孔曉林

（四川省電力公司自貢電業(yè)局，四川 自貢 643000）

在三相四線制供電系統(tǒng)中，產(chǎn)生零序電流的原因:一是由于三相負(fù)載分配不均，產(chǎn)生三相合成電流不為零，發(fā)生零序電流；二是由于三相負(fù)載的性質(zhì)不同，造成功率因素角的不同，產(chǎn)生三相合成電流的向量不為零，造成零序電流的發(fā)生。

理論上，在純電阻電路中三相電流（負(fù)荷）完全平衡是不會(huì)產(chǎn)生零序電流的。但在實(shí)際工作中，由于客觀原因不會(huì)存在完全平衡的三相負(fù)荷，三相電流不平衡就會(huì)發(fā)生零序電流。因此，盡量合理安排平衡三相負(fù)載，減小零序電流，是我們用電檢查日常工作的一項(xiàng)重要任務(wù)。另外，在我們實(shí)際工作中也不會(huì)只遇到純電阻（純電容、純電感）電路，均為各種元件組成的復(fù)雜的龐大的供、用電系統(tǒng)。這就給我們工作帶來挑戰(zhàn)。在這種情況下，如何根據(jù)具體情況采取相應(yīng)措施，實(shí)現(xiàn)三相電流就地平衡，阻止零序大電流的發(fā)生，保護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備和人身的安全，就成為我們用電檢查人員的一項(xiàng)重要研究課題。

一、實(shí)例分析

圖一

圖二

2011年7月，四川理工學(xué)院1#學(xué)生公寓學(xué)生公寓配電室連續(xù)發(fā)生幾起總路開關(guān)跳閘引起的停電事故。通過現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)均為零序保護(hù)動(dòng)作而觸發(fā)的總路開關(guān)跳閘。但我們?cè)跍y(cè)量400V低壓總路的三相電流時(shí)，發(fā)現(xiàn)三相電流比較平衡。1#學(xué)生公寓（800KVA變壓 器）:A 相 780A，B 相770A，C相780A，而零序電流的測(cè)量值為720A。院方電氣管理人員不解，為何三相電流接近平衡，而零序電流卻這么大？

我們經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查和詢問，了解到1#學(xué)生公寓配電變壓器容量為800KVA，供6棟學(xué)生公寓大約6000名學(xué)生的生活用電，約有3500臺(tái)電腦和450臺(tái)1.5P的空調(diào)（變頻設(shè)備），照明多使用“LED”節(jié)能燈、日光燈等。因大量使用空調(diào)設(shè)備和節(jié)能燈具，構(gòu)成電路中感性電流增大，大量的電腦又使電路中容性電流的增大。加之院方在設(shè)計(jì)施工電力線路時(shí)，采取按樓層按各類負(fù)載分相供電（便于校方停送電管理）。其中A相供空調(diào)系統(tǒng)、洗衣機(jī)及輔助設(shè)施，B相供照明系統(tǒng)，C相供插座（電腦），零線為共用零線。如圖一所示。

三相用電負(fù)荷分配看似基本平衡，但因三相負(fù)載性質(zhì)不同，造成各相的電流相位偏移不一樣。A相空調(diào)（感性負(fù)載）相位滯后，B 相照明（白熾燈、“LED”節(jié)能燈、日光燈）回路電流相位角發(fā)生位移較小，C相電腦（容性負(fù)載）電流相位超前，造成三相電流相位角發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生三相電流的合成向量“In”（零序電流），（如圖二）。另外，三相負(fù)載相位角發(fā)生位移，特別是3500臺(tái)電腦（變頻設(shè)備）使系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧振，打破了三相電流相位角的平衡，三相電流相位角發(fā)生偏移，在系統(tǒng)中產(chǎn)生三相電流的合成向量，從而發(fā)生較大的三相合成電流向量“In”（零序電流）。

圖二中:黃線為A相電流Ia，綠線為B相電流Ib，紅線為C相電流Ic，粗黑線為三相合成電流“In”（零序電流）。

二、三相四線制供電系統(tǒng)中發(fā)生零序大電流所造成的危害:

1 造成停電事故

三相負(fù)載不平衡時(shí)，將產(chǎn)生零序電流，零序電流將隨三相負(fù)載不平衡的程度而變化，不平衡度越大，則零序電流也越大。零序大電流會(huì)引起零序繼電器的保護(hù)動(dòng)作（超過零序電流的保護(hù)定值），觸發(fā)負(fù)荷開關(guān)跳閘，造成停電事故。（零序電流等于三相電流的矢量和，在正常時(shí)應(yīng)該是0或者小于零序動(dòng)作電流，當(dāng)三相電流嚴(yán)重不平衡或者發(fā)生單相接地時(shí)零序電流就大于零序動(dòng)作電流，零序保護(hù)就會(huì)動(dòng)作）。

