金力
国网宁夏中卫供电公司海源供电公司 宁夏 中卫市 755200】
摘要：近年来，随着国民经济飞速发展，国家电网公司对低压线路进行改造，大大减少低压线路故障率发生，提高用电客户供电可靠性；但是对低压配电线路各类缺陷造成部分用电设备烧毁事故，时有发生，这些故障发生，给用电客户用电正常生活带来不便，甚至引起不必要的投诉事件发生，影响供电企业营商环境和优质服务形象，为此针对低压线路存在缺陷问题进行分析，采取措施，减少故障发生，提高供电可靠性，为居民提供用电环境是迫不及待任务，需要进行分析。
关键词：0.4千伏线路 故障 分析 对策
低压配电线路存在缺陷造成部分用电设备烧毁事故，时有发生，这些故障发生，给用电客户用电正常生活带来不便，甚至引起不必要的投诉时间发生，影响供电企业营商环境和优质服务形象，为此针对低压线路线存在缺陷问题进行分析，采取措施，减少故障发生，提高供电可靠性，通常故障如下：
1供电方式错误是造成中性线断线的主要原因
我们知道，对于较大的照明及办公负荷应采用三相四线制供电方式，并且要求在接入时尽可能地做到三相负荷平衡，这样基波电流才能相互叠加而趋近于零，方可有效降低中性线电流。若采用两相（L1、L2）三线（N）供电，中线流过的电流为L1、L2相矢量和，该电流可大于任一相线负荷电流，并且中性线截面仅为相线截面的50%，在负荷较重时中性线过载甚至损坏在所难免。
2谐波电流过载是造成中性线断线
对政府机关重要行政部门，配备数量较多的空调、办公用计算机、复印机、打印机和扫描仪，这些设备大都是电子产品，使用晶闸管、二极管、三极管和放大极等电子产品；本身是谐波电流发生源，工作时将在电气线路内产生大量的谐波电流，其中三次及其奇数倍谐波电流是引起中性线过载的又一原因。由于有些电气人员对于谐波电流过载引起线路故障的危险还不甚了解和重视，在目前谐波源快速增加的情况下，有必要作一介绍。
三相四线回路，每相都带有相同的基波（50HZ）和三次谐波（150HZ）电流。基波电流在中性线互相抵消而为零，三次谐波电流却因相位相同而叠加，视其含量多少其值可接近或超过相线电流。三次奇数倍谐波电流也叠加。因此有关设计规范规定，在某些谐波电流含量大的情况下，中性线截面应不小于相线截面，甚至不小于两倍相线截面，造成中性点电流大于相电流，易造成中性线烧断，引起设备烧毁。甚至这些谐波电流引起的危险在于有些电气设计人员未充分认识谐波电流的危害，仍按老规矩将谐波电流大的电气回路的中性线截面取为相线的1/2甚至1/3，这必然导致线路大幅度过载和线路绝缘水平的急剧下降，零线上的电流Z大会达到相线电流的1.73倍。根据P=I2R的公式，零线上的功耗是相线功耗的1.732倍，也就是3倍！如此大功耗，会导致零线温度很高，一个结果是将零线烧断，另一个后果是造成火灾隐患。
图1三相四线回路形成谐波电流和电呀关系图
还需要说明，在谐波电流的作用下，不仅中性线需要放大截面，当谐波电流含量大时相线也需要放大截面。这是因为使导线发热的有效电流I是各次谐波电流有效值平方和的开方，以公式表示为式中Ih为基波及各次谐波电流的有效值。相线中既然通过基波及各次谐波电流，也需按此公式计算其有效电流，当谐波含量大时也需放大截面，不然将更增加过载危险。
电子信息设备和其他一些非线性负荷的配电回路常因过载保护动作而跳闸，而回路电流表上的负荷电流读数却未超过导线的允许载流量。这是因为电流表的读数是按正弦波形校正的回路电流平均值，而含有大量谐波电流使保护电器动作的回路电流实际有效值（r.m.s值）却比电流表显示值大许多（可超过50%），这正是一些谐波源设备和一些家用电器（如微波炉）引起频繁跳闸的原因。对于现有的配电回路加大过流保护的整定值固然可以避免跳闸，但这样做可能导致线路过载，发生电气火灾事故。
因此，在三相四线回路中，基波电流和偶次谐波电流在中性线上可相互抵消而减小其幅值，但奇次谐波电流，特别是3n奇次谐波电流（即3.9.15等次谐波电流）是相互叠加而增大其幅值的。在三相负荷不平衡而又存在大量3n奇次谐波电流的三相四线回路中，其中性线电流几乎可达相线电流的两倍，这往往使按常规设计的回路中性线过载。由于一般断路器未为中性线设置检测元件，这使中性线过载引起的事故无法防范，它较相线过载更易发生事故。
图2三相四线回路用电负载接线
3三相电压不平衡造成造成中性线断线的又一原因
3.1. 低压线路断线故障
如果一相断线但未接地，或断路器、隔离开关一相未接通，电压互感器保险丝熔断均造成三相参数不对称。上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低，其中一相较低，另两相较高但二者电压值接近。本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。
3.2. 低压线路接地故障
当线路一相断线并单相接地时，虽引起三相电压不平衡，但接地后电压值不改变。单相接地分为金属性接地和非金属性接地两种。金属性接地，故障相电压为零或接近零，非故障相电压升高1.732倍，且持久不变；非金属性接地，接地相电压不为零而是降低为某一数值，其他两相升高不到1.732倍。
3.3. 低压线路谐振原因
随着工业的飞速发展，光伏发电非线性电力负荷大量增加，某些负荷不仅产生谐波，还引起供电电压波动与闪变，甚至引起三相电压不平衡，引起低压线路故障。
4. 低压线路三相负荷的不合理分配
很多的装表接电的工作人员并没有专业的对于三相负荷平衡的知识概念，因此在接电的时候并没有注意到要控制三相负荷平衡，只是盲目和随意的进行电路的接电荷装表，这在很大程度上造成了三相负荷的不平衡。其次，我国的大多数电路都是动力和照明混为一体的，所以在使用单相的用电设备时，用电的效率就会降低，这样的差异进一步加剧了配电变压器三相负荷的不平衡状况，影响合理线损率。
5. 低压线路用电负荷的不断变化
