20kV配電網(wǎng)中性點接地方式的探討

鄭志杰，王 艷，李 磊

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

目前，我國大多采用10kV中壓配電網(wǎng)來聯(lián)系和溝通高低壓配電網(wǎng)。隨著城市經(jīng)濟的高速發(fā)展，社會用電負荷急劇增長，城市配電網(wǎng)采用10kV供電的局限性越來越突出，主要體現(xiàn)在：110/10kV變電站分布過密；出線回路多，線路走廊受限；難以滿足大負荷用戶的用電需求；線路負載重、損耗高，電壓質(zhì)量難以保證。

農(nóng)村電網(wǎng)的10kV供配電設施，由于建設初期投資有限，建設標準不高，送電距離過長，線徑過細，配電線路電壓低，線損率高。如將現(xiàn)有10kV農(nóng)電線路升壓改造為20kV線路，可增加供電距離，擴展電網(wǎng)覆蓋范圍。如用20kV一級配電電壓代替現(xiàn)有35kV和10kV兩級電壓，既可減少一次性投資，又可降低線損。目前，國家為擴大內(nèi)需，計劃投巨資改造中西部欠發(fā)達地區(qū)的電網(wǎng)，在合適的地區(qū)采用20kV作為中壓配電電壓，可節(jié)約建設資金，擴大受益范圍。

目前，國內(nèi)采用20kV作為中壓配電電壓的典型區(qū)域有蘇州工業(yè)園和遼寧本溪供電公司的南芬二次變電所。前者是負荷集中、密度高的發(fā)達工業(yè)區(qū)，采用全電纜線路；后者是負荷分散、密度低、供電半徑大的農(nóng)村地區(qū)，采用全架空線路。

理論研究和運行實踐都表明，20kV作為中壓配電電壓等級具有明顯的優(yōu)勢，其發(fā)展前景更為廣闊。雖然20kV要完全取代10kV作為中壓配電網(wǎng)的主流電壓還需經(jīng)歷一段漫長的過渡期，但20kV可以首先在新建地區(qū)或需大規(guī)模改造地區(qū)進行試點，以積累經(jīng)驗、培養(yǎng)人員。

20kV在大規(guī)模推廣之前需要解決現(xiàn)有運行的10kV線路是否可直接升壓為20kV線路、20kV配電網(wǎng)組網(wǎng)的接線原則和接線方案的選擇、20kV配變?nèi)萘康倪x擇等一系列問題。本文僅就20kV配電網(wǎng)的中性點接地方式進行分析。

1 中性點接地方式簡介

電力系統(tǒng)的中性點接地方式主要分兩大類：凡是需要斷路器遮斷單相接地故障者，屬大電流接地方式；凡是單相接地電弧能夠瞬間自行熄滅者，屬小電流接地方式。

大電流接地方式中，主要有：中性點有效接地方式、中性點全接地方式、中性點經(jīng)低電抗、中電阻和低電阻等接地方式。

在小電流接地方式中，主要有：中性點經(jīng)消弧線圈接地方式、中性點不接地方式、中性點經(jīng)高電阻等接地方式。

對于110kV及以上的高壓、超高壓和特高壓電力系統(tǒng)來說，主要應限制工頻電壓的升高和降低絕緣水平，由此帶來的經(jīng)濟效益顯著。業(yè)界對110kV及以上電力系統(tǒng)的中性點接地方式的選擇基本保持一致，即采用有效接地方式，即系統(tǒng)在各種條件下應該使零序與正序電抗比為正值并且不大于3，而其零序電阻與正序電抗之比為正值且不大于1。

對于110kV以下的中壓電力系統(tǒng)來說，中性點接地方式可以說多種多樣，有不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)小電阻接地等方式。對此類電力系統(tǒng)來說，降低絕緣水平產(chǎn)生的經(jīng)濟效益相對較小，工頻電壓升高的不良影響明顯降低，首要問題是限制單相接地故障電流及一系列的危害。

2 20kV配電網(wǎng)中性點接地方式的選擇

未來20kV將首先應用于兩類地區(qū)：一是新興的城市工業(yè)區(qū)域，負荷密度較高，大多采用電纜作為配電線路；一是亟需改造的農(nóng)村地區(qū)，負荷密度較低，大多采用架空線路作為配電線路。

目前，業(yè)界對于20kV配電系統(tǒng)中性點接地方式的選擇主要有兩種不同的技術路線：中性點經(jīng)小電阻接地和消弧線圈接地。

確定中性點的接地方式是一項系統(tǒng)工程，是一個涉及到供電可靠性、絕緣配合、繼電保護、人身安全、通訊干擾、電磁兼容等多方面的綜合性技術問題，對電網(wǎng)運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟性都有著重大影響。

2.1 供電可靠性

單相接地故障可分為永久性故障和瞬時性故障。對于永久性接地故障，應停電排除故障后恢復供電。

在中性點經(jīng)消弧線圈接地時可短時(不超過2h)帶故障運行，瞬時性故障可以自動消除，永久性故障可在拉停線路前通過轉(zhuǎn)移負荷以減少用戶停電，因此供電可靠性較高。中性點經(jīng)小電阻接地則無論何種故障，均立即跳閘切除故障線路，因此連續(xù)供電能力較差。

