20 kV电网中性点接地方式及配电设备选型

周灵江，白熊，韩丽娟

（1.华北电力大学，北京102206；2.临海市供电局，浙江临海317000；3.杭州市电力局，杭州310009；4.国网电力科学研究院，南京211106）

20 kV电网中性点接地方式及配电设备选型

周灵江1，2，白熊3，韩丽娟4

（1.华北电力大学，北京102206；2.临海市供电局，浙江临海317000；3.杭州市电力局，杭州310009；4.国网电力科学研究院，南京211106）

20 kV配电网中性点接地方式的选择对设备选型具有重大影响。对中性点不接地、经消弧线圈接地和小电阻接地这3种中性点接地方式的特点进行分析和探讨，提出了电网电容电流的工程计算方法，为相关设备的选型提供参考。

20 kV配电网；中性点接地方式；电容电流；设备选型

在20 kV配电网升级改造工程中，中性点接地方式的选择是比较关键和重要的问题，因为其与设备的绝缘水平密切相关，将直接影响20 kV升级改造过程中相关设备的选型、保护的配置和工程投资预算。合理的中性点接地方式，能满足用户对供电安全性和可靠性等方面的要求。本文对20 kV配电网3种不同中性点接地方式的特点和适用范围进行探讨，提出电容电流的计算方法，可为20 kV配电网的设备选型提供技术参考。

1 20 kV配电网的中性点接地方式

1.1 中性点不接地方式

在采用中性点不接地运行方式的配电网中，由于中性点对地绝缘，当发生单相接地故障时，流过故障点的电流为线路对应电压等级电网的全部对地电容电流，电流相对较小，对邻近的通信线路、信号系统等的干扰也较小，且三相之间线电压仍保持对称，对用户供电基本无影响，可以持续运行1～2 h，供电可靠性比较高。但是因发生接地故障时非故障相对地电压为倍相电压，如果电容电流相对较大，接地点容易产生间歇性电弧，引起谐振过电压，线路绝缘薄弱点可能会击穿，进而发展成相间短路，对设备造成损害。因此，此方式常用于接地电流较小，且多由架空线路组成、电容电流小于10 A的配电网。

1．2 中性点经消弧线圈接地方式

在中性点经消弧线圈接地的配电网中，系统发生单相接地故障时，消弧线圈所产生的感性电流将补偿系统中的容性接地电流，使接地故障电流减小，从而抑制接地电弧的产生。根据补偿量的不同，可以分为全补偿、欠补偿和过补偿。目前常用的是过补偿，这种方式可以避免产生串联谐振过电压。在消弧线圈接地方式下，系统在单相接地故障时仍可允许工作2 h，从而保证了供电可靠性和连续性。但经消弧线圈接地时，单相接地故障易引起工频过电压，对设备的绝缘要求提高，工程造价也相应提高。在系统电容电流为10～150 A时可以考虑采用这种接地方式。

1．3 中性点经小电阻接地方式

中性点经小电阻接地方式可以有效限制工频过电压。发生单相接地故障时，构成短路回路，故障电流较大，触发保护设备立即动作，从而达到保护线路和设备的目的。然而，较大的单相接地故障电流将产生磁耦感应和跨步电压，对通信系统和人身安全造成威胁。另外，由于发生故障时保护设备立即动作，增加了停电次数，降低了供电可靠性。在系统电容电流大于150 A时可以考虑采用这种接地方式。

2 电容电流的计算方法

系统电容电流是选择20 kV配电网中性点接地方式的主要依据之一。配电网电容电流受多种因素影响，要精确确定其大小需采用专用的测量仪器，通常采用附加电容法和金属接地法进行测量和计算，一般工程估算可以用经验公式进行。架空线电容电流Ic的近似计算公式如下：

无架空地线时：

有架空地线时：

对于电缆线路，电容电流可由以下简化公式计算：

式中：L为线路长度；C为电容量；f为频率；n为导体相数；U为额定线电压。

常用电缆的C值为：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。

以临海东部电网为例，目前有医化和北洋2个20 kV变电站，每个变电站有出线间隔20个。以医化变电站为例，目前实际投运6个间隔，所有线路电缆出线6.7 km，截面积为500 mm2，架空线路25.5 km，计算其电容电流为30 A。如果考虑全部间隔投入运行，估算电容电流约为100 A，因此可以考虑经消弧线圈接地方式。

