临时用电TN-S供电系统常见故障分析及解决.pdf

94第 46 卷 第 08 期2023 年 08 月Vol.46No.08Aug.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation1 引言我国低压配电系统普遍采用中性点直接接地方式，接地系统分为 IT、TT、TN 三大类，其中 TN 系统又分为 TN-C、TN-C-S、TN-S 三种方式，根据河南五岳抽水蓄能电站施工临时用电管理要求，五岳工程建设现场临时用电均采用 TN-S 接零保护供电系统。现场供电要求：严格执行三相五线制，用电区域实行三级配电、二级漏电保护，临时用电配电箱实行“一机一闸”。2 临时用电中的 T N-S供电系统TN-S 接零保护供电系统，T 表示供电变压器低压侧中性点为直接接地；N 表示电气设备的外壳等裸漏金属部分均直接接地；S 表示工作零线 N 与保护零线 PE 分开设置，如图 1 所示。图 1 TN-S 接零保护系统示意图正常工作时保护零线与接至带电设备金属外壳，其回路不带电，若电气设备发生故障或人员误碰带电设备，其电流将会经 PE 线流入大地，此时漏电保护装置将会检测到流入、流出电流存在差流，迅速动作断开电源，保障人身设备安全。3 临时用电常见故障原因分析3.1 零线断路（1）变压器中性点至负载间零线因机械或外力破坏，导致零线断开。此时断线处就构成了中性点不接地供电系统，如图 2 所示。图 2 零线断线示意图（2）根据基尔霍夫定律，In=Ia+Ib+Ic，因施工现场三相负载并不能做到完全相等，此时必然有 In 0，当零线断线时不平衡电流不能通过零线导入大地，中性点电位发生位移，零线就出现了带电现象；且三收稿日期：2023-03-06作者简介：李圣磊（1994-），男，助理工程师，从事电气设备安装、试验、调试及机组启动试运行工作。临时用电 T N-S供电系统常见故障分析及解决李圣磊，赵天瑜，保善彤，成 霖，李自立（中国水利水电第四工程局有限公司机电安装分局，四川 成都 610000）摘 要：临时用电在工程建设中发挥着至关重要的作用，是施工现场人员正常生活、工作的能源保障。在我国低压配电系统中变压器低压侧为星型接线，供电形式常采用三相四线、三相五线制供电，正常情况下相电压为 220 V，线电压为 380 V，零线电压基本为零。在工程实际中供电故障、异常断电情况时有发生，若不及时排除故障将对负载设备造成不同程度的损坏，严重时将对电力系统造成影响。本文以河南五岳抽水蓄能电站 TN-S 临时用电为例，分析临时用电供电故障、异常原因及现场解决方法，保证现场临时用电安全可靠。关键词：临时用电；TN-S；三相五线制；故障；异常中图分类号：TU731.3文献标识码：B文章编号：1672-5387（2023）08-0094-04D O I：10.13599/ki.11-5130.2023.08.02795第 08 期李圣磊，等：临时用电 TN-S 供电系统常见故障分析及解决相负载差别越大，中性点的位移就越多，对电网及设备的危害就越严重。此时负载大的相电压越低，负载小的相电压越高，等值电路见图 3。图 3 零线断线等值电路图（3）设变压器中性点与大地电位相等。则零线电流有 I OO1=Ua/Za+Ub/Zb+Uc/Zc等效阻抗有 Z=1/（1/Za+1/Zb+1/Zc）电压偏移有 UOO1=I OO1Z根据欧姆定律，负载接入电力系统均采用并联接线，负载越大其回路阻抗越小，设故障时 C相负载最小，A、B 两相负载较大且基本相等，令Za=Zb=10 ZC=22。则 I OO1=-28.104 120UOO1=-114.50 V 120此时零位偏移位 114.50 V，角度为-60。（4）此时三相负载端电压分别为：UaO1=Ua-UOO1=2 20 0+114.051 20=190.57 31.2UbO1=Ub-UOO1=220 -120+114.05 120=190.57 151.2UcOO1=Ub-UOO1=220 120+114.05 120=360.5 120（5）对于单相用电回路，其零线断线后，火线与零线电位相等，此时造成零线与火线均携带 220 V电压，设备不能正常运行。3.2 变压器中性点零线接地电阻过大或接触不良（1）TN-S 供电系统采用三相五线制，电缆对地存在对地电容，供电系统可简化为 型等效电路，此时相线对地有一定的泄露电流流过，泄露电流流向见图 4。