摘 要： 重點(diǎn)介紹了當(dāng)前基站供電中應(yīng)該注意的一些問題，并對其原因進(jìn)行了一定的分析。
關(guān)鍵詞：零序電流保護(hù)；零地電壓；接地
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近日某省基站設(shè)備上機(jī)加電時配電系統(tǒng)發(fā)生跳閘現(xiàn)象，具體情況是：開關(guān)電源整流模塊在插入槽位后，供電局交流電配電箱的零序電流保護(hù)空開就跳閘，把單個模塊分別插入，也會出現(xiàn)跳閘。
經(jīng)檢查，地阻為1.4，供電局采用N線加裝的零序電流保護(hù)空開動作整定值為15 A，用萬用表檢查交流，發(fā)現(xiàn)三相電壓不平衡（242～252V/231～208V/198～207V），短時間內(nèi)單相電壓波動比較大并且零地電壓偏高，約10～12V。經(jīng)開關(guān)電源廠家工程師檢查開關(guān)電源，未發(fā)現(xiàn)有故障。后將交流繞開零序電流保護(hù)器直接接入，電源柜工作正常。
對于跳閘原因初步分析如下，開關(guān)電源整流模塊交流輸入電路第一部分即為EMI電路，該電路一般結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。
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該電路有兩方面作用：（1)避免電網(wǎng)中含有的共模和差模噪聲對開關(guān)電源產(chǎn)生干擾；（2)減少開關(guān)電源整流電路對外界電網(wǎng)的電磁干擾，其中共模干擾的抑制是通過相線、零線與地（機(jī)殼)之間的并聯(lián)電容實現(xiàn)的。由此可見，過高的零線對地電壓、零線高次諧波以及三相電壓不平衡會產(chǎn)生較大的零序電流，再加上開關(guān)電源三相負(fù)載不平衡也會產(chǎn)生零序電流，從而導(dǎo)致供電局交流電配電箱的零序電流保護(hù)空開跳閘。同時過高的相線、零線對地電壓和零線高次諧波對電容影響較大，當(dāng)達(dá)到一定程度后即可造成電容被擊穿、燒毀的嚴(yán)重后果。
開關(guān)電源廠家建議整改交流輸入電路。經(jīng)協(xié)商，現(xiàn)場各方將此情況分別告知了監(jiān)理、分公司和供電局，供電局答復(fù)因平衡相電壓要對電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，會影響一個片區(qū)供電，需要申請和安排停電，不能馬上解決問題，未解決交流問題前，開關(guān)電源存在可能損壞的隱患。 經(jīng)過20多天后，供電局完成對交流供電系統(tǒng)整改，到站上后測試電壓為230 V/247 V/210 V，電壓有所改善，零地電壓為7.7V，不能滿足開關(guān)電源廠家對零地電壓<5V的要求。
但開關(guān)電源加電時供電局配電箱零序電流保護(hù)器仍然跳閘，還是未能解決問題。
由此我們總結(jié)上述現(xiàn)象，可得出兩個問題：一是基站交流輸入配電箱內(nèi)是否有必要加裝零序電流保護(hù)裝置；二是零地電壓過高的危害及處理。
1 基站交流輸入配電箱內(nèi)是否有必要加裝零序電流保護(hù)裝置
1.1 國家標(biāo)準(zhǔn)
國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB50054－95第4.4.1條：接地故障保護(hù)的設(shè)置應(yīng)能防止人身間接電擊以及電氣火災(zāi)、線路損壞等事故。接地故障保護(hù)電器的選擇應(yīng)根據(jù)配電系統(tǒng)的接地型式，移動式、手握式或固定式電氣設(shè)備的區(qū)別，以及導(dǎo)體截面等因素經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。同時在第4.4.10條中明確指出接地故障可采用零序電流保護(hù)，此時保護(hù)整定值應(yīng)大于配電線路最大不平衡電流。
1.2 零序電流保護(hù)裝置工作原理