3 设备选型

设备选型要符合国家标准和电力行业标准，依据不同接地方式下对设备绝缘水平的要求，在保证安全、可靠的前提下，结合当地负荷增长及配电网建设规模等实际情况，进行适当超前的设计选择。

3.1 主变压器

变压器可选择三相自耦、三绕组/双绕组、有载调压，冷却方式可以选择ONAF（自然油循环风冷）或ONAN（全自冷）；低压绕组可以选Yn（星形接线，中性点接地），Y（星形接线）和Δ（三角形接线）。如低压绕组采用星形接线，需考虑滤除3次谐波，在变压器内部另设独立的稳定绕组，容量为变压器额定容量的25%～30%，稳定绕组接成开口三角形，用2只套管引出，正常运行时短接接地。如采用三角形接线，在低压侧自然形成3次谐波通路，无需增加平衡线圈，但是需增加1个接地变压器。变压器类型及主要参数见表1，绝缘水平应满足表2的要求。

表1 主变压器类型及主要参数

表2 变压器绕组内部绝缘水平

3.2 20（10）kV配电变压器

在电网升压改造过程中，应根据实际情况选择20（10）/0.4 kV的配电变压器，分油浸式和干式，油浸式变压器又可以分为三相和单相，安装于户外或户内。干式变压器通常用于三相，安装于户内。冷却方式为自冷型。油浸和干式变压器的外绝缘爬电比距要满足：户内≥20 mm/kV，户外≥30 mm/kV；线圈绝缘水平需满足表3要求。

表3 20（10）kV配变绝缘水平

接线组别：Dyn11干式变压器短路阻抗要求6%，油浸式变压器三相阻抗为5.5%～6%，单相阻抗3.5%，在需配置零序保护的电网中，要求设备厂家提供零序阻抗值。

3.3 接地变压器

接地变压器的型式分干式（户内）和油浸式（户内/户外），在系统中性点经小电阻接地时，接地变压器不宜兼做站用变压器，在经消弧线圈接地时则可以选择作为站用变压器。主变压器20 kV侧采用星形接线时，不需另配接地变压器，消弧线圈或接地电阻直接从中性点引出，采用三角形接线，接地变压器的主要作用就是形成中性点。联接组别采用曲折连接方式，在经消弧线圈接地、容量≥1 200 kVA，要求零序阻抗Z0≤10Ω，容量≤900 kVA时，Z0≤15Ω；经接地电阻接地、容量≤1 200 kVA时，Z0≤10Ω；容量≤750 kVA时，Z0≤16Ω。接地变压器应能承受单相接地短路时变压器线端施加三相对称额定线电压所产生的短路电流。接地变压器绕组绝缘水平参照表3所示20 kV配电变压器的要求执行。冷却方式为自冷，有温度显示、温度控制和信号远传功能。3.4 消弧线圈

消弧线圈成套装置应能准确测算系统电容电流大小，正确实现单相接地选线，自动跟踪和补偿系统单相接地时的电容电流，并有故障录波功能。设备的技术水平应达到以下要求：额定电流50～150 A，额定工频耐受电压55 kV，额定雷电冲击电压125 kV，安装点的电网中性点位移电压小于标称电压15%，接地补偿时间小于60 ms，残流小于5 A，电容电流测量精度≤2%。

3.5 接地电阻

小电阻接地成套装置应能实时监测电阻正常工作时的额定通流、阻值、柜内环境温度等，在发生接地故障时能记录故障电流大小、阻值和温度变化。具备通信接口，数据能实时传输，实现远程监控。电阻的相关技术参数要满足以下要求：工频试验电压55 kV，额定发热电流300～600 A；在额定电流下通流10 s，温升不超过760℃；在10%额定电流下通流2 h，温升不超过385℃；在额定发热条件下，电阻值变化小于15%，并能保证保护的灵敏度。应具备抗氧化能力强、高韧性和散热性好的优点。在实际应用中，存在因电阻发热而烧坏二次回路的情况，因此要求在设计初期设法使二次回路避开电阻散热点。