2 嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全

在三相負(fù)載不平衡時(shí)運(yùn)行，三相輸出電流不同，中性線就會(huì)有電流通過，發(fā)生零序電流（當(dāng)零序電流超大時(shí)極易燒斷零線），使中性線產(chǎn)生阻抗壓降，中性點(diǎn)處于漂移狀態(tài)，各相的相電壓發(fā)生變化。負(fù)載重的一相（或者兩相）電壓降低，而負(fù)載輕的一相（或者）電壓升高。在電壓漂移狀態(tài)下繼續(xù)供電，極容易造成電壓高的一相用戶的用電設(shè)備燒壞。而電壓低的一相用戶用的電設(shè)備則無法使用。這就嚴(yán)重危及用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 使電氣設(shè)備的使用壽命縮短

運(yùn)行中的配變?nèi)舸嬖诹阈螂娏?，則其鐵芯中將產(chǎn)生零序磁通。（高壓側(cè)沒有零序電流）這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構(gòu)件作為通道通過，而鋼構(gòu)件的導(dǎo)磁率較低，零序電流通過鋼構(gòu)件時(shí)，即要產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構(gòu)件局部溫度升高發(fā)熱。配變的繞組絕緣因過熱而加快老化，導(dǎo)致設(shè)備壽命降低。

4 增加變壓器和線路的電能損耗

在三相四線制供電網(wǎng)絡(luò)中，電流通過線路導(dǎo)線時(shí)，因存在阻抗必將產(chǎn)生電能損耗，其損耗與通過電流的平方成正比。當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)以三相四線制供電時(shí)，由于有單相負(fù)載存在，造成三相負(fù)載不平衡。當(dāng)三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，中性線即有電流（零序電流）通過。零序電流越大，在中性線上產(chǎn)生的損耗也越大。從而增加了電網(wǎng)線路的損耗。

配電變壓器是低壓電網(wǎng)的供電主設(shè)備，零序電流越大，說明三相負(fù)載不平衡越嚴(yán)重。當(dāng)變壓器在三相負(fù)載不平衡情況下運(yùn)行時(shí)，將會(huì)造成配變損耗的增加。因?yàn)榕渥兊墓β蕮p耗是隨負(fù)載的不平衡度而變化的。

5 燒斷零線發(fā)生供電系統(tǒng)缺零事故

三相四線制低壓供電系統(tǒng)中，超大零序電流會(huì)燒斷零線，造成三相四線制低壓供電系統(tǒng)缺零而發(fā)生事故。舉例:如（圖一）:

（1）零線燒斷（圖一“1”點(diǎn)）會(huì)使三相四線制供電系統(tǒng)缺零。從而導(dǎo)致中性點(diǎn)漂移，致使各相的相電壓發(fā)生變化。負(fù)載重的一相（或兩相）電壓降低，而負(fù)載輕的一相（或兩相）電壓升高。在電壓不穩(wěn)定狀態(tài)下供電，就容易造成電壓高的一相（或兩相）的用戶用電設(shè)備燒壞（如居民家用電器），而電壓低的一相（或兩相）的用戶的用電設(shè)備則可能無法使用或者損壞。

（2）零線燒斷（圖一“2”點(diǎn)），使得 A相和B相的用電設(shè)備由并聯(lián)變?yōu)榇?lián)。供電電壓由相電壓（220V）變?yōu)榫€電壓（380V），燒壞用電設(shè)備。嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生電器火災(zāi)事故。

（3）零線燒斷（圖一“3”點(diǎn)），“B”相斷零，“B”相的用電設(shè)備零線帶電?！癇”相的電器設(shè)備（如電動(dòng)設(shè)備等）在無輔助接地保護(hù)的情況下，用電設(shè)備和居民家用電器的零線和金屬外殼帶電。人體接觸零線或帶電的金屬外殼就會(huì)發(fā)生觸電事故，甚至造成人身傷害。

三、具體控制措施

根據(jù)以上問題分析大致可以采取的辦法有:

1 將不對(duì)稱負(fù)荷分散接在不同的供電點(diǎn)，以減少集中連接造成三相電流不平衡度嚴(yán)重超標(biāo)的問題，阻止較大零序電流的發(fā)生。