??? 在三相線路上各裝1個電流互感器（C.T），或讓三相導(dǎo)線一起穿過一零序C.T，也可在中性線N上安裝1個零序C.T，如圖2、圖3所示，本基站選用圖3模式。利用這些C.T來檢測三相的電流矢量和，即零序電流I0，IA+IB+IC=IO，當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷完全平衡時（無接地故障，且不考慮線路、電器設(shè)備的泄漏電流），IO=0；當(dāng)線路上所接的三相負(fù)荷不平衡，則I0=IN，此時的零序電流為不平衡電流IN；當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時，必然產(chǎn)生一個單相接地故障電流Id，此時檢測到的零序電流IO=IN+Id，是三相不平衡電流與單相接地電流的矢量和。
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1.3 零序電流保護(hù)裝置適用場所
零序電流保護(hù)一般適合使用于TN接地系統(tǒng)。因為當(dāng)發(fā)生一相接地時，對TN-S系統(tǒng)Id回路阻抗包括相線阻抗Zl、PE線阻抗ZPE和接觸阻抗Zf，即Zs＝Z1+ZPE+Zf；對于TN-C系統(tǒng)，Id回路阻抗包括相線阻抗Z1，PEN線阻抗ZPEN和接觸電阻Zf，即ZS＝Z1+ZPEN+Zf；對于TN-C-S系統(tǒng)，Id回路阻抗包括相線阻抗Z1，PEN線阻抗ZPEN，PE線阻抗ZPE和接觸電阻Zf，即ZS＝Z1+ZPEN+ZPE+Zf，產(chǎn)生的單相接地故障電流Id＝220V/ZS，明顯大于無故障時的三相不平衡電流，只要整定合適，就可檢測出發(fā)生接地故障時的零序電流，以切斷故障回路，見圖4。
而對TT接地系統(tǒng)，常應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、民用建筑的照明、動力混合供電的三相四線配電系統(tǒng)中，常發(fā)現(xiàn)三相不平衡電流較大，當(dāng)發(fā)生一相接地時，Id回路阻抗包括相線阻抗Z1，PE線阻抗ZPE，負(fù)載側(cè)接地電阻RA和電源側(cè)接地電阻RB，接觸阻抗Zf，即ZS=Z1+ZPE+RA+RB+Zf，接地故障電流Id=220/ZS，由于RA+RB >> Z1+ZPE+Zf，且RA+RB數(shù)值一般均較大，很明顯TT系統(tǒng)的故障環(huán)路阻抗大，產(chǎn)生的單接故障電流Id，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不平衡電流，很難檢測出故障電流，故不適用于TT接地系統(tǒng)，見圖5。
《農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程》DL/T 499－2001第 3.4.1 條規(guī)定農(nóng)村低壓電力網(wǎng)宜采用TT系統(tǒng)，城鎮(zhèn)、電力用戶宜采用TN-C系統(tǒng)；對安全有特殊要求的可采用IT系統(tǒng)。同一低壓電力網(wǎng)中不應(yīng)采用兩種保護(hù)接地方式。
由上可知，在進(jìn)行配電箱配置時就需要考慮零序電流保護(hù)裝置是否有必要設(shè)置。雖然零序電流保護(hù)裝置可以有效防止三相不平衡時零序電流過高，保證電網(wǎng)安全，但零序電流保護(hù)裝置不適用于TT接地系統(tǒng)及諧波電流較大的TN系統(tǒng)。由于通信基站內(nèi)三相負(fù)載不平衡現(xiàn)象嚴(yán)重，并且開關(guān)電源或UPS設(shè)備會產(chǎn)生較大諧波電流，同時郊區(qū)或農(nóng)村基站電源系統(tǒng)接地一般采用TT型式較多，因此不建議在通信基站外接電源線路上配置零序電流保護(hù)裝置，可考慮改用剩余電流保護(hù)。
對上述問題考慮以下解決方案：①通信基站外接電源最好采用專線引入；②在通信基站中盡量不要設(shè)置零序電流保護(hù)裝置，同時在配電時盡量做到三相電流平衡，如果仍不能解決，就需要在電源側(cè)加裝帶有分相調(diào)壓的穩(wěn)壓器；③如果必須設(shè)置零序電流保護(hù)裝置時（當(dāng)?shù)毓╇娋謴?qiáng)制要求），應(yīng)該把零序電流保護(hù)裝置動作電流整定調(diào)大至空開電流整定25 ％左右，同時在電源側(cè)加裝帶有分相調(diào)壓的穩(wěn)壓器。
2 零地電壓過高的危害及處理
2.1 零地電壓的形成
造成零地電壓過高的情況很多，目前主要有以下幾種情況：
（1）三相電源配電時負(fù)載不平衡；
?。?）接地電阻不符合規(guī)范要求；
?。?）N線、PE線線徑不夠或斷路；
