20kV配电网中性点接地方式的探讨

郑志杰，王 艳，李 磊

(山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013)

目前，我国大多采用10kV中压配电网来联系和沟通高低压配电网。随着城市经济的高速发展，社会用电负荷急剧增长，城市配电网采用10kV供电的局限性越来越突出，主要体现在：110/10kV变电站分布过密；出线回路多，线路走廊受限；难以满足大负荷用户的用电需求；线路负载重、损耗高，电压质量难以保证。

农村电网的10kV供配电设施，由于建设初期投资有限，建设标准不高，送电距离过长，线径过细，配电线路电压低，线损率高。如将现有10kV农电线路升压改造为20kV线路，可增加供电距离，扩展电网覆盖范围。如用20kV一级配电电压代替现有35kV和10kV两级电压，既可减少一次性投资，又可降低线损。目前，国家为扩大内需，计划投巨资改造中西部欠发达地区的电网，在合适的地区采用20kV作为中压配电电压，可节约建设资金，扩大受益范围。

目前，国内采用20kV作为中压配电电压的典型区域有苏州工业园和辽宁本溪供电公司的南芬二次变电所。前者是负荷集中、密度高的发达工业区，采用全电缆线路；后者是负荷分散、密度低、供电半径大的农村地区，采用全架空线路。

理论研究和运行实践都表明，20kV作为中压配电电压等级具有明显的优势，其发展前景更为广阔。虽然20kV要完全取代10kV作为中压配电网的主流电压还需经历一段漫长的过渡期，但20kV可以首先在新建地区或需大规模改造地区进行试点，以积累经验、培养人员。

20kV在大规模推广之前需要解决现有运行的10kV线路是否可直接升压为20kV线路、20kV配电网组网的接线原则和接线方案的选择、20kV配变容量的选择等一系列问题。本文仅就20kV配电网的中性点接地方式进行分析。

1 中性点接地方式简介

电力系统的中性点接地方式主要分两大类：凡是需要断路器遮断单相接地故障者，属大电流接地方式；凡是单相接地电弧能够瞬间自行熄灭者，属小电流接地方式。

大电流接地方式中，主要有：中性点有效接地方式、中性点全接地方式、中性点经低电抗、中电阻和低电阻等接地方式。

在小电流接地方式中，主要有：中性点经消弧线圈接地方式、中性点不接地方式、中性点经高电阻等接地方式。

对于110kV及以上的高压、超高压和特高压电力系统来说，主要应限制工频电压的升高和降低绝缘水平，由此带来的经济效益显著。业界对110kV及以上电力系统的中性点接地方式的选择基本保持一致，即采用有效接地方式，即系统在各种条件下应该使零序与正序电抗比为正值并且不大于3，而其零序电阻与正序电抗之比为正值且不大于1。

对于110kV以下的中压电力系统来说，中性点接地方式可以说多种多样，有不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地等方式。对此类电力系统来说，降低绝缘水平产生的经济效益相对较小，工频电压升高的不良影响明显降低，首要问题是限制单相接地故障电流及一系列的危害。

2 20kV配电网中性点接地方式的选择

未来20kV将首先应用于两类地区：一是新兴的城市工业区域，负荷密度较高，大多采用电缆作为配电线路；一是亟需改造的农村地区，负荷密度较低，大多采用架空线路作为配电线路。

目前，业界对于20kV配电系统中性点接地方式的选择主要有两种不同的技术路线：中性点经小电阻接地和消弧线圈接地。

确定中性点的接地方式是一项系统工程，是一个涉及到供电可靠性、绝缘配合、继电保护、人身安全、通讯干扰、电磁兼容等多方面的综合性技术问题，对电网运行的安全性、可靠性和经济性都有着重大影响。

2.1 供电可靠性

单相接地故障可分为永久性故障和瞬时性故障。对于永久性接地故障，应停电排除故障后恢复供电。

在中性点经消弧线圈接地时可短时(不超过2h)带故障运行，瞬时性故障可以自动消除，永久性故障可在拉停线路前通过转移负荷以减少用户停电，因此供电可靠性较高。中性点经小电阻接地则无论何种故障，均立即跳闸切除故障线路，因此连续供电能力较差。

