摘 要： 重點介紹了當前基站供電中應(yīng)該注意的一些問題，并對其原因進行了一定的分析。
關(guān)鍵詞：零序電流保護；零地電壓；接地
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近日某省基站設(shè)備上機加電時配電系統(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，當達到一定程度后即可造成電容被擊穿、燒毀的嚴重后果。
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裝置
1.1 國家標準
國家標準《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB50054－95第4.4.1條：接地故障保護的設(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，此時保護整定值應(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，當線路上所接的三相負荷完全平衡時（無接地故障，且不考慮線路、電器設(shè)備的泄漏電流），IO=0；當線路上所接的三相負荷不平衡，則I0=IN，此時的零序電流為不平衡電流IN；當某一相發(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 零序電流保護裝置適用場所
零序電流保護一般適合使用于TN接地系統(tǒng)。因為當發(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，遠遠小于不平衡電流，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)采用兩種保護接地方式。
由上可知，在進行配電箱配置時就需要考慮零序電流保護裝置是否有必要設(shè)置。雖然零序電流保護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)三相負載不平衡現(xiàn)象嚴重，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裝置，可考慮改用剩余電流保護。
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)置零序電流保護裝置時（當?shù)毓╇娋謴娭埔螅瑧?yīng)該把零序電流保護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）三相電源配電時負載不平衡；
（2）接地電阻不符合規(guī)范要求；
（3）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；
（6）使用UPS、電子穩(wěn)壓器等電子供電設(shè)備；
（7）使用的插線板不符合電器標準等。
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
零地電壓對負載的影響，主要表現(xiàn)在3個方面：
（1）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。因此即使由于負載不平衡導(dǎo)致的零地電壓正常升高，設(shè)備廠家及維護人員仍然會擔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器運行可靠性的重要因素，零地電壓高會造成機器故障或損害，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載的影響，則應(yīng)當具體問題具體討論。主要考慮的問題和解決的途徑有：
（1）負載平衡問題，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)生的中性點偏移而引起零地電壓過高的防治措施，除了從設(shè)備維護管理著手，在可能的條件下要盡量配平三相負載，并定期根據(jù)負載的使用變化進行必要的調(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荷電流，且應(yīng)計入諧波電流影響。”的相關(guān)規(guī)定都應(yīng)得到嚴格執(zhí)行。
（2）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。
（3）N線進行重復(fù)接地，可減少零點飄移，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，為保證負載正常上電開機，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禁把負載零線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
[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）.