1.2 N線電流產(chǎn)生的原因

在 0.4kV 低壓配電系統(tǒng)中，N 線帶電是較為常見的異常現(xiàn)象，主要由以下因素引起：1）A/B/C 三相負(fù)載電流不平衡；2）非線性負(fù)載產(chǎn)生 3n 次諧波電流；3）N 線斷線導(dǎo)致阻抗急劇變大，電流無法經(jīng) N 線形成回路，負(fù)載側(cè)中性點(diǎn)電位偏移；4）N 線與保護(hù)接地 PE 線混接；5）A/B/C 相線與 N 線間絕緣破損，引發(fā)相線與 N 線漏電；6）接地故障，TN-S 系統(tǒng)中若中性點(diǎn)接地電阻偏大或接地不可靠，發(fā)生單相接地時中性點(diǎn)電位升高，從而使 N 線帶電 [9]。

3.1 無源裝置

針對零序電流特性，市場上多采用無源零序?yàn)V波器治理 N 線過流問題。其基本原理為并聯(lián)零序?yàn)V波器，對零序電流呈低阻抗特性，使零序電流主要經(jīng)濾波器流通，減少 N 線電流。該類零序?yàn)V波器通常采用由電感、電容、電阻構(gòu)成的 LC 濾波回路，或利用內(nèi)部磁通相互抵消的方式濾除固定 3 次諧波分量，但對高次諧波需增設(shè)濾波回路，存在設(shè)備體積大、成本高的問題 [10]；采用串聯(lián)于 N 線的零線電流阻斷器進(jìn)行治理，其原理是在 N 線串入高阻抗元件，阻止三相零序諧波流入 N 線。但在 N 線串接阻抗會改變零線整體阻抗，引發(fā)中性點(diǎn)電壓漂移，抬升相 - 地電壓，易造成用電設(shè)備損壞、開關(guān)及絕緣保護(hù)擊穿。同時國標(biāo) GBJ65-83《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計規(guī)范》明確規(guī)定，零線上嚴(yán)禁串接開關(guān)、熔斷器及電阻等器件。圖 1 為零線電流阻斷器接線圖。

圖1  零線電流阻斷器連接圖

3.2 有源裝置

無源零序?yàn)V波器雖可在一定程度上治理 N 線電流過大問題，但自身存在局限性，難以適應(yīng)負(fù)載快速變化工況，且易受系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)影響。基于瞬時無功理論的 APF 有源電力濾波器，可對不同頻率諧波進(jìn)行實(shí)時檢測、跟蹤與補(bǔ)償治理，適用于各類諧波環(huán)境，具有補(bǔ)償效果好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，采用并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，不會影響其他用電負(fù)載回路正常運(yùn)行。當(dāng)前有源濾波技術(shù)仍存在以下不足：1）電壓畸變率較高時，諧波檢測精度偏低、誤差較大；2）面對毫秒級負(fù)載波動，易出現(xiàn)補(bǔ)償滯后現(xiàn)象；3）APF 輸出阻抗與電網(wǎng)阻抗易引發(fā)高頻諧振問題；4）弱電網(wǎng)條件下，相位裕度不足會影響 APF 運(yùn)行穩(wěn)定性。圖 2 為 APF 補(bǔ)償原理圖。

終端電氣綜合治理系統(tǒng)解決方案集 “互聯(lián) - 監(jiān)測 - 分析 - 治理” 四位一體，可實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)從設(shè)備級監(jiān)測、電能質(zhì)量預(yù)判到異常數(shù)據(jù)分析的全過程管控，滿足諧波、無功及三相不平衡治理要求，同時具備 N 線溫度異常檢測、N 線電流治理及過流反饋保護(hù)等功能。與 APF 有源濾波器及無源零線電流阻斷器相比，其優(yōu)勢在于：1）構(gòu)建 “互聯(lián) - 監(jiān)測 - 分析 - 治理” 四位一體體系，涵蓋硬件治理設(shè)備、通信網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器與軟件服務(wù)平臺；2）強(qiáng)化 N 線電流監(jiān)測與治理功能，包含 N 線溫度監(jiān)測預(yù)警、N 線電流治理及過流反饋保護(hù)等；3）新增末端電壓穩(wěn)定與三相不平衡治理功能。

終端電氣電能質(zhì)量綜合治理設(shè)備工作原理如圖 4 所示。通過電流采樣互感器采集負(fù)載 A/B/C 三相電流，經(jīng)內(nèi)部 DSP+FPGA 處理芯片完成電流指令生成與控制，利用傅里葉分解將三相電流分解為基波有功電流、基波無功電流和諧波電流，并計算 N 相 3N 次諧波電流幅值，功率單元經(jīng) LC 濾波電路實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流輸出 [11]。

圖4 終端電氣電能質(zhì)量綜合治理設(shè)備工作原理

針對終端電氣治理設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與 N 線電流治理狀態(tài)，一路經(jīng) 485 總線傳送至觸摸屏本地顯示，另一路由 WIFI 模塊與網(wǎng)絡(luò)通信電路上傳，實(shí)現(xiàn)手機(jī)端或電腦端遠(yuǎn)程監(jiān)測 [12]，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。

圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖6 末端配電箱電氣結(jié)構(gòu)圖

開啟終端治理設(shè)備，再次對配電房進(jìn)線柜和末端配電箱進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)如下：