20 kV電網中性點接地方式及配電設備選型

周靈江，白熊，韓麗娟

（1.華北電力大學，北京102206；2.臨海市供電局，浙江臨海317000；3.杭州市電力局，杭州310009；4.國網電力科學研究院，南京211106）

20 kV電網中性點接地方式及配電設備選型

周靈江1，2，白熊3，韓麗娟4

（1.華北電力大學，北京102206；2.臨海市供電局，浙江臨海317000；3.杭州市電力局，杭州310009；4.國網電力科學研究院，南京211106）

20 kV配電網中性點接地方式的選擇對設備選型具有重大影響。對中性點不接地、經消弧線圈接地和小電阻接地這3種中性點接地方式的特點進行分析和探討，提出了電網電容電流的工程計算方法，為相關設備的選型提供參考。

20 kV配電網；中性點接地方式；電容電流；設備選型

在20 kV配電網升級改造工程中，中性點接地方式的選擇是比較關鍵和重要的問題，因為其與設備的絕緣水平密切相關，將直接影響20 kV升級改造過程中相關設備的選型、保護的配置和工程投資預算。合理的中性點接地方式，能滿足用戶對供電安全性和可靠性等方面的要求。本文對20 kV配電網3種不同中性點接地方式的特點和適用范圍進行探討，提出電容電流的計算方法，可為20 kV配電網的設備選型提供技術參考。

1 20 kV配電網的中性點接地方式

1.1 中性點不接地方式

在采用中性點不接地運行方式的配電網中，由于中性點對地絕緣，當發生單相接地故障時，流過故障點的電流為線路對應電壓等級電網的全部對地電容電流，電流相對較小，對鄰近的通信線路、信號系統等的干擾也較小，且三相之間線電壓仍保持對稱，對用戶供電基本無影響，可以持續運行1～2 h，供電可靠性比較高。但是因發生接地故障時非故障相對地電壓為倍相電壓，如果電容電流相對較大，接地點容易產生間歇性電弧，引起諧振過電壓，線路絕緣薄弱點可能會擊穿，進而發展成相間短路，對設備造成損害。因此，此方式常用于接地電流較小，且多由架空線路組成、電容電流小于10 A的配電網。

1．2 中性點經消弧線圈接地方式

在中性點經消弧線圈接地的配電網中，系統發生單相接地故障時，消弧線圈所產生的感性電流將補償系統中的容性接地電流，使接地故障電流減小，從而抑制接地電弧的產生。根據補償量的不同，可以分為全補償、欠補償和過補償。目前常用的是過補償，這種方式可以避免產生串聯諧振過電壓。在消弧線圈接地方式下，系統在單相接地故障時仍可允許工作2 h，從而保證了供電可靠性和連續性。但經消弧線圈接地時，單相接地故障易引起工頻過電壓，對設備的絕緣要求提高，工程造價也相應提高。在系統電容電流為10～150 A時可以考慮采用這種接地方式。

1．3 中性點經小電阻接地方式

中性點經小電阻接地方式可以有效限制工頻過電壓。發生單相接地故障時，構成短路回路，故障電流較大，觸發保護設備立即動作，從而達到保護線路和設備的目的。然而，較大的單相接地故障電流將產生磁耦感應和跨步電壓，對通信系統和人身安全造成威脅。另外，由于發生故障時保護設備立即動作，增加了停電次數，降低了供電可靠性。在系統電容電流大于150 A時可以考慮采用這種接地方式。

2 電容電流的計算方法

系統電容電流是選擇20 kV配電網中性點接地方式的主要依據之一。配電網電容電流受多種因素影響，要精確確定其大小需采用專用的測量儀器，通常采用附加電容法和金屬接地法進行測量和計算，一般工程估算可以用經驗公式進行。架空線電容電流Ic的近似計算公式如下：

無架空地線時：

有架空地線時：

對于電纜線路，電容電流可由以下簡化公式計算：

式中：L為線路長度；C為電容量；f為頻率；n為導體相數；U為額定線電壓。

常用電纜的C值為：YJV22-120，0.23；YJV22 -150，0.24；YJV22-185，0.26；YJV22-240，0.29； YJV22-300，0.32；YJV22-400，0.35；YJV22-500，0.38。

以臨海東部電網為例，目前有醫化和北洋2個20 kV變電站，每個變電站有出線間隔20個。以醫化變電站為例，目前實際投運6個間隔，所有線路電纜出線6.7 km，截面積為500 mm2，架空線路25.5 km，計算其電容電流為30 A。如果考慮全部間隔投入運行，估算電容電流約為100 A，因此可以考慮經消弧線圈接地方式。

