楊德強，李鵬莉，周利

(1.煙臺海華電力科技股份有限公司，山東 煙臺 264000；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021)

1 引言

在三相四線制低壓供電系統(tǒng)中，零線的作用是當三相負載不對稱時保證零線的電位為零，以消除中性點電位變化，使各相電壓保持對稱，即各相負載的相電壓始終與電源的相電壓相等，并且與負荷的變化基本無關。文獻[1]討論了低壓配電系統(tǒng)的接地形式，并對低壓配電系統(tǒng)的接地保護進行了分析研究；文獻[2]討論了低壓配電接地及等電位問題。某工程中由于工程人員疏忽，配電變壓器中性點與大地未實現(xiàn)可靠連接，且負荷端存在三相不平衡現(xiàn)場，在配電變壓器第一次帶電后低壓照明設備出現(xiàn)了部分損壞。本文對損壞的原因進行了分析，主要工具是建立模型，把相對復雜的問題簡單化，結論簡單易懂。

2 現(xiàn)象描述

某項目配電變壓器第一次帶電后，室內部分照明設備光線灰暗，部分照明設備光線非常明亮，一段時間后部分設備出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)A、B、C各相對地電壓均為非正常工作電壓。配電部分一次系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 配電部分系統(tǒng)圖

3 問題產(chǎn)生原因及分析

經(jīng)現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)，變壓器低壓側連接中性點的電纜未可靠接地,0.4kV開關柜零線與變壓器低壓側中性點間的線纜已可靠連接?；诖伺袛嘣斐烧彰髟O備損壞的原因為變壓器低壓側中性點電纜沒有與大地可靠連接，且負荷端存在三相不平衡現(xiàn)場不平衡，造成中性點電壓偏移，加到負荷上的電壓嚴重上升或下降。具體分析如下：

為討論方便，假定電源側變壓器為Yyn0接線方式，三相對稱電源，負荷均為電阻性負荷。

在三相四線制供電系統(tǒng)中，三相對稱電源條件下，當三相負荷平衡時，中性點中流過的電流為零，中性點的偏移電壓為零[3]，中性點的電位與大地電位相等，此時，中性線不接地甚至沒有中性線，均不會引起電源側中性點的電壓偏移。

正常情況下，在三相四線制供電系統(tǒng)中，當負載端存在三相負載不平衡時，由于電源側中性點與大地可靠連接，中性點對地電壓仍為零，因此A、B、C各相對地電壓為220V。

當電源側中性點與大地未能實現(xiàn)可靠連接的情況下，負荷側三相負荷相同時，電源側中性點中流過的電流為零，中性點的偏移電壓仍為零；當負荷側A、B、C三相負荷不平衡時，分兩種情況討論：

(1)首先討論簡單的情況，在三相四線制接線方式下只有兩相帶負荷，接線簡化圖如圖2所示。

圖2 兩相帶負荷簡化圖

在圖2中，如果零線與大地可靠連接，C相與大地間的電壓為220V，220V電壓加在10Ω負荷上，同理，B相220V電源電壓加在5Ω的負荷上，10Ω和5Ω兩負荷均在220V正常電源下工作，能夠保持正常工作狀態(tài)。如果圖2中的零線未能與大地可靠連接，由于B、C兩相的負荷不相同，零線與大地間存在電位差，B、C兩相對地電壓非220V(可能大于220V，也可能小于220V)。對10Ω和5Ω負荷來說，流過兩負荷的電流：

加在負荷兩端的電壓分別為：

根據(jù)上面公式可知，在BC線電壓串聯(lián)回路中電阻大的負荷兩端電壓大，電阻小的負荷兩端電壓小，10Ω負荷兩端的電壓大于其正常工作電壓220V，若為照明負荷，燈光就會比正常狀態(tài)下更明亮，甚至燒壞；5Ω負荷兩端的電壓小于其正常工作電壓220V，若為照明負荷，燈光就會比正常狀態(tài)下灰暗。

