低压供电系统零序电流的危害与控制

摘 要：在三相四线制供电系统中，通常由于三相负载不同，形成的三相电流的相量和不等于零，所发生的剩余电流，即为我们常说的零序电流。零序电流的大小，会影响供电系统的稳定，影响用电设备的安全，甚至会危及到人的生命。指导和帮助用户平衡三相电流（负荷），控制和降低零序电流，就成为我们用电检查工作中的一项重要任务。因此，本文作者通过几年的工作实践，主要就三相四线制供电系统中发生零序大电流，所造成的一系列重大危害进行分析，同时提出了具体控制措施，主要目的是增强大家对零线的重视程度。

关键词：三相电流不同；零序电流；危害；控制措施；对零线的重视

中图分类号：TM61 文献标识码：A

在三相四线制供电系统中，产生零序电流的原因：一是由于三相负载分配不均，产生三相合成电流不为零，发生零序电流；二是由于三相负载的性质不同，造成功率因素角的不同，产生三相合成电流的向量不为零，造成零序电流的发生。

理论上，在纯电阻电路中三相电流（负荷）完全平衡是不会产生零序电流的。但在实际工作中，由于客观原因不会存在完全平衡的三相负荷，三相电流不平衡就会发生零序电流。因此，尽量合理安排平衡三相负载，减小零序电流，是我们用电检查日常工作的一项重要任务。另外，在我们实际工作中也不会只遇到纯电阻（纯电容、纯电感）电路，均为各种元件组成的复杂的庞大的供、用电系统。这就给我们工作带来挑战。在这种情况下，如何根据具体情况采取相应措施，实现三相电流就地平衡，阻止零序大电流的发生，保护系统、设备和人身的安全，就成为我们用电检查人员的一项重要研究课题。

一、实例分析

2011年7月，四川理工学院1#学生公寓学生公寓配电室连续发生几起总路开关跳闸引起的停电事故。通过现场检查，发现均为零序保护动作而触发的总路开关跳闸。但我们在测量400V低压总路的三相电流时，发现三相电流比较平衡。1#学生公寓（800KVA变压器）：A相780A，B相770A，C相780A，而零序电流的测量值为720A。院方电气管理人员不解，为何三相电流接衡，而零序电流却这么大？

我们经过现场勘查和询问，了解到1#学生公寓配电变压器容量为800KVA，供6栋学生公寓大约6000名学生的生活用电，约有3500台电脑和450台1.5P的空调（变频设备），照明多使用“LED”节能灯、日光灯等。因大量使用空调设备和节能灯具，构成电路中感性电流增大，大量的电脑又使电路中容性电流的增大。加之院方在设计施工电力线路时，采取按楼层按各类负载分相供电（便于校方停送电管理）。其中A相供空调系统、洗衣机及辅助设施，B相供照明系统，C相供插座（电脑），零线为共用零线。如图一所示。

三相用电负荷分配看似基本平衡，但因三相负载性质不同，造成各相的电流相位偏移不一样。A相空调（感性负载）相位滞后，B相照明（白炽灯、“LED”节能灯、日光灯）回路电流相位角发生位移较小， C相电脑（容性负载）电流相位超前，造成三相电流相位角发生偏移，从而产生三相电流的合成向量“In”（零序电流），（如图二）。另外，三相负载相位角发生位移，特别是3500台电脑（变频设备）使系统中产生的谐振，打破了三相电流相位角的平衡，三相电流相位角发生偏移，在系统中产生三相电流的合成向量，从而发生较大的三相合成电流向量“In”（零序电流）。

图二中：黄线为A相电流Ia，绿线为B相电流Ib，红线为C相电流Ic，粗黑线为三相合成电流“In”（零序电流）。

二、三相四线制供电系统中发生零序大电流所造成的危害：

1造成停电事故

三相负载不平衡时，将产生零序电流，零序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。零序大电流会引起零序继电器的保护动作（超过零序电流的保护定值），触发负荷开关跳闸，造成停电事故。（零序电流等于三相电流的矢量和，在正常时应该是0或者小于零序动作电流，当三相电流严重不平衡或者发生单相接地时零序电流就大于零序动作电流，零序保护就会动作）。

2严重危及用电设备的安全

在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不同，中性线就会有电流通过，发生零序电流（当零序电流超大时极易烧断零线），使中性线产生阻抗压降，中性点处于漂移状态，各相的相电压发生变化。负载重的一相（或者两相）电压降低，而负载轻的一相（或者）电压升高。在电压漂移状态下继续供电，极容易造成电压高的一相用户的用电设备烧坏。而电压低的一相用户用的电设备则无法使用。这就严重危及用电设备的安全运行。

3使电气设备的使用寿命缩短

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。

4增加变压器和线路的电能损耗

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。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流（零序电流）通过。零序电流越大，在中性线上产生的损耗也越大。从而增加了电网线路的损耗。

