“断零”事故分析及一种“断零”保护方法

卜家俊, 杨文斌, 翁利国, 余 彬, 邱海锋

(国网杭州市萧山区供电公司, 浙江 杭州 311200)

0 引 言

我国农村低压配电采用三相四线配电系统,中性线或PEN线因故中断(俗称“断零”)事故时有发生,导致经常发生用户设备大面积烧坏的现象[1]。中性线中断引发的过电压烧坏用户电器的事故,给供电企业造成很大的压力。只要发生“断零”事故,就会引起客户索赔,甚至影响电费回收等其他业务的开展,引发供电服务乃至严重社会事件。我国对“断零”事故一直以来都相当重视,相继推出不少预防措施,但仍未找到一种推广容易、使用效果确切的合适解决方案[1]。

1 国内外现状

西方发达国家对住宅供电采用单相高压变压器,从根本上杜绝“断零”的危害。目前,我国还不能改变现有的三相四线低压配电网形式。如果采用单相低压电源供电,整改费用巨大,而且能源效率也将降低。另外,现居民家庭中已普及三相家用电器,如三相大功率空调、三相空气能热水器等,有部分家庭已经直接进户三相电,因此我国不可能参考西方发达国家的相关做法。

我国研究人员对预防“断零”事故做了大量研究工作,在20世纪90年代就提出一种在建筑物内单独另设一个不受其他接地极电位影响的零电位接地板,用来检测中性线电位,判断是否发生“断零”故障。这种零电位接地施工难度大,可靠性差,经常发生误跳闸,影响供电连续性,后来逐步不再使用[2-4]。

JCJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》[5]中规定采用自复式过欠压保护器来预防“断零”事故对电器的损害,但实际应用中发生“断零”事故时,自复式过欠压保护器切除发生过欠压所在相上的负载,切除后使剩余的正常电压相也发生过欠压,接着剩余的过欠压保护器也动作,直至全部负载切除。负载全部切除后三相电压又回复正常,自复式过欠压保护器检测到电压正常,自动投入,投入后又发生过欠压,再切除。循环往复,直到检修电工停电检修,此时用户电器大多数已烧坏。因此,该方法不能有效预防“断零”事故对用户电器的损害。

有些供电部门认为将中性线重复接地,用大地通路代替中断的中性线,避免”断零”引起的电气设备事故。经相量分析计算,这是不可能的。中性线阻抗一般为几毫欧,而大地通路阻抗在几欧姆到几十欧姆。重复接地“断零”时三相电压如图1所示,可见三相电压仍严重不平衡。

2 “断零”检测方法与应用

要检测“断零”,一般采用检测中性线电位的方法来进行,但必须有参考基准零电位,且该基准零电位不能随时间、环境等因素影响,即不得发生漂移,以免正常运行时发生检测偏差,引起误动作。

针对现有“断零”故障检测与保护可靠性低,误动作频繁等缺陷,本文介绍一种低压三相四线配电系统的零基准电位获取方法,应用于三相四线配电系统“断零”故障的正确判断。

利用微型三相变压器铁心,在铁心上绕三组相同参数的绕组,按Y型连接,三组绕组一端分别与三相电源的相线连接,另一端接在一起作为零基准电位点,模拟供电端三相变压器的输出绕组的零线电位点,只要三相绕组参数一致,该零基准电位与供电端三相变压器的中性线电位也一致。用该零基准电位与配电系统的中性线电位进行比较,获得中性线断路器故障信号。该信号经处理后驱动脱扣器,断开断路器,保护负载电气设备免受“断零”引起的过欠压危害。该零基准电位获取方法简单、成本低,零基准电位不受时间、地点、环境等影响。

零基准电位获取方法如图2所示。

图2 零基准电位获取方法

零基准电位获取方法应用于“断零”保护如图3所示。

图3 零基准电位获取方法应用于“断零”保护

按照低压三相四线配电系统的零基准电位获取方法,制作“断零”保护小型断路器样机,并进行以下试验内容,试验情况如表1所示。

3 结 语

零基准电位获取方法应用于“断零”保护,具有动作灵敏、可靠等优点,对中性线接触不良、中性线阻抗偏大引起的三相电压不平衡均可进行保护。现阶段采用的自复式过欠压保护器过压保护整定值一般为280 V,实际应用中过压值未到整定值时好多电器已损坏,不损坏的也已对电器的使用寿命产生较大的影响。零基准电位获取设计方案可在中性线电位发生偏移,但过欠压还不是很严重时立即动作保护,还可以根据中性线电位偏移进行反时限保护,大大提高“断零”保护的有效性。

表1 试验情况