在實際工程中，串聯(lián)回路負荷分壓值的大小，有以下兩種情況：

(1)B、C兩相負荷的功率相差很小時，負荷的電阻值基本一致，負荷的分壓值均小于其額定電壓，那么B、C兩相負荷的實際功率均比正常工作狀態(tài)下低，若為照明負荷，燈光比正常工作下灰暗。

(2)B、C兩相負荷功率相差非常大時，負荷電阻值相差非常大，電阻大(功率小)的負荷在380V串聯(lián)回路中的分壓值極有可能大于其額定電壓，那么實際功率就會比正常狀態(tài)下大，若為照明負荷，電阻大的負荷發(fā)出的光線就會比平時明亮，甚至電壓過高燒壞負荷；電阻小(功率大)的負荷在380V串聯(lián)回路中的分壓值小于其額定電壓，實際功率比正常工作狀態(tài)下小，若為照明負荷，燈光會比正常工作狀態(tài)下灰暗。

在三相四線制供電回路中，負荷端兩相帶負荷的簡化情況現(xiàn)實中較少，多數(shù)情況為三相負荷不平衡，下面討論負荷端三相不平衡時的情況。

(2)當三相負載不平衡時，接線簡化圖如圖3所示。

圖3 三相四線制系統(tǒng)

在圖3中電源中性點電壓N與負荷中性點電壓N′間的偏移電壓用UNN′表示，UA、UB、UC為電源電壓，ZA、ZB、ZC為相電壓對應的負荷，ZN為電源中性點與負荷中性點間的電阻，電源中性點電壓N與負荷中性點電壓N′間的偏移電壓公式[4]為：

(1)當電源中性點與負荷中性點間的電阻ZN接近于零時，電源中性點電壓N與負荷中性點電壓N′間的偏移電壓UNN′=0，即當兩個中性點間電阻為零時，中性點偏移電壓為零。

(2)當電源中性點與負荷中性點間斷線即ZN趨向于無窮大時，電源中性點電壓N與負荷中性點電壓N′間的偏移電壓UNN′的大小取決于各相負荷大小。

(3)當電源中性點與負荷中性點間的電阻抗值在0與∞之間時，電源中性點電壓N與負荷中性點電壓N′間的偏移電壓UNN′的大小不僅與各相負載的大小有關，還和電源中性點與負荷中性點間的電阻相關。

在第(2)情況下，若A相負荷最大(即相電阻最小)，C相負荷最小(即相電阻最大)，則中性點電壓發(fā)生位移將使負載小的C相電壓升高[5]，若為照明負荷，燈光比正常工作狀態(tài)下更明亮，甚至燒壞；負載大的A相電壓降低，若為照明負荷，燈光比正常工作狀態(tài)下更灰暗。

4 應對措施

(1)技術措施：變壓器低壓側中性點與大地做好可靠連接，且接地電阻滿足相關規(guī)范要求；重新計算并分配負荷端A、B、C各相的負荷電流，努力實現(xiàn)三相負荷的相對平衡。

(2)組織措施：無論新進施工人員或轉崗施工人員，工作班組應加強對施工人員的崗前培訓，針對本工序工作內容的關鍵點、潛在的風險點、應對措施及相關的技術規(guī)范、質量標準等等進行技術培訓，培訓考核合格后上崗；在施工過程中，工作班組針對本周期內存在的問題，定期或不定期舉行技術學習培訓；建立技術交底制度；定期檢查技術措施的落實情況。

(3)完善管理措施：完善技術實施管理和質量控制措施，把施工組的具體施工內容，明確到具體的個人，確保每一項工作內容都能細化人，責任落實到人。

(4)強化制度管理：加強送電前復查，建立獎懲制度。

5 小結

本文對三相四線制供電系統(tǒng)中，配電變壓器低壓側照明設備損壞的原因進行了分析，主要原因為配電變壓器中性點未可靠接地及負荷端三相負荷不平衡；利用模型，把相對復雜的問題簡單化，通過數(shù)學公式中的參數(shù)變化，模擬工程實踐中三相負荷不平衡的情形；最后針對性的提出了處理此問題的應對措施。