20kV電壓等級運行方式與保護模式的探討

摘 "要：近年來，我國配電網發展日新月異，20kV配電網逐漸發展壯大，受關注度也逐漸提高;本文主要在可靠供電方面對20kV配電電壓進行綜述，并對20kV的運行模式提出部分建議。

關鍵詞：20kV電壓等級;可靠供電;建議;

中圖分類號：F407.6 " " "文章編號：1674-3520（2014）-11-00-01

一、國內外20kV配電網狀況

目前，世界上已有數十個國家和地區將20kV電壓等級作為配電網的標準電壓，并已列入國際電工委員會標準，具有非常成熟的技術和經驗。美國、法國、德國均從上世紀開始便采用了20kV的配電網絡，其可靠性、經濟性和運行靈活性方面優勢明顯。

在我國，20kV電壓等級曾經一度被淘汰，可在近年來，20kV電壓等級在國際上又以新的功能出現，其作用便是取代10kV，目前國內20kV的配電系統有：合肥市的濱湖新區、蘇州工業園區、上海軌道交通、昆山南亞公司和遼寧本溪南芬地區等，這些項目自投產并入電網后，實現了可靠運行。

二、20kV配電系統的保護配置

我國大多數城市20kV配電電網采用低電阻接地方式。我國20kV接地系統的配電保護配置主要有：

（一）零序過流保護配置。零序過流保護主要包括：零序電流一段保護、零序電流二段保護。零序一段電流保護：是線路出現單向接地故障時的主要保護，當零序一段的時間限制大于等于0.3s，每段增加0.3s，主要的因素是：避免線路配變勵磁涌流的問題和線路最大不平衡電流。其優點是：接地時，由于流過故障線路的電流較大，零序過流保護有較好的靈敏度，可以比較容易檢除接地線路;系統單相接地時，健全相電壓不升高或升幅較小，對設備絕緣等級要求較低，其耐壓水平可以按相電壓來選擇。

（二）過電流保護配置。就是當電流超過預定最大值時，使保護裝置動作的一種保護方式。當流過被保護原件中的電流超過預先整定的某個數值時，保護裝置啟動，并用時限保證動作的選擇性，使斷路器跳閘，過電流保護主要包括短路保護和過載保護兩種類型。短路保護的特點是整定電流大、瞬時動作。電磁式電流脫扣器（或繼電器）、熔斷器常用作短路保護元件。過載保護的特點是整定電流較小、反時限動作。熱繼電器、延時型電磁式電流繼電器常用作過載保護元件。

三、20kV配電系統的保護分析

20kV與10kV配電網絡的配置不同根源在于中性點接地方式的截然不同，10kV配電網可以在單相接地的故障狀態下運行不超過2小時，而20kV可以通過接入零序保護將單相接地故障切除。而對于零序保護也存在著相關需要注意的問題：

（一）世界上以美國為主的部分國家采用中性點經小電阻接地方式，中性點經小電阻接地方式可以泄放線路上的過剩電荷來限制弧光產生的過電壓，由于美國在歷史上過高的估計了弧光接地過電壓的危害性，因而采用此種方式。中性點經小電阻接地方式通過零序電流繼電器來保護線路。

（二）中性點小電阻接地配電網若線路發生單相高阻接地時，如單相接地介質為沙土、柏油馬路、樹木和水泥板等，此時存在隱患：故障零序電流很小，零序電流保護難以靈敏反應該故障，造成保護拒動。

四、提出改進針對思路及存在的問題

（一）雖然近年來20kV配電網中的電纜化率逐步提高，但仍難以避免存在部分架空線路，而架空線路單相接地故障率比較高，當單相接地發生時若零序電流保護拒動或開關拒動，則后果不堪設想，所以通過對于中性點接地方式的研究，可通過在中性點接入的小電阻上再串接一個大電阻，如圖5.1：

正常情況下K為閉合狀態，將大電阻短接，當單相接地發生時若零序電流保護拒動或開關拒動時，經過延時零序故障電流仍存在，則K打開，形成中性點經高電阻接地（中性點不接地方式），可在接地狀態下運行不超過2小時。

圖5.1

上述高電阻接地主要是限制單相接地故障電流，抑制弧光接地和諧振過電壓，單相接地故障不立即跳閘，又不加重電氣設備的絕緣負擔，但其優缺點又很明顯，如優點：可以消除所內10kV側各種原因引起的諧振過電壓，包括其它消諧措施無法消除的斷線諧振過電壓;可以顯著降低弧光接地過電壓幅值;由于高阻抗中電阻分量減少，有功損耗明顯降低;由于高阻抗中有足夠大的感性電流，此電流可以補償網絡對地電容電流，有利于電弧自熄;允許帶接地裝置故障運行，若用小電阻接地方式，則必須跳開故障線路。但是缺點也很明顯：在帶故障運行時，電阻器上的消耗能量較大，需要裝設風冷卻裝置;增大了接地故障時的接地電流，電弧自熄的問題沒有解決。而其最大的缺點便是：不具有普遍適用性，僅適用于像大型企業或者工業電廠這樣容性故障電流較小的配電網絡，故該模式還需進一步改進。

（二）針對中性點小電阻接地配電網若線路發生單相高阻接地的問題，我們可以引入零序功率保護的思想來解決，零序功率方向保護就是通過保護故障線路和非故障線路零序電流滯后零序電壓相差180的原理有選擇性的實現的。該保護措施對零序電壓和零序電流的回路接線方式有比較高的要求，在實際電網中應用較多。零序功率方向保護是在零序電流保護的基礎上增加的，是為了保護裝置的可靠性和選擇性，零序功率保護是沒有死區的。零序功率方向保護中需要取電壓與電流綜合判斷故障，為了提高零序功率方向保護的精度，確保其不拒動和誤動，提出以下幾點建議：（1）提高零序電流互感器精度的，在零序電流較小時能提高其測量精度;（2）根據負荷電流不平衡情況，裝置自適應調整零序電流整定值;（3）采用電流、電壓信息判斷單相高阻接地故障，甚至可同時比較各出線的零序電流判斷單相高阻接地線路，并在站控層面配置單相高祖接地判別元件，實現選線功能。

五、結論

本文對現行20kV配電網絡的運行方式和繼電保護的方式作了簡單的敘述，并提出了幾項拙見，望批評指正。但要提出的是20kV電壓等級在配電網中具有廣闊的應用前景，其中性點接地方式和繼電保護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。

參考文獻：

[1]鄭志杰，王艷，李磊. 20kV配電網中性點接地方式的探討[J]. 電力勘測設計， 2009.

[2]徐向英. 淺談20kV接地系統保護配置方案[J]. 科技與企業， 2013（21）.

[3]Q/GDW 383-2009智能變電站技術導則[Z].北京：國家電網公司，2009.