图 4 泄露电流流向示意图泄露电流 Io=Ia+Ib+Ic此时零线对地电压 U0=I0R（R 为变压器中性点接地电阻）（2）由于施工用电现场用电设备较多，若接地电阻过大或接地状态不良，其泄露电流及不平衡电流，将会出现漂移，三相电压不稳定以及零线带电情况。3.3 用电设备漏电或相线接地（1）当设备外壳破损或线路绝缘损坏时，将会发生装置漏电或相线接地故障，此时将出现部分零线带电情况，故障若不及时处理将会引发触电事故。（2）由 Io=Ia+Ib+Ic，设 C 相发生接地故障，现实生活中并不存在真正意义理想接地，其接地电阻不等于零，约在 0.510，此时故障点周围的地面对大地即（零线）的电位升高，零线将呈现带电现象，零线电流与对地电压大小、零线阻抗大小及故障点对地电阻有关系，其电流流向见图 5。图 5 设备漏电或相线接地等电位示意图3.4 三相用电负荷不平衡（1）理论上讲，TN-S 系统中零线与地线都是直接接地的，其电位为零，但由于临时用电现场三相负载及两相负载设备种类繁多，且工作时间不稳定，导致供电系统难以保持三相平衡。（2）由 In=Ia+Ib+Ic，若三相负载不平衡，In 0，此时零线就出现了电流，工程实际中，其接地一般在4 以内 U=InR 若接地电阻过大零线将出现带电现象，零线对地电压约大于零严重时电压将高于100 V。3.5 变压器内部 1 0 k V高压窜入 0.4 k V低压侧 电力变压器是临时用电的重要能源设备，我国乡镇配电网一般采用 10 kV 输电线路，施工现场布置 10 kV/0.4 kV 降压变压器。变压器由于长期运行或变压器油含有杂质会导致变压器内部绝缘降低，当绝缘小于变压器击穿电压后，变压器绝缘将被击穿。变压器击穿后高压侧 10 kV 电压将会窜入0.4 kV 低压侧，低压侧电压将急剧升高，严重损毁用电设备，甚至造成人员伤亡。96第 46 卷水 电 站 机 电 技 术3.6 临时用电过程中三相电压偏低（1）电源进线侧电压偏低：由于电能存储技术复杂，我国用电由电网调配，波峰波谷电压波动明显，低压侧电压将会出现浮动。（2）根据能量守恒定律，变压器高压侧功率P进=P出+P损，即进线侧功率等于出线侧功率加上功率损耗，此时若变压器进线侧电网电压偏低，经变压器转换后出线侧电压也将低于正常电压。（3）供电线路过长或电缆选型：临时用电常采用电缆连接，若电缆截面或电缆材质选用不当以及供电线路过长，此时电缆阻抗越大，根据能量守恒定律 P=UI，U=IR，当系统负荷越大时流过电缆的电流越大，此时电压压降也就越多，用电终端侧电压越低。3.7 电源相序错误我国电力系统中，正相序为 A 相超前 B 相120，B 相超前 C 相 120，其相序正确是三相用电设备正常工作的根本保证，若电源相序错误，三相设备转向将与正常工作状态（如电动机）相反，对于不可逆电机将缩小其使用寿命，产生发热、异响等异常情况，若不及时处理将会严重损坏设备甚至引发发生安全事故。4 临时用电供电异常处理方法4.1 用电设备停电（1）首先观察用电设备漏电保护器是否跳闸，若漏电保护器跳闸，则有可能装置存在漏电，用万用表测量漏电保护开关出线侧无电压后，分别测试用电设备、开关及线路绝缘情况，找出故障点并处理，待其绝缘满足要求后，合上漏电保护器，测量进线及出线电压是否正常，确认电压正常后启动用电设备。（2）若漏电保护器未跳闸，首先测试漏电保护器进、出线电压情况，若进线电压正常，出线侧显示无电压，此时可能是漏电保护开关损坏，断开上一级开关，拆除漏电保护器，测量进出线触头，若进出线触头导通异常则更换漏电保护开关后重新合闸测试。（3）若单相供电线路漏电保护器跳闸，首先测量电压是否正常，若显示火线、零线间电压为零，此时用电笔测量是否带电，若电笔无发光显示，此时查找上一级电路，若显示有点，此时用万用表分别测量火线、零线对地电压情况；若零线对地电压与火线相等，此时可能发生串回路或零线火线绝缘破坏，断开上一级开关，使用绝缘电阻测试仪测量绝缘情况，处理或更换后重新合闸测试。（4）若单相供电线路漏电保护器未跳闸，测量火线、零线间电压为零，零线对地电压为 220 V，此时可能是零线断裂，此时立即断开漏电保护器开关，逐级查询电路，用绝缘电阻测试仪分段查询零线接地情况，找出故障点处，待零线绝缘、接地电阻合格后，合上漏电保护器重新测试。4.2 用电设备工作异常（1）分别测试每相电压，观察三相电压是否平衡，若出现某相电压远高于正常电压，检查零线是否出现带电情况，若零线带电情况，立即断开装置电源，检查零线对地电阻，若零线断线，用绝缘电阻测试仪分段查询零线接地情况，找出故障点处，测量接地电阻合格后，合上装置电源，并重新测试三相电压。