低压照明设备损坏的原因分析

杨德强，李鹏莉，周利

(1.烟台海华电力科技股份有限公司，山东 烟台 264000；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021)

1 引言

在三相四线制低压供电系统中，零线的作用是当三相负载不对称时保证零线的电位为零，以消除中性点电位变化，使各相电压保持对称，即各相负载的相电压始终与电源的相电压相等，并且与负荷的变化基本无关。文献[1]讨论了低压配电系统的接地形式，并对低压配电系统的接地保护进行了分析研究；文献[2]讨论了低压配电接地及等电位问题。某工程中由于工程人员疏忽，配电变压器中性点与大地未实现可靠连接，且负荷端存在三相不平衡现场，在配电变压器第一次带电后低压照明设备出现了部分损坏。本文对损坏的原因进行了分析，主要工具是建立模型，把相对复杂的问题简单化，结论简单易懂。

2 现象描述

某项目配电变压器第一次带电后，室内部分照明设备光线灰暗，部分照明设备光线非常明亮，一段时间后部分设备出现损坏现象，经现场测量发现A、B、C各相对地电压均为非正常工作电压。配电部分一次系统图如图1所示。

图1 配电部分系统图

3 问题产生原因及分析

经现场排查发现，变压器低压侧连接中性点的电缆未可靠接地,0.4kV开关柜零线与变压器低压侧中性点间的线缆已可靠连接。基于此判断造成照明设备损坏的原因为变压器低压侧中性点电缆没有与大地可靠连接，且负荷端存在三相不平衡现场不平衡，造成中性点电压偏移，加到负荷上的电压严重上升或下降。具体分析如下：

为讨论方便，假定电源侧变压器为Yyn0接线方式，三相对称电源，负荷均为电阻性负荷。

在三相四线制供电系统中，三相对称电源条件下，当三相负荷平衡时，中性点中流过的电流为零，中性点的偏移电压为零[3]，中性点的电位与大地电位相等，此时，中性线不接地甚至没有中性线，均不会引起电源侧中性点的电压偏移。

正常情况下，在三相四线制供电系统中，当负载端存在三相负载不平衡时，由于电源侧中性点与大地可靠连接，中性点对地电压仍为零，因此A、B、C各相对地电压为220V。

当电源侧中性点与大地未能实现可靠连接的情况下，负荷侧三相负荷相同时，电源侧中性点中流过的电流为零，中性点的偏移电压仍为零；当负荷侧A、B、C三相负荷不平衡时，分两种情况讨论：

(1)首先讨论简单的情况，在三相四线制接线方式下只有两相带负荷，接线简化图如图2所示。

图2 两相带负荷简化图

在图2中，如果零线与大地可靠连接，C相与大地间的电压为220V，220V电压加在10Ω负荷上，同理，B相220V电源电压加在5Ω的负荷上，10Ω和5Ω两负荷均在220V正常电源下工作，能够保持正常工作状态。如果图2中的零线未能与大地可靠连接，由于B、C两相的负荷不相同，零线与大地间存在电位差，B、C两相对地电压非220V(可能大于220V，也可能小于220V)。对10Ω和5Ω负荷来说，流过两负荷的电流：

加在负荷两端的电压分别为：

根据上面公式可知，在BC线电压串联回路中电阻大的负荷两端电压大，电阻小的负荷两端电压小，10Ω负荷两端的电压大于其正常工作电压220V，若为照明负荷，灯光就会比正常状态下更明亮，甚至烧坏；5Ω负荷两端的电压小于其正常工作电压220V，若为照明负荷，灯光就会比正常状态下灰暗。

在实际工程中，串联回路负荷分压值的大小，有以下两种情况：

(1)B、C两相负荷的功率相差很小时，负荷的电阻值基本一致，负荷的分压值均小于其额定电压，那么B、C两相负荷的实际功率均比正常工作状态下低，若为照明负荷，灯光比正常工作下灰暗。

(2)B、C两相负荷功率相差非常大时，负荷电阻值相差非常大，电阻大(功率小)的负荷在380V串联回路中的分压值极有可能大于其额定电压，那么实际功率就会比正常状态下大，若为照明负荷，电阻大的负荷发出的光线就会比平时明亮，甚至电压过高烧坏负荷；电阻小(功率大)的负荷在380V串联回路中的分压值小于其额定电压，实际功率比正常工作状态下小，若为照明负荷，灯光会比正常工作状态下灰暗。

在三相四线制供电回路中，负荷端两相带负荷的简化情况现实中较少，多数情况为三相负荷不平衡，下面讨论负荷端三相不平衡时的情况。

(2)当三相负载不平衡时，接线简化图如图3所示。

图3 三相四线制系统

在图3中电源中性点电压N与负荷中性点电压N′间的偏移电压用UNN′表示，UA、UB、UC为电源电压，ZA、ZB、ZC为相电压对应的负荷，ZN为电源中性点与负荷中性点间的电阻，电源中性点电压N与负荷中性点电压N′间的偏移电压公式[4]为：

(1)当电源中性点与负荷中性点间的电阻ZN接近于零时，电源中性点电压N与负荷中性点电压N′间的偏移电压UNN′=0，即当两个中性点间电阻为零时，中性点偏移电压为零。

(2)当电源中性点与负荷中性点间断线即ZN趋向于无穷大时，电源中性点电压N与负荷中性点电压N′间的偏移电压UNN′的大小取决于各相负荷大小。

(3)当电源中性点与负荷中性点间的电阻抗值在0与∞之间时，电源中性点电压N与负荷中性点电压N′间的偏移电压UNN′的大小不仅与各相负载的大小有关，还和电源中性点与负荷中性点间的电阻相关。

在第(2)情况下，若A相负荷最大(即相电阻最小)，C相负荷最小(即相电阻最大)，则中性点电压发生位移将使负载小的C相电压升高[5]，若为照明负荷，灯光比正常工作状态下更明亮，甚至烧坏；负载大的A相电压降低，若为照明负荷，灯光比正常工作状态下更灰暗。

4 应对措施

(1)技术措施：变压器低压侧中性点与大地做好可靠连接，且接地电阻满足相关规范要求；重新计算并分配负荷端A、B、C各相的负荷电流，努力实现三相负荷的相对平衡。

(2)组织措施：无论新进施工人员或转岗施工人员，工作班组应加强对施工人员的岗前培训，针对本工序工作内容的关键点、潜在的风险点、应对措施及相关的技术规范、质量标准等等进行技术培训，培训考核合格后上岗；在施工过程中，工作班组针对本周期内存在的问题，定期或不定期举行技术学习培训；建立技术交底制度；定期检查技术措施的落实情况。

(3)完善管理措施：完善技术实施管理和质量控制措施，把施工组的具体施工内容，明确到具体的个人，确保每一项工作内容都能细化人，责任落实到人。

(4)强化制度管理：加强送电前复查，建立奖惩制度。

5 小结

本文对三相四线制供电系统中，配电变压器低压侧照明设备损坏的原因进行了分析，主要原因为配电变压器中性点未可靠接地及负荷端三相负荷不平衡；利用模型，把相对复杂的问题简单化，通过数学公式中的参数变化，模拟工程实践中三相负荷不平衡的情形；最后针对性的提出了处理此问题的应对措施。