對于采用20kV供電的城市工業(yè)區(qū)域，一般系統(tǒng)備用容量大，設備性能較好，自動裝置和管理水平較高，而且多以手拉手、環(huán)網(wǎng)方式供電，此時采用中性點經(jīng)小電阻接地不會對供電可靠性造成太大影響。

對于農(nóng)網(wǎng)地區(qū)，一般供電網(wǎng)絡較薄弱，且多為架空線路，易受雷擊和外力破壞，因此以瞬時性故障居多，如采用消弧線圈接地方式可以提高供電的連續(xù)可靠性；如采用小電阻接地，供電可靠性則無法保障。

但是小電流選線技術目前還沒有完全成熟，某些情況下只能通過試拉線路確定故障線路，這會造成很多用戶短時停電。

2.2 絕緣配合

中性點經(jīng)消弧線圈的缺點是發(fā)生接地故障時，非對地相的對地電壓升至線電壓，對電網(wǎng)的絕緣形成威脅。中性點經(jīng)小電阻接地可降低單相接地工頻過電壓，而且能迅速切除故障線路，工頻電壓升高持續(xù)時間很短，有利于保護有累積效應的電纜絕緣。

對于城市工業(yè)區(qū)域，如采用小電阻接地方式可采用絕緣等級較低的電纜，節(jié)約建設資金；如采用經(jīng)消弧線圈接地方式，由于電纜線路眾多，永久性故障居多，對電纜絕緣要求高。

采用中性點接地還有一大優(yōu)點：即有利于將原先的10kV線路升壓至20kV運行，減少建設時間，避免浪費資源。

2.3 繼電保護

中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障點殘流較小，實現(xiàn)繼電保護的準確動作比較困難，在很多情況下還需要通過試拉線路來確定故障線路。雖然目前已出現(xiàn)了突變量法、能量法、諧波比幅比相法、穩(wěn)態(tài)小波法和首半波法等多種小電流選線技術，但目前為止還沒有公認的成熟技術。

中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)故障點電流較大，零序過電流保護實現(xiàn)較簡便，選線工作較易實現(xiàn)。

2.4 人身安全

接地故障電流對人身安全的威脅主要表現(xiàn)在接觸電壓和跨步電壓兩方面。

當小電阻接地的20kV配電壓發(fā)生單相接地故障時，接地電流很大，故障點和中性點附近形成了危險的接觸電壓和跨步電壓，即使斷路器瞬間跳開，也有可能發(fā)生人身事故，因此應采取一些必要的技術措施，以減小威脅。

消弧線圈接地系統(tǒng)，由于消弧線圈的補償作用，接地點接地電流很小，其跨步電壓和接觸電壓較小，對人身安全危險較小。

2.5 對通信線的干擾

電力網(wǎng)絡因為存在電磁耦合、靜電感應、地中電流傳導、高頻電磁輻射等情況都會對通信網(wǎng)絡產(chǎn)生干擾作用。前三種情況與中性點接地方式有密切關系。限制單相接地電流是防止通信干擾的有效措施，中性點經(jīng)消弧線圈接地在減小通信干擾方面具有明顯優(yōu)勢。如果供電區(qū)域內(nèi)有對通信要求和電磁兼容要求特別高的情況，應慎重選擇小電阻接地方式。

3 結(jié)語

20kV電壓等級在配電網(wǎng)中具有廣闊的應用前景，其中性點接地方式的選擇是一個涉及供電可靠性、絕緣配合、繼電保護、人身安全、通訊干擾、電磁兼容的綜合性問題，應全面考慮其技術經(jīng)濟指標，因時因地而宜，不宜采用一刀切方式進行推廣。

[1]魏慶海，等.配電網(wǎng)采用20kV供電的前景分析[J].電網(wǎng)技術, 2008, 32(23).

[2]馬蘇龍.20kV電壓等級在配電網(wǎng)中的應用[J].電網(wǎng)技術, 2008, 32(19).

[3]姜祥生.城網(wǎng)配電電壓等級研究[J].電網(wǎng)技術, 1999,23(2).

[4]姜祥生.蘇州工業(yè)園20kV配電工程[J].電網(wǎng)技術,1997, 21(2).

[5]王世閣，等.20kV供電系統(tǒng)在電網(wǎng)改造中的應用[J].電力設備, 2004, 5(9).

[6]范明天，等.城市電網(wǎng)電壓等級的合理配置[J].電網(wǎng)技術, 2006, 30(10).

[7]牛永奎，等.10kV配電網(wǎng)絡升壓至20kV運行的可行性探討[J].電網(wǎng)技術, 2008, S1.

[8]馬蘇龍，等.10kV電纜升壓至20kV運行的可行性研究[J].中國電力, 2009, 42(1).

[9]要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地[M].北京：中國電力出版社，2000.