2 使用交叉換相等的辦法使不對(duì)稱負(fù)荷合理分配到各相，盡量使其平衡化，減小零序電流。

3 裝設(shè)平衡裝置

在低壓三相四線制的城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)中，由于用電戶多為單相負(fù)荷或單相和三相負(fù)荷混用，并且負(fù)荷大小不同和用電時(shí)間的不同。所以，電網(wǎng)中三相間的不平衡電流是客觀存在的，零序電流很難控制。并且這種用電不平衡狀況的無規(guī)律性，導(dǎo)致了低壓供電系統(tǒng)三相負(fù)載的長期性不平衡。對(duì)于三相不平衡電流，電力部門除了盡量合理地分配負(fù)荷之外幾乎沒有什么行之有效的解決辦法……調(diào)整不平衡電流無功補(bǔ)償裝置，有效地解決了這個(gè)難題，該裝置具有在補(bǔ)償系統(tǒng)無功的同時(shí)還有調(diào)整不平衡有功電流的作用。其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至接近1.00，三相電流調(diào)整至平衡，可以大大降低零序電流。實(shí)際應(yīng)用表明，可使三相功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.90以上，使零序電流調(diào)整到變壓器額定電流的10%以內(nèi)，有效的控制了較大零序電流的發(fā)生。 另外，在相間跨接的電容可以在相間轉(zhuǎn)移有功電流。調(diào)整不平衡電流，達(dá)到降低零序電流的作用。無功補(bǔ)償裝置是利用wangs（王氏）定理來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在相與相之間以及相與零線之間恰當(dāng)?shù)亟尤氩煌瑪?shù)量的電容器，不但可以使各相都得到良好的補(bǔ)償，而且可以調(diào)整不平衡有功電流，最終達(dá)到減小零序電流的目的。

為此，我們根據(jù)四川理工學(xué)院1#學(xué)生公寓的實(shí)際情況，以降低零序電流，防止零序保護(hù)動(dòng)作造成停電事故為目的。制定出一系列的整改措施意見，并針對(duì)每種用電設(shè)備屬性，有的放矢的進(jìn)行改造。其具體措施如下:

1 根據(jù)1#學(xué)生公寓樓的實(shí)際用電性質(zhì)，由三相四線制供電改為三相五線（等徑）制供電，增加了一根輔助接地線。增加接地保護(hù)，確保供用電的安全；

2 平衡三相負(fù)荷，對(duì)各類負(fù)荷分別進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)總體三相基本平衡，杜絕零序大電流的發(fā)生；

3 建議學(xué)生公寓（共六層）每層樓的各類負(fù)荷改為單相供電；即1-2層由A相供電，3-4層由B相供電，5-6層由C相供電。從根本上改變?nèi)嘭?fù)荷不同的狀況，使各層樓中的感性、容性負(fù)荷就地平衡，從根本上控制零序電流的發(fā)生；

4 學(xué)生公寓的電動(dòng)設(shè)備及插座加裝輔助接地線，使電動(dòng)設(shè)備外殼可靠接地，防止在系統(tǒng)斷零時(shí)發(fā)生觸電事故，確保用電的安全可靠性；

5 安裝電容器（最好是安裝自動(dòng)補(bǔ)償裝置）集中或分散地對(duì)節(jié)能燈、日光燈、空調(diào)等感性負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償；

6 針對(duì)大量電腦產(chǎn)生的諧振，建議安裝有源（或無源）濾波設(shè)備，利用電感、電容特性組成低通濾波回路，目的是讓指定頻段（50Hz）工頻電流順利通過，而讓諧波電流給予足夠大的衰減而使其受到抑制。實(shí)現(xiàn)過濾諧波，修復(fù)基波的目的（如圖三）。

四川理工學(xué)院學(xué)生公寓經(jīng)過改造，收到了很好的效果。1#學(xué)生公寓在經(jīng)過改造后，從去年改造后至今，未發(fā)生一起因零序電流保護(hù)動(dòng)作而引起的停電事故。

結(jié)語

總之，三相負(fù)荷不平衡（或者不對(duì)稱）就會(huì)發(fā)生零序電流。零序電流的增大，會(huì)影響我們供電系統(tǒng)的穩(wěn)定、用電設(shè)備的安全甚至人的生命。因此，我們提倡重視零線，控制零序電流。并指導(dǎo)和幫助客戶合理平衡三相負(fù)荷、控制零序電流、保障客戶和電網(wǎng)安全就是我們用電檢查人員工作中的一項(xiàng)重要任務(wù)和研究課題。

[1]四川理工學(xué)院一、二號(hào)配電室電能分析報(bào)告[R].

[2]省電機(jī).珠海市高和機(jī)電設(shè)備有限公司[Z].

[3]電力設(shè)備接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[5]電氣安全事故分析及其防范[S].

[6]安全用電實(shí)用技術(shù)問答[S].