變高壓側一直處于非全相運行狀態，系統會出現零序分量，中性點電位漂移，負荷越大不對稱現象越嚴重，拉開#3主變高壓側中性點隔離開關時可能會出現拉弧現象，危及設備或人身安全。

非全相運行狀態下，若三相電量不對稱性愈加顯著，同一系統中性點非接地運行的主變中性點可能出現過電壓，此時若系統發生鐵磁諧振，中性點過電壓會很嚴重，造成主變中性點間隙保護動作，甚至影響主變中性點絕緣[2]。

4.2、對二次系統影響分析

（1）#1主變高壓側斷路器非全相保護

某變#1主變高壓側斷路器非全相保護由主變非電量保護集成，#1主變高壓側斷路器非全相保護啟動判據取#1主變高壓側斷路器的輔助觸點，同時經零序電流閉鎖。雖然合上#1主變高壓側斷路器后#1主變高壓側缺相運行，#1主變高壓側斷路器三相電流不平衡，但#1主變高壓側斷路器三相確實在合位，并未滿足#1主變高壓側斷路器非全相啟動的條件，故#1主變高壓側斷路器非全相保護未動作是正確的。

（2）#1主變高壓側斷路器間隔二次回路切換

某變220kV母線保護、#1主變保護等保護裝置二次回路切換時，是以#1主變#1主變高壓側斷路器間隔母線側隔離開關的輔助動合（常開）觸點接入保護裝置作為判據的。#1主變高壓側1母隔離開關C相未合上，但其操作機構已完成合閘過程，其機構箱位置指示在合位，隔離開關輔助動合觸點閉合，故220kV母線保護裝置及#1主變保護裝置均顯示#1主變高壓側斷路器間隔二次回路切換至Ⅰ母運行。

（3）#1主變220kV側零序后備保護（高后備）

由于#1主變高壓側1母隔離開關缺相運行，站內220kV系統出現非全相，系統三相不對稱，存在有零序分量（電壓&電流），此時站內三臺主變中性點均直接接地，系統零序阻抗比正常運行方式小，可能引起#1主變 220 kV 側零序后備后保護（高后備）動作。由于#1主變負荷低，系統零序電流小未達動作值，故#1主變220kV零序后備保護不動作。

（4）#1主變差動保護及220kV母差保護

#1主變高壓側1母隔離開關缺相運行時，三相不對稱，高壓側非全相相電流基本為零，正常相為負荷電流，差動各相電流差為零，#1主變差動保護不會動作。#1主變高壓側斷路器斷路器運行于220kVⅠ母，220kVⅠ母各支路電流差為零，故母差保護不會動作。

5、防范措施

（1）建議在GIS隔離開關拐臂處設置位置指示。由于某變及同類型GIS設備高、間隔緊密，即使能觀察到隔離開關機構箱機械位置指示，也難看清全部三相拐臂的位置狀態。因此，建議在某變及同類型GIS設備隔離開關三相拐臂分、合限位螺栓處分別設置明顯的分、合閘指示牌（圖2所示），指示牌可用圓形金屬制作并螺母固定于限位螺栓上，指示牌正面調整至最易觀察角度，以便運維人員觀察隔離開關各相拐臂的位置。

（2）平時加強設備巡視、維護及時發現隱患。運維人員在巡視和維護過程中，確保GIS隔離開關操作機構巡視、維護到位。如能在巡視或維護時發現傳動機構銷子松動或其他影響操作的隱患，則可以及時報缺并聯系檢修人員處理，防止因操作機構問題導致隔離開關非全相分、合閘，保障操作人員及設備的安全。GIS設備有檢修作業時，應嚴把驗收關。

（3）建議在GIS設備上設置運維檢修平臺。某變及同類型 GIS設備各間隔距離近，且間隔之間無運維人員巡視觀察通道，每個間隔隔離開關及接地隔離開關的操作機構多，站在地面觀察隔離開關位置時存在諸多不便。建議今后變電站新建的GIS設備，應每隔幾個間隔在合適位置設置樓梯和平臺，以便運維人員巡視、操作使用。

（4）開展專題運維分析。要求運維人員操作GIS設備隔離開關后檢查其位置時，除檢查電氣位置指示、機構箱機械位置指示外，還應重點檢查隔離開關每相拐臂的位置，確認每相都操作到位。發現有GIS隔離開關非全相分、合閘的情況，及時處理。主變空載運行時高壓側電流幾乎為零，不易觀察三相電流不平衡情況，因此合主變高壓側斷路器沖擊送電時，應仔細觀察三相勵磁涌流值及其衰減情況，如三相涌流不平衡度過大應引起注意，核查主變是否缺相運行。

（5）拉開大電流接地系統主變壓器中性點接地刀閘前，應進行現場檢查，在保證變壓器全相運行的情況下拉開中性點接地刀閘。

6、結語

文章結合變電運維工作實例分析了變壓器非全相運行發生的影響，并根據運行經驗提出，在GIS設備隔離開關本體拐臂處分相增加位置指示，開展專題分析進行宣貫引起運維人員重視，加強GIS設備相應內容巡視，在GIS設備上設置運維檢修平臺等舉措，具有變電站運維工作指導意義。

參考文獻

[1]曹亞旭，邵鵬，景中炤，等.變壓器中性點運行方式分析，電力系統保護與控制，2010，38（5）：115-118.

[2]婁 攀，變壓器非全相運行對電力系統的影響，科技資訊，2011 NO.22：144