天津中压配电网中性点接地方式的合理确定方法研究

/国网天津市电力公司电力科学研究院 栗薇 刘宝成 魏菊芳/

0 引言

电力系统中性点接地方式是一个涉及到技术、经济和安全等多个方面的综合问题，是防止事故发生的一项重要应用技术，具有理论研究与实践经验密切结合的特点，因而是电力系统实现安全与经济运行的基础之一，中压配电网中性点接地方式的合理确定对于城市电网的安全经济运行具有十分重要的作用[1-3]。

天津电网现有四种中性点接地方式：中性点不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地和经智能型电抗器接地。随着天津市配电网高速发展，配电网结构在发生很大的变化，配电网中电缆线路的比率逐年上升，不同区域负荷越来越不平衡。原有的中性点接地方式已越发不能满足中压配电系统的发展要求，造成天津配电网过电压事故频发。本论文通过分析天津电网各类供电区域的分区特征以及影响中性点接地方式的主要因素给出中性点接地方式的确定方法，对天津电网未来中性点接地方式的合理发展及职能电网建设具有一定的意义。

1 影响天津配电网中性点接地方式的因素

配电网中性点的接地方式涉及电网的安全运行，供电可靠性，过电压和绝缘的配合，继电保护，接地设计等多个方面的因素，而且对通信和电子设备的电子干扰、人身安全等方面有重要影响。具体可列出如下因素：单相接地故障电容电流大小、线路类型、配电网网架结构及供电可靠性、对通讯线路的干扰、接地故障情况下的跨步电压、电压等级、绝缘水平要求、配电自动化水平、设备安全、未来负荷发展、配网所处自然环境等[4-6]。

《配电网规划设计技术导则》对供电区域给出了划分原则，供电区域类型在一定程度上反应了该类区域内线路类型、配电网网架结构及供电可靠性、配电自动化水平等信息。因此，可以以供电区域类型为基础，结合一些主要的影响因素来合理确定中性点接地方式。

1.1 天津配电网供电区域划分

《配电网规划设计技术导则》对供电区域划分成了A+、A、B、C、D、E六类，划分如表1。

依据此原则，可将天津配电网作如下划分：

1）A+类供电区域

由天津市快速路合而围成的地区、滨海新区的中心商务区和中新天津生态城。

2）A类供电区域

天津市外环线之内快速路以外的中心市区和滨海新区的塘沽城区、汉沽城区、大港城区、海滨旅游区、滨海高新区和天津经济技术开发西区。

3）B类供电区域

市区负荷密度在6～15 MW/km2的区域，以18个市级以上产业开发区和31个示范工业园区为主。

4）C类区域

滨海新区、北辰区、津南区、西青区、东丽区：除上述A+、A、B类供电区域以外的其他地区。

武清区、宝坻区：除区政府所在城镇以外的其他城镇。

蓟县、静海县、宁河县：全部城镇。

5）D类区域

武清区、宝坻区、蓟县、静海县、宁河县除上述B、C类区域以外的其他农村地区。

表1 供电分区划分依据指标表

1.2 供电区域类型与中性点接地方式的关系

通过对天津目前配电网的统计分析可以得出如下的中性点接地方式分区域特征：

1）A+类供电区域

负荷密度最大，配电网网架结构以双链、单链为主，线路电缆化率接近100%，少量架空线全部为绝缘导线，配电自动化全覆盖，供电可靠性高。

各电压等级变电站的35kV和10kV侧中性点基本都采用了中性点经小电阻接地方式，只有极少数采用了消弧线圈和不接地方式。

2）A类供电区域

负荷密度较大，配电网网架结构以单链、双辐射为主，线路电缆化率90%以上，少量架空线全部为绝缘导线，配电自动化全覆盖，供电可靠性高。

大多数采用了中性点经小电阻接地方式，比率占到80%以上，少数采用了不接地方式；220kV、110kV变电站的35kV侧中性点接地方式以经小电阻接地为主，少部分为经消弧线圈接地方式。

3）B类供电区域

负荷密度一般，配电网网架单链、双辐射、单辐射结构并存，线路电缆化率约60%，配电自动化覆盖率较高，供电可靠性较高。

消弧线圈、小电阻和不接地等几种接地方式并存，所占比例相差不多。

4）C类供电区域

负荷密度较低，配电网网架相对比较薄弱，以双辐射、单辐射网为主，电缆化率较低，架空线较多，配电自动化覆盖率低，供电可靠性相对较低。

220kV变电站采用了一定比例的小电阻接地方式，在110kV站和35kV站以消弧线圈和不接地方式为主。

5）D类供电区域

负荷密度低，配电网网架相对比较薄弱，以单辐射网为主，架空线较多，电缆化率低，配电自动化覆盖率低，供电可靠性相对较低。

消弧线圈和不接地方式并存，35kV侧以消弧线圈为主，10kV侧以不接地方式为主。

天津各个地理区域中性点接地方式情况不尽相同，结合各类区域配电网的特点确定中性点接地方式是较为可行的一种方法。

1.3 影响中性点接地方式的因素分析

供电区域类型虽然能在一定程度上综合反应影响中性点接地方式的某些因素，但在同一类供电区域里情况也不尽相同，因此，在确定中性点接地方式时除了重点考虑区域类型外，还需计及其他一些主要的影响因素。通过对各影响因素的分析，本文将单相接地故障电容电流大小、线路类型、未来配网及负荷发展情况定为中性点接地方式的主要影响因素。最终确定的影响中性点接地方式的主要指标及参考指标为：