3 設備選型

設備選型要符合國家標準和電力行業標準，依據不同接地方式下對設備絕緣水平的要求，在保證安全、可靠的前提下，結合當地負荷增長及配電網建設規模等實際情況，進行適當超前的設計選擇。

3.1 主變壓器

變壓器可選擇三相自耦、三繞組/雙繞組、有載調壓，冷卻方式可以選擇ONAF（自然油循環風冷）或ONAN（全自冷）；低壓繞組可以選Yn（星形接線，中性點接地），Y（星形接線）和Δ（三角形接線）。如低壓繞組采用星形接線，需考慮濾除3次諧波，在變壓器內部另設獨立的穩定繞組，容量為變壓器額定容量的25%～30%，穩定繞組接成開口三角形，用2只套管引出，正常運行時短接接地。如采用三角形接線，在低壓側自然形成3次諧波通路，無需增加平衡線圈，但是需增加1個接地變壓器。變壓器類型及主要參數見表1，絕緣水平應滿足表2的要求。

表1 主變壓器類型及主要參數

表2 變壓器繞組內部絕緣水平

3.2 20（10）kV配電變壓器

在電網升壓改造過程中，應根據實際情況選擇20（10）/0.4 kV的配電變壓器，分油浸式和干式，油浸式變壓器又可以分為三相和單相，安裝于戶外或戶內。干式變壓器通常用于三相，安裝于戶內。冷卻方式為自冷型。油浸和干式變壓器的外絕緣爬電比距要滿足：戶內≥20 mm/kV，戶外≥30 mm/kV；線圈絕緣水平需滿足表3要求。

表3 20（10）kV配變絕緣水平

接線組別：Dyn11干式變壓器短路阻抗要求6%，油浸式變壓器三相阻抗為5.5%～6%，單相阻抗3.5%，在需配置零序保護的電網中，要求設備廠家提供零序阻抗值。

3.3 接地變壓器

接地變壓器的型式分干式（戶內）和油浸式（戶內/戶外），在系統中性點經小電阻接地時，接地變壓器不宜兼做站用變壓器，在經消弧線圈接地時則可以選擇作為站用變壓器。主變壓器20 kV側采用星形接線時，不需另配接地變壓器，消弧線圈或接地電阻直接從中性點引出，采用三角形接線，接地變壓器的主要作用就是形成中性點。聯接組別采用曲折連接方式，在經消弧線圈接地、容量≥1 200 kVA，要求零序阻抗Z0≤10Ω，容量≤900 kVA時，Z0≤15Ω；經接地電阻接地、容量≤1 200 kVA時，Z0≤10Ω；容量≤750 kVA時，Z0≤16Ω。接地變壓器應能承受單相接地短路時變壓器線端施加三相對稱額定線電壓所產生的短路電流。接地變壓器繞組絕緣水平參照表3所示20 kV配電變壓器的要求執行。冷卻方式為自冷，有溫度顯示、溫度控制和信號遠傳功能。3.4 消弧線圈

消弧線圈成套裝置應能準確測算系統電容電流大小，正確實現單相接地選線，自動跟蹤和補償系統單相接地時的電容電流，并有故障錄波功能。設備的技術水平應達到以下要求：額定電流50～150 A，額定工頻耐受電壓55 kV，額定雷電沖擊電壓125 kV，安裝點的電網中性點位移電壓小于標稱電壓15%，接地補償時間小于60 ms，殘流小于5 A，電容電流測量精度≤2%。

3.5 接地電阻

小電阻接地成套裝置應能實時監測電阻正常工作時的額定通流、阻值、柜內環境溫度等，在發生接地故障時能記錄故障電流大小、阻值和溫度變化。具備通信接口，數據能實時傳輸，實現遠程監控。電阻的相關技術參數要滿足以下要求：工頻試驗電壓55 kV，額定發熱電流300～600 A；在額定電流下通流10 s，溫升不超過760℃；在10%額定電流下通流2 h，溫升不超過385℃；在額定發熱條件下，電阻值變化小于15%，并能保證保護的靈敏度。應具備抗氧化能力強、高韌性和散熱性好的優點。在實際應用中，存在因電阻發熱而燒壞二次回路的情況，因此要求在設計初期設法使二次回路避開電阻散熱點。

3.6 斷路器

斷路器分六氟化硫斷路器和真空斷路器，需配置彈簧機構，額定開斷電流取25 kA，額定動穩定電流取63 kA，在中性點不接地和經消弧線圈接地方式時的絕緣水平要比經小電阻接地更高，設備造價也提高約10%，斷路器絕緣水平應滿足表4的要求。

