低壓配電網零線斷線智能檢測保護裝置設計

／國網伊犁供電公司 程方亮／

低壓配電網零線斷線智能檢測保護裝置設計

／國網伊犁供電公司 程方亮／

闡述在低壓配電網三相四線制系統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，根據該檢測基本原理設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負責人，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

為適應現代化智能電網的發展需求，保障工業安全生產和人民安全用電，提供安全穩定可靠的供電系統，本文針對在三相四線制供電系統中發生零線斷線造成的故障以及所采取的解決方法做詳細闡述。

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

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

在實際應用中，由于零線斷線不能及時修復，而給用戶造成的損失可能會持續擴大，這樣使潛在的危險持續時間更長，給人民生命和財產帶來的損失可能更大、問題會更嚴重，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確將零線斷線故障信息發送到相關負責人是十分重要的，也是十分必要的。

1 零線斷線保護裝置設計

零線斷線危害大后果嚴重，造成的損失無法估計，所以現在考慮在發生零線斷線時，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生，并第一時間將此故障信息告知相關負責人為及時檢修、掌握電網運行情況提供了可靠的保障。

目前根據各種不同的故障綜合分析，形成有效的零線斷線判據，在三相四線制系統中，現在采取的是“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AD測量并計算出中性點偏移電壓，準確判別故障后，通過控制交流接觸器將零線和大地連接構成臨時工作接地點，這樣使在零線斷線點后側的故障區域電網電壓基本平衡，從而保證電氣設備正常工作。

根據對電網用電情況的綜合分析和對零線斷線故障搶修的要求，現設計出以下解決方案，設計方案的特點是既能準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，使故障區域電網電壓基本保持平衡，從而避免了因零線斷線所引發事故的發生；同時將故障信息通過無線傳輸及時傳送給相關負責人。

該方案根據以上的判據原理設計開發出“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，來判斷電網零線是否斷線、檢測電網三相電是否有缺相等故障。該設備設計采用由開關、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、數據終端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、防塵將這些元件統一安裝在機箱中，如圖1所示。

圖1 設備結構框圖

具體設計是將三相四線制的Ua、Ub、Uc、Un分別與相對應的電壓互感器PTa、PTb、PTc、PTn相連接，互感器將電網電壓轉換為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，當測量出火線對零線電壓在220V±20%范圍時，電網正常運行，交流接觸器不動作、不閉合；當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當中的某相電壓通過交流接觸器控制線圈和大地構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電壓基本達到平衡，使該范圍內相關用電設備可以在額定電壓下穩定運行，同時發出故障信息給終端設備APP控制軟件，通知相關負責人。

為了第一時間將故障信息傳送到相關負責人，在產品方案設計時增加了Wifi模塊和3G/4G無線傳輸模塊部分，該3G/4G無線傳輸利用“聯通”或“移動”網絡，這樣就可實現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運行的一些實時數據信息、電網故障信息、故障提示信息和裝置運行數據信息、參數設置等相關功能。如圖2所示。

圖2 APP交互操作軟件界面

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

2 結束語

將該零線斷線智能保護裝置應用在低壓配電網三相四線制線路中，如果在該線路中發生零線斷線故障，該設備自動在80ms內將零線和大地連接，實現零線臨時接地，保證故障區域電網三相電壓基本保持平衡，保證用電設備正常工作，同時將故障信息發送到相關負責人。

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