配电网三大故障状态全解(跳闸、接地、缺相)

在变配电网运维当中,跳闸、接地、缺相,这三个是使用频率最高、同时也最容易被混淆的故障术语。其实它们的本质上是三种完全不同的电气状态,对应的判断方法、保护动作逻辑和处置流程也各不相同。

今天早上同大家一起来依据 GB/T 14285、GB/T 2900.1 等标准,把这三种故障状态的定义、电气特征、保护动作逻辑和诊断方法进行一个解析。文中如果有解析不到位的地方,欢迎大家批评指正。

 一、国标规范

 二、跳闸

跳闸保护动作的结果,不是故障本身,而是断路器(或者负荷开关)在保护装置动作下跳开的结果。导致跳闸的原因有很多,比如:短路、接地、过载、欠压、失压、频率异常、温度异常、瓦斯动作、差动动作、零序过流等。

GB/T 14285 中规定,配电网中的保护按故障类型配置,有如下:

  • 相间短路由过流保护(电流速断、限时速断、过流)动作跳闸;

  • 接地故障由零序过流保护或接地选线装置动作;

  • 过载由反时限过流保护动作;

  • 欠压失压由低电压保护动作;

不同故障原因,对应的动作保护也不同,跳闸后的复位和排查流程也不同。所以当知道跳闸后,首先要知道的是什么保护动作的?因为动作的保护类型直接指向故障类型。

 三、接地

接地故障是指系统某相导体对地绝缘破坏,电流通过故障点流入大地,导致三相电流相量和不为零,而产生了零序电流和零序电压。

在GB/T 2900.1 把接地分为了四种方式:直接接地、经电阻接地、经消弧线圈接地和不接地。不同接地方式下故障表现差异很大,如下表:

接地故障典型的电气特征是故障相电压降低(即:金属性接地时接近零)、非故障相电压升高(即:最高升至线电压)、零序电压 3U0 明显升高、零序电流 3I0 出现。

示意图1( 金属性接地 ):

接地故障电气特征对照表:

接地故障的危害是非故障相绝缘承受过电压、故障点产生的电弧可能引发火灾、跨步电压和接触电压从而威胁人身安全、如果长时间运行可能发展为相间短路。

 四、缺相

缺相(即:断相)是指三相回路中某一相因熔断器熔断、断路器某一相未闭合、导线断裂、接头接触不良等不同原因而断开,从而导致三相电压和电流严重不对称。

缺相一般是三相不对称的特殊情况。在规范中规定了正常运行负序不平衡度不超过 2%、短时不超过 4%,而缺相时三相完全失去对称性,负序分量会急剧增大,有些负序电流可能会达到额定电流的 1.5 倍以上。

在工厂里面主要是会体现在电机上,比如:三相异步电动机缺相运行时,旋转磁场变成椭圆形或者脉振磁场,电机出力将会急剧下降、振动和噪声增大、转子电流和温升急剧上升,如果长时间运行将会烧毁绕组。同时对变压器,缺相也会导致输出电压严重不平衡,带单相负荷设备也无法正常工作。

缺相故障电气特征对照表:

 五、故障状态的诊断4步法

第一步:看保护动作信号

  • 过流保护动作 → 相间短路或者过载;

  • 零序过流保护动作 → 接地故障;

  • 负序过流保护动作 → 缺相或者严重不对称;

  • 低电压保护动作 → 系统失压或者缺相;

  • 接地选线动作 → 不接地系统接地故障;

第二步:看电气量特征

  • 接地故障:其中一相电压降低、对应出现零序电压升高与零序电流;

  • 缺相:其中一相电流为零、另外两相增大同时出现负序分量增大;

  • 跳闸:看动作的保护类型进行反推故障原因;

第三步:用仪器仪表验证

  • 钳形电流表测三相电流,观察是否有一相为零;

  • 万用表测三相电压,观察否有一相明显降低;

  • 绝缘电阻表测对地绝缘,判断是否有接地;

第四步:综合判断,比如:结合保护动作信号、电气量特征和现场设备状态,确定故障类型、故障回路和故障点。

保护动作类型对照表:

 六、5 个容易错误判断点

错误1:把跳闸当成故障类型。跳闸只是保护动作的一个最终结果,并不是故障原因。看到跳闸必须查动作的保护类型,才能判断真正故障。

错误 2:把缺相当成接地反而去查零序。缺相不会产生明显的零序电流(注:除非伴随接地),它的主要特征是负序分量增大和一相电流为零。

错误 3:在不接地系统把接地故障当成过流跳闸去复位。不接地系统接地故障允许短时继续运行,如果去复位零序保护可能会导致故障扩大为相间短路

错误 4:忽略缺相对电机的危害。在实际情况中缺相运行几分钟就可能烧毁电机,当发现三相电流严重不对称时,应该立即停机检查。

错误 5:只看电压不看电流或者只看电流不看电压。接地看电压特征(即:一相降、零序升),缺相看电流特征(即:一相零、另两相大),这两个需要结合在才能准确判断。