配电变压器是低压电网的供电主设备，零序电流越大，说明三相负载不平衡越严重。当变压器在三相负载不平衡情况下运行时，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。

5烧断零线发生供电系统缺零事故

三相四线制低压供电系统中，超大零序电流会烧断零线，造成三相四线制低压供电系统缺零而发生事故。举例：如（图一）：

（1）零线烧断（图一“1”点）会使三相四线制供电系统缺零。从而导致中性点漂移，致使各相的相电压发生变化。负载重的一相（或两相）电压降低，而负载轻的一相（或两相）电压升高。在电压不稳定状态下供电，就容易造成电压高的一相（或两相）的用户用电设备烧坏（如居民家用电器），而电压低的一相（或两相）的用户的用电设备则可能无法使用或者损坏。

（2）零线烧断（图一“2”点），使得A相和B相的用电设备由并联变为串联。供电电压由相电压（220V）变为线电压（380V），烧坏用电设备。严重时会发生电器火灾事故。

（3）零线烧断（图一“3”点），“B”相断零，“B”相的用电设备零线带电。“B”相的电器设备（如电动设备等）在无辅助接地保护的情况下，用电设备和居民家用电器的零线和金属外壳带电。人体接触零线或带电的金属外壳就会发生触电事故，甚至造成人身伤害。

三、具体控制措施

根据以上问题分析大致可以采取的办法有：

1将不对称负荷分散接在不同的供电点，以减少集中连接造成三相电流不平衡度严重超标的问题，阻止较大零序电流的发生。

2使用交叉换相等的办法使不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化，减小零序电流。

3装设平衡装置

在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中，由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同。所以，电网中三相间的不平衡电流是客观存在的，零序电流很难控制。并且这种用电不平衡状况的无规律性，导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡。对于三相不平衡电流，电力部门除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法……调整不平衡电流无功补偿装置，有效地解决了这个难题，该装置具有在补偿系统无功的同时还有调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至接近1.00，三相电流调整至平衡，可以大大降低零序电流。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.90以上，使零序电流调整到变压器额定电流的10%以内，有效的控制了较大零序电流的发生。 另外，在相间跨接的电容可以在相间转移有功电流。调整不平衡电流，达到降低零序电流的作用。无功补偿装置是利用wangs（王氏）定理来进行设计的，在相与相之间以及相与零线之间恰当地接入不同数量的电容器，不但可以使各相都得到良好的补偿，而且可以调整不平衡有功电流，最终达到减小零序电流的目的。

为此，我们根据四川理工学院1#学生公寓的实际情况，以降低零序电流，防止零序保护动作造成停电事故为目的。制定出一系列的整改措施意见，并针对每种用电设备属性，有的放矢的进行改造。其具体措施如下：

1根据1#学生公寓楼的实际用电性质，由三相四线制供电改为三相五线（等径）制供电，增加了一根辅助接地线。增加接地保护，确保供用电的安全；

2平衡三相负荷，对各类负荷分别进行调整，实现总体三相基本平衡，杜绝零序大电流的发生；

3建议学生公寓（共六层）每层楼的各类负荷改为单相供电；即1-2层由A相供电，3-4层由B相供电，5-6层由C相供电。从根本上改变三相负荷不同的状况，使各层楼中的感性、容性负荷就地平衡，从根本上控制零序电流的发生；

4学生公寓的电动设备及插座加装辅助接地线，使电动设备外壳可靠接地，防止在系统断零时发生触电事故，确保用电的安全可靠性；

5安装电容器（最好是安装自动补偿装置）集中或分散地对节能灯、日光灯、空调等感性负荷进行补偿；

6针对大量电脑产生的谐振，建议安装有源（或无源）滤波设备，利用电感、电容特性组成低通滤波回路，目的是让指定频段（50Hz）工频电流顺利通过，而让谐波电流给予足够大的衰减而使其受到抑制。实现过滤谐波，修复基波的目的（如图三）。

四川理工学院学生公寓经过改造，收到了很好的效果。1#学生公寓在经过改造后，从去年改造后至今，未发生一起因零序电流保护动作而引起的停电事故。

结语

总之，三相负荷不平衡（或者不对称）就会发生零序电流。零序电流的增大，会影响我们供电系统的稳定、用电设备的安全甚至人的生命。因此，我们提倡重视零线，控制零序电流。并指导和帮助客户合理平衡三相负荷、控制零序电流、保障客户和电网安全就是我们用电检查人员工作中的一项重要任务和研究课题。

参考文献

[1]四川理工学院一、二号配电室电能分析报告[R].

[2]省电机.珠海市高和机电设备有限公司[Z].

[3]电力设备接地设计技术规程[S].

[4]电气装置安装工程施工及验收规范[S].

[5]电气安全事故分析及其防范[S].

[6]安全用电实用技术问答[S].