（4）高頻諧波引起電位升高；
（5）電磁場干擾；
?。?）使用UPS、電子穩(wěn)壓器等電子供電設(shè)備；
?。?）使用的插線板不符合電器標(biāo)準(zhǔn)等。
造成該基站零地電壓過高主要是外部配電線路本身由于負(fù)載不平衡產(chǎn)生零地電壓再疊加本基站由（1)和（6)產(chǎn)生的零地電壓所致。
2.2 零地電壓的危害
零地電壓對負(fù)載的影響，主要表現(xiàn)在3個方面：
?。?）引起硬件故障、燒毀設(shè)備；
（2）引發(fā)控制信號的誤動作；
（3）影響通信質(zhì)量，延誤或阻止通信的正常進(jìn)行。
另外，在三相四線制配電系統(tǒng)中，零線斷線或虛接將導(dǎo)致中性點(diǎn)電位偏移，從而導(dǎo)致單相用電設(shè)備工作電壓異常，甚至設(shè)備燒毀。因此即使由于負(fù)載不平衡導(dǎo)致的零地電壓正常升高，設(shè)備廠家及維護(hù)人員仍然會擔(dān)心零線接地是否異常，所以在實際應(yīng)用中零地電壓經(jīng)常作為判斷零線斷線或虛接的參考，很多設(shè)備廠家也會對零地電壓提出限制，如本基站使用的開關(guān)電壓廠家要求零地電壓不大于5V。
2.3 零地電壓的控制
因為零地電壓是影響機(jī)器運(yùn)行可靠性的重要因素，零地電壓高會造成機(jī)器故障或損害，所以必須對它加以控制。因為零地電壓的形成原因很復(fù)雜，所以控制要有針對性。具體到零地電壓對負(fù)載的影響，則應(yīng)當(dāng)具體問題具體討論。主要考慮的問題和解決的途徑有：
?。?）負(fù)載平衡問題，三相用電不平衡，零線上的電流就會加大，零線兩端的電壓差就會直接造成零地電壓。對由上述原因產(chǎn)生的中性點(diǎn)偏移而引起零地電壓過高的防治措施，除了從設(shè)備維護(hù)管理著手，在可能的條件下要盡量配平三相負(fù)載，并定期根據(jù)負(fù)載的使用變化進(jìn)行必要的調(diào)整；還可以通過增加零線截面積，減少零線的線路電壓損失，從而在一定程度上降低零地線電壓，減小中性點(diǎn)偏移。GB50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》“第2.2.6條：在三相四線制配電系統(tǒng)中，中性線的允許截流量不應(yīng)小于線路中最大不平衡負(fù)荷電流，且應(yīng)計入諧波電流影響?！钡南嚓P(guān)規(guī)定都應(yīng)得到嚴(yán)格執(zhí)行。
?。?）建立良好的接地系統(tǒng)，盡量降低接地電阻。接地電阻一高，很小的電流就會產(chǎn)生零地電壓，所以一定要降低。接地系統(tǒng)中，特別要注意的是地線截面積問題，因為電阻的大小與長度成正比，與截面積成反比。
?。?）N線進(jìn)行重復(fù)接地，可減少零點(diǎn)飄移，使各相電壓穩(wěn)定。如果采用TT方式供電系統(tǒng)，必須征得供電局同意并且保證前側(cè)沒有漏電保護(hù)器的情況下N線重復(fù)接地，如果采用TN-C方式供電系統(tǒng)，可以在進(jìn)戶前做好PEN線重復(fù)接地工作。
（4）加裝隔離變壓器也是降低零地電壓的有效措施。在零地電壓過高，一般手段無法控制零地電壓的情況下，為保證負(fù)載正常上電開機(jī)，通常的做法是采用加裝隔離變壓器的辦法，來隔離輸入和輸出之間的連接，在變壓器副邊零地短接，從而達(dá)到降低零地電壓的目的。但應(yīng)注意采用這種方法后，加裝隔離變壓器后嚴(yán)禁把負(fù)載零線N連接到電網(wǎng)零線N，由于接地的不可靠可能會造成設(shè)備損壞甚至人身傷害，所以一定要保證接地系統(tǒng)滿足機(jī)房的接地規(guī)范要求并保證使用中的可靠性。
由于開關(guān)電源廠家要求基站零地電壓不大于5 V，而本站經(jīng)過改造后仍然為7.7V，顯然不能滿足要求。因此需要采取上述幾項措施降低零地電壓。
由于目前大多數(shù)基站都設(shè)置在郊區(qū)或農(nóng)村，電力質(zhì)量不是很好，電壓波動大，三相嚴(yán)重不平衡，零地電壓過高。因此在郊區(qū)或農(nóng)村選擇站址時一定要考慮電源質(zhì)量，如果條件允許，盡量采用專用變壓器供電的方式；如果條件不允許，應(yīng)采取措施盡量降低零地電壓以滿足設(shè)備供電要求。
參考文獻(xiàn)
[1]?王力堅．關(guān)于供電線路中零地電壓的形成、危害與控制 ．金融電子化，2006（10）.