（2）若零线对地绝缘电阻合格，零线对地电压不等于零，此时断开总电源，用万用表检查零线与接地极之间的接触电阻，若接触电阻过大，检查连接处是否存在虚接等情况，用接地电阻测试仪检查接地电阻是否合适，若接地电阻过大，检查其与接地网的连接是否遭到破坏，排除故障后重新测试，若土壤导电率不合格此时可加入降阻剂，或增加接地体的埋设。（3）若用电设备三相电压均偏低，用电装置工作异常，此时断开漏电保护器开关，检进线侧电压是否正常，若进线侧电压偏低则检查变压器进线端电压是否正常，若变压器进线端电压正常输出端电压显示偏低，此时可能是变压器运行挡位选择不合适，断开 10 kV 电源进线，调整变压器分接挡位，观察低压侧电压正常后逐级送电；若变压器低压侧输出电压，此时可能是电缆型号选用不合适或是供电线路过长，此时可调整变压器安装位置，使变压器尽量靠近施工区，或选用铜制电缆，增加电缆截面积，处理完成后重新测试。4.3 三相电机相序接反（1）三相电机相序接反后会导致电机反转，若不及时解决，将可能发生过载、短路现象，产生大量热量，严重损毁用电设备。（2）接线前先用相序表测量电压相序为正相序，若电压相序为逆相序，检查线路接线情况，更改接线，待相序检查无误后再送电，相序图见图 6。97第 08 期李圣磊，等：临时用电 TN-S 供电系统常见故障分析及解决图 6 电压相序向量图5 结语工程建设中临时用电布置前，要不断深化切实做好临时用电规划，根据项目情况编制符合施工现场的临时用电施工组织计划，合理选用变压器等供电设备，用电设备尽可能做到三相负载平衡，施工前做好安全技术交底，并由专业人员接线、试验合格后投入使用；加强日常用电巡检，记录三相电压、电流情况，特别是用电高峰期，负载不平衡将导致零线电流过大，零线损坏的情况时有发生；做好施工临时用电管理，供电发生异常时，能快速准确的解决故障，保证施工现场供电正常。参考文献：1张征斌.浅析漏电保护器在工程施工中的应用 J.广西城镇建设，2013（6）：106-111.2王银凤，段沛，王金河，等.居民生活用电线路漏电故障及原因浅析 J.矿山机械，2006，34（11）：129.3冯桂社.建筑施工现场临时用电的常见问题及解决措施J.四川建材，2018，44（4）：213-214.4曹伟，杨长春.临时用电的存在问题及解决方法 J.中国科技博览，2012（28）：46.5曹阳.建筑施工现场临时用电情况分析及改进建议 J.中小企业管理与科技（下旬），2018（11）：1-2.使用其核心的防误功能。当有操作任务时，运行人员在五防工作站按照已签发的纸质操作票操作顺序模拟开票，对纸质操作票进行防误逻辑验证，模拟开票成功后将操作任务下发至电脑钥匙，操作过程中需要解锁五防锁具时使用电脑钥匙解锁。电站共配置有 3 把电脑钥匙，可以同时允许 3组操作人员进行操作。在工作模式上，有离线模式、在线模式供运行人员自由选择，厂房外设备操作只能使用离线模式。使用在线模式时，防误工作站模拟图中设备状态实时刷新，能实时监视操作过程。使用离线模式时，设备状态在操作结束电脑钥匙回传操作任务后刷新。为正确完整实现五防系统功能，避免出现走空程序、五防锁具解锁后不上锁或更换五防锁具位置、随意更改防误逻辑等不安全情况，电站制定了五防系统管理制度，通过管理手段控制人的不安全行为，弥补五防系统在技术上存在的不足。使用实践证明，改造后的五防系统达到了预期目标。6 结语天生桥一级水电站在进行第三套五防系统改造时，对比分析了先后使用过的两套五防系统优缺点，结合电站实际，提出了五防系统改造需求，结合机组年度检修开展五防系统改造工作。新五防系统简单、可靠、易维护、扩展性强，能满足电站未来较长时间的防误需求，能为电站安全生产提供有力保障。参考文献：1 朱峻峰.天生桥一级水电站蓝牙微机防误闭锁装置 J .贵州水力发电，2 0 0 4（4）：6 8-7 0.2 岑佳辉.安全隔离闭锁及操作联锁机械钥匙系统的应用 J .电力安全技术，2 0 1 3（7）：4 1-4 3.3 王靖宇，吴迪，周玉权.机械程序锁在电气设备上的安装和使用 J .水电站机电技术，2 0 1 9（9）：5 1-5 4.4 张冠杰，辛星召，张玺.浅谈 Z i g B e e 和 I P v 6 在工业控制中的应用 J .水电站机电技术，2 0 1 6（8）：4 4-4 6.5 国家能源局.微机型防止电气误操作系统通用技术条件：D L/T 6 8 7-2 0 1 0 S .6 国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求（2 0 2 3 版）Z .（上接第 6 0 页）