／國網(wǎng)伊犁供電公司 程方亮／

低壓配電網(wǎng)零線斷線智能檢測保護裝置設(shè)計

／國網(wǎng)伊犁供電公司 程方亮／

闡述在低壓配電網(wǎng)三相四線制系統(tǒng)中零線斷線所造成的危害，詳述如何檢測零線斷線及其基本原理，根據(jù)該檢測基本原理設(shè)計出零線斷線智能檢測保護裝置，該裝置檢測到零線斷線時，及時設(shè)置臨時零線接地點，并通過3G無線模塊將故障信息傳送到相關(guān)負(fù)責(zé)人，從而避免了由于零線斷線造成的損失并對及時掌握電網(wǎng)故障信息提供必要的幫助。

三相四線制；零線斷線；電力智能保護裝置；電力檢測；無線傳輸

0 引言

為適應(yīng)現(xiàn)代化智能電網(wǎng)的發(fā)展需求，保障工業(yè)安全生產(chǎn)和人民安全用電，提供安全穩(wěn)定可靠的供電系統(tǒng)，本文針對在三相四線制供電系統(tǒng)中發(fā)生零線斷線造成的故障以及所采取的解決方法做詳細(xì)闡述。

在三相四線制供電系統(tǒng)中，在解決發(fā)生零線斷線故障時，目前現(xiàn)有相關(guān)設(shè)備存在零線斷線故障問題解決不及時，容易造成用電設(shè)備被損壞等嚴(yán)重事故情況發(fā)生，給用戶造成一定的損失，本文設(shè)計的零線斷線智能檢測裝置在零線斷線時，能及時設(shè)置臨時零線接地點，使故障區(qū)域電壓基本保持平衡，很好地避免了由于零線斷線所引發(fā)事故的發(fā)生。

在低壓三相四線制系統(tǒng)中或三相五線制供電系統(tǒng)中，若零線因故斷開，在三相負(fù)荷不平衡情況下，用戶側(cè)中性點電壓將發(fā)生偏移，這將引起各相電壓畸變，使各相負(fù)載的電壓異常，即通過斷開的零線使每兩相負(fù)載串聯(lián)形成回路，這樣用電設(shè)備將承受線電壓，由于各相負(fù)載很難達到平衡，在串聯(lián)電路中負(fù)載阻抗小的設(shè)備承受電壓將降低，負(fù)載阻抗大的設(shè)備承受電壓會升高，在超過用電設(shè)備額定電壓時該設(shè)備將會被損壞或?qū)⒂懈鼑?yán)重的事故發(fā)生；另外有部分用電設(shè)備采用保護接零的方式，這時不但起不到保護作用，這些電氣設(shè)備外殼反而會帶電，相當(dāng)于帶了相電壓，也是非常危險的。

在實際應(yīng)用中，由于零線斷線不能及時修復(fù)，而給用戶造成的損失可能會持續(xù)擴大，這樣使?jié)撛诘奈ｋU持續(xù)時間更長，給人民生命和財產(chǎn)帶來的損失可能更大、問題會更嚴(yán)重，這就凸顯在第一時間快速將故障解決的重要性，所以及時解決零線斷線故障并準(zhǔn)確將零線斷線故障信息發(fā)送到相關(guān)負(fù)責(zé)人是十分重要的，也是十分必要的。

1 零線斷線保護裝置設(shè)計

零線斷線危害大后果嚴(yán)重，造成的損失無法估計，所以現(xiàn)在考慮在發(fā)生零線斷線時，將此故障及時解決，從而避免了由于零線斷線而造成的危害和損失發(fā)生，并第一時間將此故障信息告知相關(guān)負(fù)責(zé)人為及時檢修、掌握電網(wǎng)運行情況提供了可靠的保障。

目前根據(jù)各種不同的故障綜合分析，形成有效的零線斷線判據(jù)，在三相四線制系統(tǒng)中，現(xiàn)在采取的是“檢測中性點偏移電壓”來判斷零線斷線，具體是通過測量“相線－零線電壓”、“相線－大地電壓”和“零線－大地電壓”，通過精準(zhǔn)AD測量并計算出中性點偏移電壓，準(zhǔn)確判別故障后，通過控制交流接觸器將零線和大地連接構(gòu)成臨時工作接地點，這樣使在零線斷線點后側(cè)的故障區(qū)域電網(wǎng)電壓基本平衡，從而保證電氣設(shè)備正常工作。

根據(jù)對電網(wǎng)用電情況的綜合分析和對零線斷線故障搶修的要求，現(xiàn)設(shè)計出以下解決方案，設(shè)計方案的特點是既能準(zhǔn)確檢測零線斷線故障又能及時將零線和大地連接，形成有效的零線，使故障區(qū)域電網(wǎng)電壓基本保持平衡，從而避免了因零線斷線所引發(fā)事故的發(fā)生；同時將故障信息通過無線傳輸及時傳送給相關(guān)負(fù)責(zé)人。

