重庆市《王府井商厦》照明系统故障的原因分析及解决方案
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一、情况简介
此照明回路采用2000KVA干式变压器供电，编号（五号）变压器接线组别为Dyn11，零线采用一组接地，并和配电柜外壳及金属底盘相连，配套二台自动电容补偿柜。系统照明供电负载基本为600KW，此变压器主要负载是照明，照明灯具95%以上采用日光灯和节能灯具。
二、照明满负荷时的故障现象
1、主干零线（PEN）电流偏大，基本和相线相等甚至大于某一相。
2、主供电缆发热，特别是零线（选用VV4ⅹ1852电缆三根）。
3、低压柜柜体发热。
4、零线和地线有电位差（根据地点不同分别为3——9V之间）。
以上的故障现象的存在，会在三相变压器线圈中产生环流，形成变压器过热，减少使用寿命，浪费电能，将直接导致严重的设备事故，并有可能引发火灾等事故。
三、主要原因
1、电气设备绝缘水平下降，泄露电流增大而产生。
2、线路阻抗太大：PEN线连接的接触电阻过大；线路太长或截面过小。
3、相线碰壳或接地，造成变压器中性点飘移，出现对地电压使PEN线呈现带电现象。
4、低压回路单相设备采用“一火一地”用电，造成PEN线带电。
5、场所强电磁辐射、静电感应。
6、TN系统的接地系统与其他系统的接地系统项链或距离太近引入了高电位。
7、TN系统结构损坏。
其它除了照明回路有漏电现象外，也属正常。是什么原因造成零线有如此大的电流呢？于是我们想到了谐波。
四、谐波现象
我们先来谈谈谐波，随着电力电子技术的发展，电力系统已经不是上述所述单纯的正弦交流下的故障现象了，在节能产品（包含节能灯泡和日光灯等通过气体放电发光的灯具）投入系统的同时，也为系统带来了大量的谐波。除3N次谐波外其它的谐波大部分可以在系统内部被吸收转化抵消。但奇次谐波在中线不能相互抵消，会在中线产生电流，3N次谐波的特点就是在N线上叠加，基本为相线3N次电流的和，所以负荷平衡时N线还会有大电流通过，有时会大于相电流，甚至是相电流的几倍！
五、产生谐波的原因：
节能灯是非线性负载之一，象绝大多数办公室电子设备一样，节能灯装有一个二极管/电容型的供电电源，这类供电电源仅在交流正弦波电压的峰值处产生电流，因此产生大量的三次谐波电流（150Hz）。其它产生谐波电流的设备主要有：电动机变频调速器，固态加热器，和其他一些产生非正弦波变化电流的设备。
荧光灯照明系统也是一个重要的谐波源，在普通的电磁整流器灯光电路中，三次谐波的典型值约为基波（50Hz）值的13%-20%。而在电子整流器灯光电路中，谐波分量甚至高达80%。
由此可见节能灯具是产生谐波重要源头。
六、谐波对电力系统设备的影响
1.对变压器和电动机，谐波电压使铁芯涡流损耗增加，谐波电流使铜损增加，温度上升，绝缘加速老化，降低了效率和利用率，缩短使用寿命。目前为了抑制3次谐波，常用Dyn11接线的变压器，使3次谐波在三角形连接绕组中形成环流，尽量不注入电网。由于我们目前的供电选用就是这种接线方式，所以只在电网低压内部形成环流。但应注意，当谐波含量较大时，这些环流也可能引起变压器绕组过热。
2.在谐波电压作用下，电容器会产生额外的功率损耗，加快绝缘介质的老化。更为严重的是，大量谐波电流很可能引发电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振，造成对某次谐波电流的放大和谐波电压的增高。这种危险的谐波过电压和过电流，不仅会使电容器超载而损坏，也会使与电容器联接的配电回路中所有线路、设备因电压闪变超压过负荷而损坏。据统计，70%以上的谐波故障发生在电容器装置上。另外，照明装置的启辉电容器对于由高频电流引起的过热也是十分敏感的，启辉电容器的频繁损坏显示了电网中存在谐波的影响。
3.对电力电缆和配电线路，谐波电流频率增高引起明显的集肤效应，导线电阻增大，线损加大，发热增加，绝缘过早老化，容易发生接地短路故障，形成潜在的火灾隐患。同时，3次谐波使三相平衡负荷的N线电流显著增加。在配电回路负荷主要是大量大面积采用电子节能气体光源照明的场合，N线电流甚至达到相线电流的两倍，致使N线过热、烧毁，甚至导致火灾。
4.配电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。这是因为畸变电流过零点时，电弧电流随时间的变化率要比工频正弦电流大，电弧电压的恢复要迅速得多，使电弧容易重燃。事实表明，空气电磁断路器不能遮断其分断能力范围内波形畸变率超过50%的故障电流，还会导致断路器损坏。
5.谐波对电力系统的继电保护、计量仪表以及通信系统的设备、信号产生干扰和损害。
七、结论
综上所述的危害和我们目前的故障非常相似，所以我们确定谐波是造成我们系统故障的罪魁祸首。
八、改进措施
1、对用电负荷主要为单相用电设备供电的配电干线，中性线（N）的截面积不应小于相线截面积。
2、对应用电子设备和元件较多的配电线路保护，应选用有中性线过流保护的开关电器，并且应适当加大断路器的断流容量，防止短路故障时因断流容量不足损坏开关和设备。
3、为防止电力电容器对谐波的放大，以致引起谐振过电压或过电流，对电容器的设置要注意以下几点：适当调整电容器的安装位置，以改变网络参数；根据可能产生谐振的谐波次数，确定电容器的容量，或调整电容器投切分组容量，以避开谐振点；在电容器回路中串联适当的空心电抗器，限制电容器支路的谐波电流。
4、在系统中并联装设交流滤波器。交流滤波器有无源与有源之分，由于民用建筑中负荷类型变化不大，电子设备产生的谐波次数相对比较固定，因此多采用无源滤波器。
5、增加电力变压器的接地点，减少接地电阻以确保零线入地可靠。有必要可重新加装接地装置。
6、减少灯具系统内的漏电情况。可重新检测后排除。
7、加强对灯具产品质量管理、检测和监督，鼓励采用有源功率因数校正（PFC）。等新技术、低谐波值的灯具产品。从源头对谐波污染进行治理，这是最根本的措施。