／國網(wǎng)伊犁供電公司 程方亮／

低壓配電網(wǎng)零線斷線智能檢測保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

／國網(wǎng)伊犁供電公司 程方亮／

闡述在低壓配電網(wǎng)三相四線制系統(tǒng)中零線斷線所造成的危害，詳述如何檢測零線斷線及其基本原理，根據(jù)該檢測基本原理設(shè)計(jì)出零線斷線智能檢測保護(hù)裝置，該裝置檢測到零線斷線時(shí)，及時(shí)設(shè)置臨時(shí)零線接地點(diǎn)，并通過3G無線模塊將故障信息傳送到相關(guān)負(fù)責(zé)人，從而避免了由于零線斷線造成的損失并對及時(shí)掌握電網(wǎng)故障信息提供必要的幫助。

三相四線制；零線斷線；電力智能保護(hù)裝置；電力檢測；無線傳輸

0 引言

為適應(yīng)現(xiàn)代化智能電網(wǎng)的發(fā)展需求，保障工業(yè)安全生產(chǎn)和人民安全用電，提供安全穩(wěn)定可靠的供電系統(tǒng)，本文針對在三相四線制供電系統(tǒng)中發(fā)生零線斷線造成的故障以及所采取的解決方法做詳細(xì)闡述。

在三相四線制供電系統(tǒng)中，在解決發(fā)生零線斷線故障時(shí)，目前現(xiàn)有相關(guān)設(shè)備存在零線斷線故障問題解決不及時(shí)，容易造成用電設(shè)備被損壞等嚴(yán)重事故情況發(fā)生，給用戶造成一定的損失，本文設(shè)計(jì)的零線斷線智能檢測裝置在零線斷線時(shí)，能及時(shí)設(shè)置臨時(shí)零線接地點(diǎn)，使故障區(qū)域電壓基本保持平衡，很好地避免了由于零線斷線所引發(fā)事故的發(fā)生。

在低壓三相四線制系統(tǒng)中或三相五線制供電系統(tǒng)中，若零線因故斷開，在三相負(fù)荷不平衡情況下，用戶側(cè)中性點(diǎn)電壓將發(fā)生偏移，這將引起各相電壓畸變，使各相負(fù)載的電壓異常，即通過斷開的零線使每兩相負(fù)載串聯(lián)形成回路，這樣用電設(shè)備將承受線電壓，由于各相負(fù)載很難達(dá)到平衡，在串聯(lián)電路中負(fù)載阻抗小的設(shè)備承受電壓將降低，負(fù)載阻抗大的設(shè)備承受電壓會升高，在超過用電設(shè)備額定電壓時(shí)該設(shè)備將會被損壞或?qū)⒂懈鼑?yán)重的事故發(fā)生；另外有部分用電設(shè)備采用保護(hù)接零的方式，這時(shí)不但起不到保護(hù)作用，這些電氣設(shè)備外殼反而會帶電，相當(dāng)于帶了相電壓，也是非常危險(xiǎn)的。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于零線斷線不能及時(shí)修復(fù)，而給用戶造成的損失可能會持續(xù)擴(kuò)大，這樣使?jié)撛诘奈ｋU(xiǎn)持續(xù)時(shí)間更長，給人民生命和財(cái)產(chǎn)帶來的損失可能更大、問題會更嚴(yán)重，這就凸顯在第一時(shí)間快速將故障解決的重要性，所以及時(shí)解決零線斷線故障并準(zhǔn)確將零線斷線故障信息發(fā)送到相關(guān)負(fù)責(zé)人是十分重要的，也是十分必要的。

1 零線斷線保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

零線斷線危害大后果嚴(yán)重，造成的損失無法估計(jì)，所以現(xiàn)在考慮在發(fā)生零線斷線時(shí)，將此故障及時(shí)解決，從而避免了由于零線斷線而造成的危害和損失發(fā)生，并第一時(shí)間將此故障信息告知相關(guān)負(fù)責(zé)人為及時(shí)檢修、掌握電網(wǎng)運(yùn)行情況提供了可靠的保障。

目前根據(jù)各種不同的故障綜合分析，形成有效的零線斷線判據(jù)，在三相四線制系統(tǒng)中，現(xiàn)在采取的是“檢測中性點(diǎn)偏移電壓”來判斷零線斷線，具體是通過測量“相線－零線電壓”、“相線－大地電壓”和“零線－大地電壓”，通過精準(zhǔn)AD測量并計(jì)算出中性點(diǎn)偏移電壓，準(zhǔn)確判別故障后，通過控制交流接觸器將零線和大地連接構(gòu)成臨時(shí)工作接地點(diǎn)，這樣使在零線斷線點(diǎn)后側(cè)的故障區(qū)域電網(wǎng)電壓基本平衡，從而保證電氣設(shè)備正常工作。