3.7 電力電纜

電力電纜的選擇和系統中性點接地方式密切相關。對20 kV低電阻接地系統而言，單相接地時能作用于跳閘并切除故障，此接線方式宜選擇額定電壓12/20（24）kV的電纜；而20 kV消弧線圈接地或不接地系統在出現單相接地時，故障線路還能繼續運行2 h，此時加在電纜上的故障電壓較高，為提高電纜使用壽命，宜選擇額定電壓18/20（24）kV的電纜。電纜的絕緣水平應滿足表5的要求。

表5 電纜的絕緣水平

電纜采用銅、鋁或鋁合金導體，標稱屏蔽層厚度為0.8 mm，絕緣材料采用交聯聚乙烯，在防水要求高的地方可采用乙丙橡膠絕緣電纜。

3.8 電流互感器、電壓互感器

電流互感器標稱電壓為20 kV，最高運行電壓為24 kV，分單相、油浸式和環氧澆注型，額定短時熱穩定電流≥20 kA/4 s，額定動穩定電流≥50 kA，絕緣和耐壓水平要滿足表6要求。電流互感器的局部放電水平要滿足表7要求。

電壓互感器分單相、油浸式和環氧澆注型，其額定負荷和準確級別要滿足表8要求。

3.9 避雷器

目前應用的避雷器型號較多，常見的有：閥型避雷器、管型避雷器、氧化鋅避雷器等，在20 kV等級電壓中，優先考慮采用有機復合外套無間隙的氧化鋅避雷器。該避雷器采用通流能力較強的氧化鋅非線性電阻片疊加組裝，密封于外套腔，氧化鋅電阻片通流容量大，保護殘壓低，電壓響應迅速，采用的有機復合外套是我國硅橡膠復合絕緣子技術在避雷器外套上的應用。由于采用硅橡膠外套，從根本上消除了瓷套式避雷器可能存在的外瓷套爆裂問題，提高了防潮、耐污、抗老化、散熱等性能，體積小、重量輕，免于維修。與避雷器相配套，被保護設備的絕緣水平均需達到雷電全波沖擊耐受電壓125 kV（峰值），避雷器在1.05倍持續運行電壓下的內部局部放電量不大于10 pC。此外，避雷器的性能參數必須達到表9的要求。

表6 電流互感器、電壓互感器的絕緣和耐壓

表7 電流互感器局部放電水平

表8 電壓互感器的額定負荷和準確級別

3.10 電容器

電容器型式分戶外、戶內，帶外熔斷器的電容器應采用雙套管立式安裝，帶內熔絲的電容器宜采用臥式安裝。選擇額定電壓時，需考慮串聯電抗器帶來的容升，依據表10進行選擇。

采用雙串聯段的電容器組，單臺額定電壓按電容器組額定電壓的一半進行選擇。單臺容量可以選擇200 kvar，334 kvar，417 kvar及500 kvar。電容器組接線方式可以分為雙星形和單星形接線，雙星形接線在保護配置上應采用差流保護，單星形采用差壓保護（開口三角電壓取自放電線圈剩余繞組）。單臺電容器還可配置外熔絲或內熔絲保護。電容器的絕緣水平要滿足表11的要求。

表9 復合外套交流無間隙氧化物避雷器性能參數

表10 電抗率和額定電壓

表11 電容器絕緣水平

4 結語

中性點接地方式的選擇是20 kV配電網改造的關鍵技術問題之一，選擇接地方時應充分考慮系統電容電流的影響，考慮電網的遠景情況，在設備選型時結合中性點情況，按照安全、經濟、適度超前原則選取。

[1]汲亞飛，侯義明.20 kV配電網中性點接地方式選擇的研究[J].供用電，2008，25（5）∶9-12.

[2]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答[M].北京：中國電力出版社，1999.

[3]李國征.電力電纜線路設計施工手冊[M].北京：中國電力出版社，2007.

（本文編輯：龔皓）

The Neutral Point Grounding Modes of 20 kV Distribution Network and the Selection of Electrical Equipment

ZHOU Ling-jiang1,2，BAI Xiong3，HAN LI-juan4
（1.North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.Linhai Power Supply Bureau，Linhai Zhejiang 317000，China；3.Hangzhou Municipal Electric Power Bureau，Hangzhou 310009，China；4.State Grid Electric Power Research Institute，Nanjing 211106，China）

The selection of neutral point grounding modes of 20 kV distribution network has significant influence on the selection of relevant equipment.This article analyzes and discusses the characteristics of three different neutral point grounding modes,neutral point non-grounding，grounding through arc suppression coil and grounding through small resistance.This article also proposes engineering calculation method of capacitive current，providing technical reference for selection of relevant equipment.

20 kV distribution network；neutral point grounding modes；capacitive current；selection of equipment

TM714.3

：B

：1007-1881（2013）02-0026-05

2012-09-10

周靈江（1983-），男，浙江臨海人，研究生在讀，助理工程師，從事電網保護和設備選型相關工作。