該方案根據(jù)以上的判據(jù)原理設(shè)計開發(fā)出“零線斷線智能檢測保護裝置”，該裝置通過實時檢測三相電的運行狀態(tài)，來判斷電網(wǎng)零線是否斷線、檢測電網(wǎng)三相電是否有缺相等故障。該設(shè)備設(shè)計采用由開關(guān)、電壓互感器、32位MCU處理器、A/D采樣、控制按鍵、LED顯示、繼電器、3G/4G無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)終端APP控制軟件、蓄電池、交流接觸器、接地端子等部分組成，為了防雨、防潮、防塵將這些元件統(tǒng)一安裝在機箱中，如圖1所示。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖

具體設(shè)計是將三相四線制的Ua、Ub、Uc、Un分別與相對應(yīng)的電壓互感器PTa、PTb、PTc、PTn相連接，互感器將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為32位MCU處理器A/D采樣可測量的電壓信號。這時32位MCU處理器可測量火線對零線電壓、火線對大地電壓、零線對大地電壓，當(dāng)測量出火線對零線電壓在220V±20%范圍時，電網(wǎng)正常運行，交流接觸器不動作、不閉合；當(dāng)火線對零線電壓超過220V±20%范圍時，并且火線對地線電壓在220V±20%范圍時，計算出此時的中性點偏移電壓，如中性點偏移電壓超過設(shè)定閾值，此時MCU控制器通過計算各相電壓值來分析、判斷確認(rèn)是否為零線斷線。一旦確定零線斷線MCU處理器控制繼電器將Ua、Ub或Uc當(dāng)中的某相電壓通過交流接觸器控制線圈和大地構(gòu)成回路來控制交流接觸器閉合，將連接在交流接觸器觸頭L的零線和觸頭T的大地線相連接，形成臨時零線接地。這樣使該部分的電網(wǎng)電壓基本達到平衡，使該范圍內(nèi)相關(guān)用電設(shè)備可以在額定電壓下穩(wěn)定運行，同時發(fā)出故障信息給終端設(shè)備APP控制軟件，通知相關(guān)負(fù)責(zé)人。

為了第一時間將故障信息傳送到相關(guān)負(fù)責(zé)人，在產(chǎn)品方案設(shè)計時增加了Wifi模塊和3G/4G無線傳輸模塊部分，該3G/4G無線傳輸利用“聯(lián)通”或“移動”網(wǎng)絡(luò)，這樣就可實現(xiàn)只要有手機終端無線信號的地方都可以接收到故障信息。

在手機接收端采用APP交互操作軟件，該APP軟件可以接收檢測到電網(wǎng)運行的一些實時數(shù)據(jù)信息、電網(wǎng)故障信息、故障提示信息和裝置運行數(shù)據(jù)信息、參數(shù)設(shè)置等相關(guān)功能。如圖2所示。

圖2 APP交互操作軟件界面

在方案設(shè)計時將MCU控制器和220V電源部分進行隔離處理，這樣增強產(chǎn)品穩(wěn)定可靠性。設(shè)備供電方式采用雙電源供電模式，即在電網(wǎng)直接取電和蓄電池供電方式，這樣即便是在電網(wǎng)電壓供電異常情況下，也能保證設(shè)備正常工作，也可以將故障等信息傳送到相關(guān)負(fù)責(zé)人，使其及時掌握電網(wǎng)運行情況。

2 結(jié)束語

將該零線斷線智能保護裝置應(yīng)用在低壓配電網(wǎng)三相四線制線路中，如果在該線路中發(fā)生零線斷線故障，該設(shè)備自動在80ms內(nèi)將零線和大地連接，實現(xiàn)零線臨時接地，保證故障區(qū)域電網(wǎng)三相電壓基本保持平衡，保證用電設(shè)備正常工作，同時將故障信息發(fā)送到相關(guān)負(fù)責(zé)人。

[1]董新洲，畢見廣.配電線路暫態(tài)行波的分析和接地選線研究[J].中國電機工程學(xué)報,2005(2).

[2]朱雪凌,王云年,周國安.三相四線制低壓配電系統(tǒng)中零線斷下過電壓保護[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報,2004(3).

[3]柳春芳,何智祥,陳增勝,等.帶零線電流判據(jù)的零線斷線檢測新方法[J].華北電力大學(xué)學(xué)報,2015(7).

[4]鄭楚韜,陳永杰.三相四線制系統(tǒng)零線斷線檢測及保護研究[J].電氣技術(shù), 2008(8).

[5]王鵬沖,劉伯穎,張渭澎,等.三相四線制低壓供電系統(tǒng)中性線斷線檢測方法[J].電氣應(yīng)用,2015,34(16).

[6]琚永安,低壓供電系統(tǒng)零線斷線的保護方法[J].吉林電力.2003(2).

[7]邱光源,等.北京:電路[M].北京:人民教育出版社,1987.

[8]燕金剛，周長新.三相四線制供電系統(tǒng)中中性線斷線原因和危害分析及預(yù)防措施[J].2005(7):26-27.

[9]張云性,誤瑞平,郭在云.TN-S低壓配電線路中性線斷線保護裝置探討[J].電氣安全技術(shù),2012(8).

[10]金良勇.電力局零線斷線智能檢測保護系統(tǒng)的實施及運用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2013(12).