低壓照明設備損壞的原因分析

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的接地形式，并對低壓配電系統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可靠連接，且負荷端存在三相不平衡現場，在配電變壓器第一次帶電后低壓照明設備出現了部分損壞。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損壞現象，經現場測量發現A、B、C各相對地電壓均為非正常工作電壓。配電部分一次系統圖如圖1所示。

圖1 配電部分系統圖

3 問題產生原因及分析

經現場排查發現，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。基于此判斷造成照明設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。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：

根據上面公式可知，在BC線電壓串聯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下灰暗。

在實際工程中，串聯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下大，若為照明負荷，電阻大的負荷發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下小，若為照明負荷，燈光會比正常工作狀態下灰暗。

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實中較少，多數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

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，通過數學公式中的參數變化，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。