造成用电负荷不稳定的原因包括了地II经常出现的拆迁，移表或者用电用户的增加；临时用电和季节性用电的不稳定性。这样在总量上和时间上的不确定和不集中性使得用电的负荷也不得不跟随实际情况而变化。
6. 对于配变负荷的监视力度的削弱
在配电网的管理上，经常会忽略三相负荷分配中的管理问题。在配电网的检测上，对配电变压器的三相负荷也没有进行定期的检测和调整。除此之外，还有很多因素造成了三相不平衡的现象，例如线路的影响以及三相负荷矩的不相等等。
7.三相不平衡增加线路的电能损耗
在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时，由于有单相负载存在，造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗。
7.2增加配电变压器的电能损耗
配电变压器是低压电网的供电主设备，当其在三相负载不平衡工况下运行时，将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。
7.3配变出力减少
配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大，配变出力减少越多。为此，配变在三相负载不平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行，即极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。
7.4配变产生零序电流
配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。 (高压侧没有零序电流)这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。
7.5影响用电设备的安全运行
配变是根据三相负载平衡运行工况设计的，其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。假如配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时，配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。
7.6电动机效率降低
配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，从而导致电动机效率降低。同时，电动机的温升和无功损耗，也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。
三、防范措施与治理
1.对于重要的较大负荷单位用户，低压供电方式一定要采用三相四线制，并尽可能做到三相负荷平衡；
2.非线性负荷产生谐波电流是无法避免的，对能够产生谐波电流的设备可以另设配电回路，避免设备间的相互不利影响；
3.3n次奇次谐波电流大的三相四线回路，其中性线截面应取为相线截面的1~2倍；同时，尽量减小配电回路阻抗，例如回路走径尽量短，用电缆而不用架空线配电，用铜芯线而不用铝芯线，提高线路连接质量等。
4.注重对三相负荷的合理分配
在对三相负荷的分配问题上，电力工作人员应当在实际的工作中将相关的数据进行认真的采集和记录，达到能够在一定程度上预测用电负的状态。其次，可以通过装设平衡装置的方式来达到更好三相平衡的分配问题。在一些采用低压三相四线制的地g,可以增设调整不平衡电流无功补偿装置来解决经常出现的电网中的不平衡电流现象造成的各类后果。这样的装置不仅可以补偿系统无功，而且也可以调整不平衡有功电流的作用。另外，根据实际情况中负荷矩的不同情况，适当的调整接线方式也对合理分配三相负荷有一定的影响。
5.对三相负荷中不平衡电流的治理方法
根据不平衡电流电纳的补偿原理，在任何一个可以确定的时刻，主要出现了三相不接地的不平衡负载，那么他们中的每一个相负载都可以同一个电阻和电容形成并联的形式。因此，在不平衡电流治理电纳补偿理论的指导下，可以将不同性质符合的等效进行分析，确定相间和相对地的无功补偿量。当配电变压器要进行不平衡电流的补偿时，应该满足一下的几点原则。一是需要注意到电流的治理应当有两个内容，一个是补偿功率因数，一个是调节三相电流不平衡，这两者共同确定了补偿所需要的无功功率。第二点，在实际的工程施工时，应当采用全容性的治理方式，与电感补偿相区分，避免出现严重过补偿的情况。第三点是需要考虑到负荷是会随着时间的变化而变化的，基于这种特性，补偿量也应该根据负荷的变化进行适当的调整。第四点表现在装置开关和补偿设备的投切次数的限制，要在设计时将全天的优化方案进行策略的管理。总之，在进行比例调节系数额设置时，需要同时考虑功率因数的限制条件以及过补偿限制的条件。
6.增设对三相负荷的检测调整
定期开设对三相负荷的检测工作也是非常必要的。在对三相符合的合理分配以及控制后，相关部门应当开设检测工作。电力的平衡不能是绝对的，只能是尽力做到相对的平衡，在实际的检测工作中，各部门应当以国家和相关部门制定的平衡度的衡量指标作为一个标准，将检测的结果进行专业的记录和分析，对各相的负荷电流进行定期的检测，以便于及时发现一些三相的不平衡状况。当在检测过程中发现有安全隐患的部位，要及时的进行调整和修改。对于检测过程中未发现问题的部位，也应当提高瞽惕。在检测结束以后，不仅需要进行数据的整理和分析，还要进行及时的反馈。这里的反馈主要是指根据检测结果推断出的三相需要进行的调整，以及对于新技术在三相中运用的可能性预测。通过合理的检测和对检测结果的深入分析，我们可以在最大程度上避免不平衡现象的出现，降低用电事故的出现。
作者：金力，大学本科毕业，1968年12月，高级工，从事城农网管理和配网自动化工作22年，有丰富的带电作业知识和实践经验。电话：13709560002
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2021年5月10日