根據(jù)對電網(wǎng)用電情況的綜合分析和對零線斷線故障搶修的要求，現(xiàn)設(shè)計(jì)出以下解決方案，設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是既能準(zhǔn)確檢測零線斷線故障又能及時(shí)將零線和大地連接，形成有效的零線，使故障區(qū)域電網(wǎng)電壓基本保持平衡，從而避免了因零線斷線所引發(fā)事故的發(fā)生；同時(shí)將故障信息通過無線傳輸及時(shí)傳送給相關(guān)負(fù)責(zé)人。

該方案根據(jù)以上的判據(jù)原理設(shè)計(jì)開發(fā)出“零線斷線智能檢測保護(hù)裝置”，該裝置通過實(shí)時(shí)檢測三相電的運(yùn)行狀態(tài)，來判斷電網(wǎng)零線是否斷線、檢測電網(wǎng)三相電是否有缺相等故障。該設(shè)備設(shè)計(jì)采用由開關(guān)、電壓互感器、32位MCU處理器、A/D采樣、控制按鍵、LED顯示、繼電器、3G/4G無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)終端APP控制軟件、蓄電池、交流接觸器、接地端子等部分組成，為了防雨、防潮、防塵將這些元件統(tǒng)一安裝在機(jī)箱中，如圖1所示。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖

具體設(shè)計(jì)是將三相四線制的Ua、Ub、Uc、Un分別與相對應(yīng)的電壓互感器PTa、PTb、PTc、PTn相連接，互感器將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為32位MCU處理器A/D采樣可測量的電壓信號。這時(shí)32位MCU處理器可測量火線對零線電壓、火線對大地電壓、零線對大地電壓，當(dāng)測量出火線對零線電壓在220V±20%范圍時(shí)，電網(wǎng)正常運(yùn)行，交流接觸器不動(dòng)作、不閉合；當(dāng)火線對零線電壓超過220V±20%范圍時(shí)，并且火線對地線電壓在220V±20%范圍時(shí)，計(jì)算出此時(shí)的中性點(diǎn)偏移電壓，如中性點(diǎn)偏移電壓超過設(shè)定閾值，此時(shí)MCU控制器通過計(jì)算各相電壓值來分析、判斷確認(rèn)是否為零線斷線。一旦確定零線斷線MCU處理器控制繼電器將Ua、Ub或Uc當(dāng)中的某相電壓通過交流接觸器控制線圈和大地構(gòu)成回路來控制交流接觸器閉合，將連接在交流接觸器觸頭L的零線和觸頭T的大地線相連接，形成臨時(shí)零線接地。這樣使該部分的電網(wǎng)電壓基本達(dá)到平衡，使該范圍內(nèi)相關(guān)用電設(shè)備可以在額定電壓下穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出故障信息給終端設(shè)備APP控制軟件，通知相關(guān)負(fù)責(zé)人。

為了第一時(shí)間將故障信息傳送到相關(guān)負(fù)責(zé)人，在產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)增加了Wifi模塊和3G/4G無線傳輸模塊部分，該3G/4G無線傳輸利用“聯(lián)通”或“移動(dòng)”網(wǎng)絡(luò)，這樣就可實(shí)現(xiàn)只要有手機(jī)終端無線信號的地方都可以接收到故障信息。

在手機(jī)接收端采用APP交互操作軟件，該APP軟件可以接收檢測到電網(wǎng)運(yùn)行的一些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息、電網(wǎng)故障信息、故障提示信息和裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)信息、參數(shù)設(shè)置等相關(guān)功能。如圖2所示。

圖2 APP交互操作軟件界面

在方案設(shè)計(jì)時(shí)將MCU控制器和220V電源部分進(jìn)行隔離處理，這樣增強(qiáng)產(chǎn)品穩(wěn)定可靠性。設(shè)備供電方式采用雙電源供電模式，即在電網(wǎng)直接取電和蓄電池供電方式，這樣即便是在電網(wǎng)電壓供電異常情況下，也能保證設(shè)備正常工作，也可以將故障等信息傳送到相關(guān)負(fù)責(zé)人，使其及時(shí)掌握電網(wǎng)運(yùn)行情況。

2 結(jié)束語

將該零線斷線智能保護(hù)裝置應(yīng)用在低壓配電網(wǎng)三相四線制線路中，如果在該線路中發(fā)生零線斷線故障，該設(shè)備自動(dòng)在80ms內(nèi)將零線和大地連接，實(shí)現(xiàn)零線臨時(shí)接地，保證故障區(qū)域電網(wǎng)三相電壓基本保持平衡，保證用電設(shè)備正常工作，同時(shí)將故障信息發(fā)送到相關(guān)負(fù)責(zé)人。

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