1）主要指标

配电网所处的区域类型（A+、A、B、C、D）；

出线类型（电缆、架空裸导线、架空绝缘线、混合线路）；

单相接地故障电容电流大小；

未来配电网和负荷的发展情况。

2）参考指标

电压等级、对临近通讯线路的干扰、跨步电压、配电自动化水平、配电网网架结构、供电可靠性要求、绝缘要求、设备安全、单相接地故障选线准确性、自然环境、中性点接地设备的预留空间。

2 天津配网中性点接地方式确定方法

利用前一节给出的主要指标构建中性点接地方式确定的权重系数体系，其余指标作为参考指标对最终确定的中性点接地方式进行校核。

利用主要指标构建出中性点接地方式确定的权重系数体系如表2所示。

给出具体的配电网情况后，利用表2计算出小电阻、消弧线圈和不接地的结果数值，数值大的结果对应的接地方式为最合适的中性点接地方式。

利用主要指标确定出中性点接地方式后可利用参考指标对其进行校核，校核规则如下。

单相接地故障选线准确性校核：在选用中性点经消弧线圈接地方式时，应考虑到单相接地故障选线设备选线的准确性，若准确性较低，达不到要求，则不应选择中性点经消弧线圈接地方式。

中性点接地设备的安装空间校核：在进行中性点接地方式改造时，确定中性点接地方式后还需考虑有无设备安装的空间，若安装空间不充足，应重新确定中性点接地方式，如欲将不接地方式改造为经消弧线圈接地方式，若空间不够则可采用智能电抗器方式。

对临近通讯线路的干扰校核：对小电阻接地方式，若有通讯线路与35kV或10kV线路靠近平行架设，需计算对通讯线路的干扰，不满足要求则需重新选择中性点接地方式。

网架结构、供电可靠性要求及配电自动化水平校核：对小电阻接地方式需进行该项综合校核，若网架结构薄弱、供电可靠性要求高且配电自动化水平低则不适宜选用中性点经小电阻接地方式。

电压等级及绝缘要求校核：对于中性点不接地和中性点经消弧线圈接地方式，需计算单相接地故障可能出现的最大过电压值，根据电压等级校核设备绝缘能否满足要求。

跨步电压校核：对于小电阻接地方式，需根据故障电流及土壤电阻率情况计算跨步电压的大小，看是否在限值以下。

设备安全校核：中性点接地方式改造方案确定后，原有设备能否在新的中性点接地方式下安全运行，需在改造前提前校核。

表2 中性点接地方式确定的权重系数体系

3 实例分析

为了验证以上方法的适用性，选取天津城南南八里台变电站进行分析。

（1）南八里台变电站为110/35/10 kV变电站基本信息

3 5 k V 两段母线，电容电流分别为87A、90.7A，属于C类供电区域，两段母线出线总长度分别为：29.696+4.244、24.661+3.724，（电缆+架空线，单位km），近期负荷增长较快。

1 0 k V 两段母线，电容电流分别为：55A、66A，属于C类供电区域，两段母线出线：27.816+29.882、27.328+57.493，（电缆+架空线，单位km），无负荷新增计划。

架空线均为裸导线。

35kV第1段母线中性点接地方式的确定

（2）供电区域类型：C类，该影响因素下的权重系数为

小电阻 0.3×0.4=0.12。

消弧线圈0.5×0.4=0.2。

不接地0.2×0.4=0.08。

（3）线路类型为混合线路，该影响因素下的权重系数

混合线路：电缆29.696km，架空线4.244km。

小电阻=0.1375。

消弧线圈= 0.0563。

不接地= 0.0563。

（4）电容电流大小影响因素下的权重系数

电容电流大小：87A（介于50A-100A之间）。

小电阻 0.4×0.25=0.1。

消弧线圈0.5×0.25=0.125。

不接地0.1×0.25=0.025。

（5）未来配网及负荷发展情况影响因素下的权重系数

未来配网及负荷发展情况：负荷增长速度较快

小电阻 0.6×0.1=0.06。

消弧线圈0.3×0.1=0.03。

不接地0.1×0.1=0.01。

（6）综合考虑各主要指标后的权重系数

小电阻 0.12+0.1375+0.1+0.06=0.4175。

消弧线圈0.2+0.0563+0.125+0.03=0.4113。

不接地0.08+0.0563+0.025+0.01=0.1713。

由此可以看出该段35kV母线中性点应选经小电阻接地方式。利用参考指标校核亦无问题。目前该段母线的中性点接地方式为经消弧线圈接地方式，需进行改造。

同理，对35kV第2段母线及两段10kV母线的中性点进行分析，得出如下结果。

35kV第2段母线：计算结果应为中性点应选经小电阻接地方式。利用参考指标校核亦无问题。目前该段母线的中性点接地方式为经消弧线圈接地方式，需进行改造。

10kV两段母线：计算结果均应选择中性点经消弧线圈接地方式，目前的中性点接地方式为经消弧线圈接地方式，适应性良好。

35kV两段段母线目前电容电流已经接近100A，且电缆出线多，负荷增长快，中性点接地方式已经纳入改造计划，未来将改造为经小电阻接地方式。

4 结束语

中性点接地方式的合理确定对于配电网的安全经济运行十分重要。本文在分析天津配电网各类供电区域特点基础上，结合影响中性点接地方式的主要因素给出天津中压配电网中性点接地方式的合理确定方法，为中性点接地方式的合理选择提供了依据。

[1]张威.佛山10kV配电网中性点接地方式评估与优化研究[D].广州:华南理工大学,2012.

[2]王辉.10kV配电网中性点接地方式的研究[D].天津:天津大学,2007.

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[5]叶军,李超群. 城市中压电网中性点接地方式探讨[J].上海电力,2006(01):54-57.

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