同步调相机的非全相保护

杨麒1, 杨鑫1, 杨力铭2

（1.云南全项电力科技有限公司，云南昆明 650000；2.云南省配售电有限公司，云南昆明 650000）

调相机非全相运行一般有以下3种情况：（1）在机组解列、并列的操作过程中，由于断路器或隔离开关质量存在问题，在相对频繁的操作中容易因操作机构损坏而引起主回路电气设备非全相运行;（2）在运行中由于保护动作或主断路器误跳，因某种原因使主断路器未能三相断开，而灭磁开关已断开，这时发电机失磁，机组进入异步运行状态; （3）调相机－变压器－线路组的输电线路发生瞬时性单相故障，保护动作单跳后重合闸因某种原因未能重合，引起长期非全相运行。

如果调相机变压器组高压侧断路器单相或两相断开，高压侧非对称电流通过变压器耦合，致使发电机非全相运行，并在发电机回路产生较大的负序电流，将可能造成发电机转子的严重故障。因此，调相机变压器组高压侧断路器应配置非全相保护及非全相启动失灵保护，以保护调相机的安全。

一、非全相运行时调相机的不平衡电流

假设变压器高侧断路器B相未断开，A和C相断开，在灭磁开关已拉开、调相机已无电势的情况下，变压器高压侧B相通过变压器中性点与大地构成回路，B相电流可以流通，根据电磁感应原理，高压侧电流将在低压侧B相线圈中产生感应电势和电流。调相机通过与变压器低压侧直接相连接，电流将主要从a相和b相流过，电流大小与调相机、变压器及所连接的电力系统参数有关。通过理论分析得知，发电机侧比故障相滞后的相电流为0，其它2相电流基本相等。

假设变压器高压侧断路器B相断开，A和C相挂网运行，在调相机灭磁开关已拉开、调相机已无电势的情况下，变压器高压侧(Y0)侧A，C相与大地可以构成回路，A 和C相有电流流通。根据电磁感应原理，变压器低压侧a和c相线圈也会感应从高压侧过来的电势，通过外部回路，在低压侧回路中三相中产生电流，其中c相电流最大，a和b相电流较小且基本相等。通过理论分析得知，在发电机侧比故障相滞后的相电流最大，其它2相电流相对较小。上述2种情况将会造成调相机三相电流的长期严重不对称，电流中的负序分量将在调相机转子中感生2倍频电流，引起转子附加发热，甚至烧坏转子。就是灭磁开关未断开，也因非全相造成的三相负荷长期不平衡，其结果也会一样。因此，大型调相机组装设高压侧断路器非全相保护是非常必要的，非全相保护启动失灵保护也是必需的。

二、设备部分的非全相失灵保护启动与出口逻辑

调相机变压器组高压侧断路器因偷跳或操作机构失灵而导致非全相运行时，母差保护中的只反应母线侧复合电压的失灵保护电压闭锁元件往往不能开放，调相机变压器组启动失灵保护复合电压闭锁元件的解锁可能会出现问题。因此，可以采取电流判别、保护出口、合闸位置继电器常开触点相串联构成与门的方式进行解锁。电流判别元件可采用零序电流和负序电流并联的方式(或门)构成，保护出口跳高压侧断路器。此外，还可在解锁回路中加人压板，以备在某种特殊情况下发变组高压开关检修时，断开该解锁回路，以免保护的不正确动作。调相机变压器组高压侧开关出现非全相运行启动失灵保护的启动判据及逻辑关系，是“断路器三相位置不一致‘和’零序电流或负序电流组成的‘与’逻辑”，按照《“防止电力生产重大事故的25项重点要求”继电保护实施细则》的要求，启动失灵后首先再跳本断路器1次，经过一定延时后以较短时间跳开母联或分段断路器，再经一定延时跳开所在母线上的所有有源设备(断路器)，或跳开与之相关的元件，同时还应闭锁线路重合闸。

对于高压侧为三相联动操作的断路器，调相机变压器组非全相保护及非全相启动失灵保护因无法取得机械式三相不一致输出接点而无法投入，如果断路器质量可靠，出现三相不一致的情况少，建议不予配置发电机非全相保护及非全相启动失灵保护。若断路器质量较差，且运行中同类型断路器曾出现过联动机构失灵或连杆断裂等故障，则需要改用具有电气量判据的三相不一致保护，投入非全相保护及非全相启动失灵保护。

三、故障时的非全相失灵保护启动与出口逻辑

无论线路重合闸采用“单重”还是“综重”方式，在单相瞬时性故障跳闸单相重合成功，或永久性故障单相重合后断路器三相跳闸过程中，总会出现这种等待重合的非全相运行状态，对此必须加以考虑。

对于断路器为三相联动机构且需要采用调相机变压器组高压侧反映无电流的相电流继电器接点组成逻辑时，电流继电器定值可以整定较低，建议按避开稳态充电电流整定。但当调相机并网后，在低负荷运行时三相电流较小，且可能出现三相电流不平衡时，则可在相电流继电器接线回路中串入三相断路器的常闭辅助接点。不过此时的电流较小，非全相的影响不大，也可以不予考虑。