20kV配電網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中壓配電網來聯系和溝通高低壓配電網。隨著城市經濟的高速發展，社會用電負荷急劇增長，城市配電網采用10kV供電的局限性越來越突出，主要體現在：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，電壓質量難以保證。

農村電網的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。如將現有10kV農電線路升壓改造為20kV線路，可增加供電距離，擴展電網覆蓋范圍。如用20kV一級配電電壓代替現有35kV和10kV兩級電壓，既可減少一次性投資，又可降低線損。目前，國家為擴大內需，計劃投巨資改造中西部欠發達地區的電網，在合適的地區采用20kV作為中壓配電電壓，可節約建設資金，擴大受益范圍。

目前，國內采用20kV作為中壓配電電壓的典型區域有蘇州工業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、密度高的發達工業區，采用全電纜線路；后者是負荷分散、密度低、供電半徑大的農村地區，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勢，其發展前景更為廣闊。雖然20kV要完全取代10kV作為中壓配電網的主流電壓還需經歷一段漫長的過渡期，但20kV可以首先在新建地區或需大規模改造地區進行試點，以積累經驗、培養人員。

20kV在大規模推廣之前需要解決現有運行的10kV線路是否可直接升壓為20kV線路、20kV配電網組網的接線原則和接線方案的選擇、20kV配變容量的選擇等一系列問題。本文僅就20kV配電網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：中性點經消弧線圈接地方式、中性點不接地方式、中性點經高電阻等接地方式。

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，由此帶來的經濟效益顯著。業界對110kV及以上電力系統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來說，中性點接地方式可以說多種多樣，有不接地、經消弧線圈接地、經小電阻接地等方式。對此類電力系統來說，降低絕緣水平產生的經濟效益相對較小，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配電網中性點接地方式的選擇

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

目前，業界對于20kV配電系統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，對電網運行的安全性、可靠性和經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移負荷以減少用戶停電，因此供電可靠性較高。中性點經小電阻接地則無論何種故障，均立即跳閘切除故障線路，因此連續供電能力較差。

對于采用20kV供電的城市工業區域，一般系統備用容量大，設備性能較好，自動裝置和管理水平較高，而且多以手拉手、環網方式供電，此時采用中性點經小電阻接地不會對供電可靠性造成太大影響。

對于農網地區，一般供電網絡較薄弱，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

中性點經消弧線圈的缺點是發生接地故障時，非對地相的對地電壓升至線電壓，對電網的絕緣形成威脅。中性點經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。

對于城市工業區域，如采用小電阻接地方式可采用絕緣等級較低的電纜，節約建設資金；如采用經消弧線圈接地方式，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

中性點經消弧線圈接地系統故障點殘流較小，實現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。雖然目前已出現了突變量法、能量法、諧波比幅比相法、穩態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。

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

2.4 人身安全

接地故障電流對人身安全的威脅主要表現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，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絡產生干擾作用。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，中性點經消弧線圈接地在減小通信干擾方面具有明顯優勢。如果供電區域內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 結語

20kV電壓等級在配電網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濟指標，因時因地而宜，不宜采用一刀切方式進行推廣。

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