臨海20 kV配電網(wǎng)改造的中性點(diǎn)接地方式探討

李思南，蔣建玲，徐華

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

臨海20 kV配電網(wǎng)改造的中性點(diǎn)接地方式探討

李思南，蔣建玲，徐華

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

給出了配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電阻接地3種接地方式的特點(diǎn)及其適用范圍，分析了臨海市東部區(qū)塊20 kV配電網(wǎng)的狀況。通過(guò)計(jì)算電容電流，推薦臨海20 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式采用諧振-低電阻系統(tǒng)，保證目前的供電連續(xù)性并滿足供電遠(yuǎn)景規(guī)劃的需求。

20 kV；配電網(wǎng)；中性點(diǎn)；接地方式；電容電流

中壓配電網(wǎng)采用20 kV電壓等級(jí)與10 kV相比，具有增強(qiáng)供電能力、降低電網(wǎng)損耗、減少建設(shè)成本等優(yōu)越性。配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式與設(shè)備絕緣水平以及設(shè)備改造的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，合理選擇20 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式，有利于提高配電網(wǎng)的供電安全性。

在此，對(duì)臨海市東部區(qū)塊20 kV區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行分析，給出中性點(diǎn)接地方式的選擇方案。

1 20 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式

1.1 中性點(diǎn)不接地方式

這種方式下，發(fā)生單相接地故障時(shí)其故障電流較小，不易對(duì)故障點(diǎn)周圍的人身和設(shè)備造成安全威脅。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)地電容電流較小時(shí)，一般均能迅速自動(dòng)熄滅；但當(dāng)電容電流大于一定數(shù)值時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)間歇性電弧而導(dǎo)致弧光過(guò)電壓。因此主要適用于以純架空線路或僅變電站出口端為電纜的地區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)電容電流不大于10 A情況下，應(yīng)采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，該方式的特點(diǎn)是供電連續(xù)性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)設(shè)備線路耐壓水平要求較高，需達(dá)到3.5 p.u.，且選線困難。

1.2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

這種方式下發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈的感性電流可對(duì)系統(tǒng)對(duì)地電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，從而使接地處的電流降為最低，接觸電壓和跨步電壓相對(duì)三種接地方式最小。主要適用于以架空線-電纜混合線路為主的地區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)電容電流大于10 A、不大于150 A的情況下，應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。該方式的特點(diǎn)是供電連續(xù)性好，對(duì)設(shè)備線路耐壓水平要求和設(shè)備造價(jià)與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)基本相同，產(chǎn)生的最高工頻過(guò)電壓約為3.2 p.u.。另外，雖增加了消弧線圈系統(tǒng)的投資，但使用范圍較寬，符合大多數(shù)地區(qū)供電情況。

1.3 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式

這種方式下可產(chǎn)生較大的單相故障電流，從而產(chǎn)生較高的跨步電壓和接觸電壓，對(duì)周圍人身和設(shè)備會(huì)造成安全威脅。主要適用于以電纜線路為主的地區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)電容電流大于150 A的情況下，應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)。該方式的特點(diǎn)是供電連續(xù)性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但設(shè)備線路耐壓水平要求和設(shè)備造價(jià)均較低，產(chǎn)生的最高工頻過(guò)電壓約為2．5 p．u．。

2 臨海市東部區(qū)塊20 kV區(qū)域配電網(wǎng)

臨海市東部區(qū)塊現(xiàn)有3個(gè)110 kV變電站，由南洋區(qū)塊和北洋區(qū)塊組成。南洋區(qū)塊：公用電網(wǎng)部分包括10/20 kV架空線路約65 km，電纜線路約14 km；用戶接入部分10/20 kV電纜線路約21 km。北洋區(qū)塊：公用電網(wǎng)部分包括10/20 kV架空線路約51 km，電纜線路約14 km；用戶接入部分10/20 kV電纜線路約5 km。結(jié)合110 kV變電站配套工程，共升壓改造線路約14 km，新建20 kV線路約86 km。

根據(jù)《臨海市東部區(qū)塊20 kV專項(xiàng)規(guī)劃》中對(duì)遠(yuǎn)景年?yáng)|部區(qū)塊各變電站20 kV出線的初步統(tǒng)計(jì)。遠(yuǎn)景年，架空線總長(zhǎng)度達(dá)到450 km，電纜總長(zhǎng)度達(dá)到150 km，根據(jù)園區(qū)內(nèi)成熟區(qū)塊主干線路與用戶接入電纜長(zhǎng)度的比例換算（比例約5:1），遠(yuǎn)景年?yáng)|部區(qū)塊內(nèi)用戶接入電纜長(zhǎng)度約120 km。

3 中性點(diǎn)接地方式的選擇

3.1 電容電流的計(jì)算

在估算接地電容時(shí)，多采用傳統(tǒng)的計(jì)算方法。架空線路的電容電流值：

式中：括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)于沒(méi)有架空地線的取2．7，有架空地線的取3．3；對(duì)于同桿雙回線路，電容電流為單回路的1．3～1．6倍。Un為線路的額定電壓；L為線路的長(zhǎng)度。