3.6 断路器

断路器分六氟化硫断路器和真空断路器，需配置弹簧机构，额定开断电流取25 kA，额定动稳定电流取63 kA，在中性点不接地和经消弧线圈接地方式时的绝缘水平要比经小电阻接地更高，设备造价也提高约10%，断路器绝缘水平应满足表4的要求。

3.7 电力电缆

电力电缆的选择和系统中性点接地方式密切相关。对20 kV低电阻接地系统而言，单相接地时能作用于跳闸并切除故障，此接线方式宜选择额定电压12/20（24）kV的电缆；而20 kV消弧线圈接地或不接地系统在出现单相接地时，故障线路还能继续运行2 h，此时加在电缆上的故障电压较高，为提高电缆使用寿命，宜选择额定电压18/20（24）kV的电缆。电缆的绝缘水平应满足表5的要求。

表5 电缆的绝缘水平

电缆采用铜、铝或铝合金导体，标称屏蔽层厚度为0.8 mm，绝缘材料采用交联聚乙烯，在防水要求高的地方可采用乙丙橡胶绝缘电缆。

3.8 电流互感器、电压互感器

电流互感器标称电压为20 kV，最高运行电压为24 kV，分单相、油浸式和环氧浇注型，额定短时热稳定电流≥20 kA/4 s，额定动稳定电流≥50 kA，绝缘和耐压水平要满足表6要求。电流互感器的局部放电水平要满足表7要求。

电压互感器分单相、油浸式和环氧浇注型，其额定负荷和准确级别要满足表8要求。

3.9 避雷器

目前应用的避雷器型号较多，常见的有：阀型避雷器、管型避雷器、氧化锌避雷器等，在20 kV等级电压中，优先考虑采用有机复合外套无间隙的氧化锌避雷器。该避雷器采用通流能力较强的氧化锌非线性电阻片叠加组装，密封于外套腔，氧化锌电阻片通流容量大，保护残压低，电压响应迅速，采用的有机复合外套是我国硅橡胶复合绝缘子技术在避雷器外套上的应用。由于采用硅橡胶外套，从根本上消除了瓷套式避雷器可能存在的外瓷套爆裂问题，提高了防潮、耐污、抗老化、散热等性能，体积小、重量轻，免于维修。与避雷器相配套，被保护设备的绝缘水平均需达到雷电全波冲击耐受电压125 kV（峰值），避雷器在1.05倍持续运行电压下的内部局部放电量不大于10 pC。此外，避雷器的性能参数必须达到表9的要求。

表6 电流互感器、电压互感器的绝缘和耐压

表7 电流互感器局部放电水平

表8 电压互感器的额定负荷和准确级别

3.10 电容器

电容器型式分户外、户内，带外熔断器的电容器应采用双套管立式安装，带内熔丝的电容器宜采用卧式安装。选择额定电压时，需考虑串联电抗器带来的容升，依据表10进行选择。

采用双串联段的电容器组，单台额定电压按电容器组额定电压的一半进行选择。单台容量可以选择200 kvar，334 kvar，417 kvar及500 kvar。电容器组接线方式可以分为双星形和单星形接线，双星形接线在保护配置上应采用差流保护，单星形采用差压保护（开口三角电压取自放电线圈剩余绕组）。单台电容器还可配置外熔丝或内熔丝保护。电容器的绝缘水平要满足表11的要求。

表9 复合外套交流无间隙氧化物避雷器性能参数

表10 电抗率和额定电压

表11 电容器绝缘水平

4 结语

中性点接地方式的选择是20 kV配电网改造的关键技术问题之一，选择接地方时应充分考虑系统电容电流的影响，考虑电网的远景情况，在设备选型时结合中性点情况，按照安全、经济、适度超前原则选取。

[1]汲亚飞，侯义明.20 kV配电网中性点接地方式选择的研究[J].供用电，2008，25（5）∶9-12.

[2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，1999.

[3]李国征.电力电缆线路设计施工手册[M].北京：中国电力出版社，2007.

（本文编辑：龚皓）

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

周灵江（1983-），男，浙江临海人，研究生在读，助理工程师，从事电网保护和设备选型相关工作。