对于采用20kV供电的城市工业区域，一般系统备用容量大，设备性能较好，自动装置和管理水平较高，而且多以手拉手、环网方式供电，此时采用中性点经小电阻接地不会对供电可靠性造成太大影响。

对于农网地区，一般供电网络较薄弱，且多为架空线路，易受雷击和外力破坏，因此以瞬时性故障居多，如采用消弧线圈接地方式可以提高供电的连续可靠性；如采用小电阻接地，供电可靠性则无法保障。

但是小电流选线技术目前还没有完全成熟，某些情况下只能通过试拉线路确定故障线路，这会造成很多用户短时停电。

2.2 绝缘配合

中性点经消弧线圈的缺点是发生接地故障时，非对地相的对地电压升至线电压，对电网的绝缘形成威胁。中性点经小电阻接地可降低单相接地工频过电压，而且能迅速切除故障线路，工频电压升高持续时间很短，有利于保护有累积效应的电缆绝缘。

对于城市工业区域，如采用小电阻接地方式可采用绝缘等级较低的电缆，节约建设资金；如采用经消弧线圈接地方式，由于电缆线路众多，永久性故障居多，对电缆绝缘要求高。

采用中性点接地还有一大优点：即有利于将原先的10kV线路升压至20kV运行，减少建设时间，避免浪费资源。

2.3 继电保护

中性点经消弧线圈接地系统故障点残流较小，实现继电保护的准确动作比较困难，在很多情况下还需要通过试拉线路来确定故障线路。虽然目前已出现了突变量法、能量法、谐波比幅比相法、稳态小波法和首半波法等多种小电流选线技术，但目前为止还没有公认的成熟技术。

中性点经小电阻接地系统故障点电流较大，零序过电流保护实现较简便，选线工作较易实现。

2.4 人身安全

接地故障电流对人身安全的威胁主要表现在接触电压和跨步电压两方面。

当小电阻接地的20kV配电压发生单相接地故障时，接地电流很大，故障点和中性点附近形成了危险的接触电压和跨步电压，即使断路器瞬间跳开，也有可能发生人身事故，因此应采取一些必要的技术措施，以减小威胁。

消弧线圈接地系统，由于消弧线圈的补偿作用，接地点接地电流很小，其跨步电压和接触电压较小，对人身安全危险较小。

2.5 对通信线的干扰

电力网络因为存在电磁耦合、静电感应、地中电流传导、高频电磁辐射等情况都会对通信网络产生干扰作用。前三种情况与中性点接地方式有密切关系。限制单相接地电流是防止通信干扰的有效措施，中性点经消弧线圈接地在减小通信干扰方面具有明显优势。如果供电区域内有对通信要求和电磁兼容要求特别高的情况，应慎重选择小电阻接地方式。

3 结语

20kV电压等级在配电网中具有广阔的应用前景，其中性点接地方式的选择是一个涉及供电可靠性、绝缘配合、继电保护、人身安全、通讯干扰、电磁兼容的综合性问题，应全面考虑其技术经济指标，因时因地而宜，不宜采用一刀切方式进行推广。

[1]魏庆海，等.配电网采用20kV供电的前景分析[J].电网技术, 2008, 32(23).

[2]马苏龙.20kV电压等级在配电网中的应用[J].电网技术, 2008, 32(19).

[3]姜祥生.城网配电电压等级研究[J].电网技术, 1999,23(2).

[4]姜祥生.苏州工业园20kV配电工程[J].电网技术,1997, 21(2).

[5]王世阁，等.20kV供电系统在电网改造中的应用[J].电力设备, 2004, 5(9).

[6]范明天，等.城市电网电压等级的合理配置[J].电网技术, 2006, 30(10).

[7]牛永奎，等.10kV配电网络升压至20kV运行的可行性探讨[J].电网技术, 2008, S1.

[8]马苏龙，等.10kV电缆升压至20kV运行的可行性研究[J].中国电力, 2009, 42(1).

[9]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京：中国电力出版社，2000.