電纜線路電容電流值：

其中：k=（95+1．44S）/（2200+0．23S）；Un為電纜的額定電壓；L為電纜的長(zhǎng)度；S為電纜芯線截面。

對(duì)于不同截面20 kV電纜線路的電容電流計(jì)算見(jiàn)表1。

3.2 變電站純電纜出線

電纜截面應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取，計(jì)算才更加準(zhǔn)確，表2給出了單種截面對(duì)應(yīng)經(jīng)小電阻接地方式（即單相對(duì)地電容電流150 A）時(shí)的電纜邊界長(zhǎng)度值。

表1 不同截面20 kV電纜線路的電容電流

表2 經(jīng)小電阻接地方式對(duì)應(yīng)的電纜邊界長(zhǎng)度

從表2可以看出，若出線電纜的平均截面取400 mm2，總長(zhǎng)度大于25．6 km時(shí)，就應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，否則可采用經(jīng)消弧線圈接地方式。

3.3 變電站純架空出線

考慮變電站出線電纜部分的電容電流為3．0 A；20 kV母線、主變及水泥桿線路的影響，使得電容電流再增加3．0 A。表3給出了經(jīng)消弧線圈接地方式（即單相對(duì)地電容電流10 A）時(shí)的架空線路邊界長(zhǎng)度值。

表3 經(jīng)消弧線圈接地方式對(duì)應(yīng)的架空線路邊界長(zhǎng)度

從表3可以看出，若出線架空線有架空地線且非同桿雙回情況下，總長(zhǎng)度大于60．6 km時(shí)，就應(yīng)采用經(jīng)消弧線圈接地方式，否則可采用中性點(diǎn)不接地方式。

3.4 變電站混合空出線

變電站出線為架空線和電纜混合的情況較為常見(jiàn)。架空線路與電纜各長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系需要滿足電容電流的邊界條件，情況相對(duì)復(fù)雜。考慮到20 kV母線、主變及水泥桿線路的影響，電容電流應(yīng)增加3．0 A。表4、表5給出電纜在限定長(zhǎng)度條件下架空線路（有架空地線且非同桿雙回的情況）邊界長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表4 經(jīng)消弧線圈接地方式對(duì)應(yīng)的混合線路邊界長(zhǎng)度

表5 經(jīng)小電阻接地方式對(duì)應(yīng)的混合線路邊界長(zhǎng)度

若出線電纜的平均截面取400 mm2，從表4可以看出，電纜長(zhǎng)度1 km或有架空地線且非同桿雙回的線路長(zhǎng)度大于17．3 km時(shí)，就應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，在17．3 km范圍以內(nèi)可采用中性點(diǎn)不接地方式。從表5可以看出，電纜長(zhǎng)度25 km或有架空地線且非同桿雙回的線路長(zhǎng)度大于9．4 km時(shí)，就應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，在9．4 km范圍以內(nèi)可采用中性點(diǎn)的消弧線圈接地方式。

4 結(jié)論

中性點(diǎn)接地方式的選擇是20 kV配電網(wǎng)改造工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。在不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電阻接地3種接地方式的選擇上，需考慮目前及遠(yuǎn)景電纜與架空線路長(zhǎng)度的實(shí)際情況。當(dāng)負(fù)荷較為密集，城市電網(wǎng)發(fā)展速度較快時(shí)，可采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式；當(dāng)負(fù)荷較小且增長(zhǎng)較慢多使用架空線時(shí)，可采用中性點(diǎn)不接地方式，隨著發(fā)展需要可改造成中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。

臨海市東部區(qū)塊就目前狀況，線路電容電流在10～150 A之間，考慮今后一段時(shí)間內(nèi)要優(yōu)先保證供電連續(xù)性，可選擇中性點(diǎn)諧振－低電阻接地系統(tǒng)。這一系統(tǒng)在接地故障發(fā)生后一定時(shí)間內(nèi)具有諧振接地的性質(zhì)，對(duì)瞬時(shí)性故障的接地電弧可由消弧裝置熄滅；當(dāng)故障持續(xù)一定時(shí)間，判定為永久接地故障時(shí)，可將系統(tǒng)中性點(diǎn)切換至低電阻值的電阻器，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為低電阻接地系統(tǒng)，保證架空配電線路故障點(diǎn)在較高電阻條件下也可正確選線，從而切除故障線路。

[1]Q/GDW 370－2009城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2007．

[2]DL/T 620－1997交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S]．北京：中國(guó)電力出版社，1997．

[3]鐘新華．配電網(wǎng)電容電流估算公式的修正[J]．電工技術(shù)，2004（12）:1－3．

[4]侯義明，汲亞飛．江蘇20kV配電網(wǎng)改造的中性點(diǎn)接地方式研究[J]．電力設(shè)備,2008，9（9）:18－20．

（本文編輯：楊勇）

Study on Neutral Point Earthing Mode for Retrofit of 20 kV Distribution Networks in Linhai

LI Si-nan，JIANG Jian-ling，XU Hua
（Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces characteristics and scope of application of 3 earthing modes such as unearthing of neutral points and earthing by arc suppression coil and small resistance.The condition of 20 kV distribution network in the east region of Linhai city is analyzed.By calculation of capacitance current，the paper recommends that resonance-small resistance be used in neutral point earthing of 20 kV distribution network in Linhai so that non-interrupted power supply and implementation of power supply long-erm planning can be contented.

20 kV；distribution networks；neutral point；earthing mode；capacitance current

TM726

：B

：1007-1881（2013）01-0007-03

2012-05-08

李思南（1977-），男，山東濟(jì)寧人，碩士，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)過(guò)電壓方面的研究。