20kV配电网应用及中性点接地方式研究-中国期刊网

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（整期优先）网络出版时间：2021-09-30

作者: 简国伟

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20kV配电网应用及中性点接地方式研究

简国伟

肇庆市恒电电力工程有限公司 526000

摘要：随着经济的发展，20kV配电网在20kV配电网的建设中具有越来越大的优势，而在建设的过程中在技术上各类关键性的问题涌现，如电力系统的运行稳定性、经济性、电能质量、减少电网投资以及中性点接地方式等。这对于电力系统设计过程中的设备选型、系统运行与继电保护均提出了更高的要求。本文首先探讨了20kV电压等级与10kV、35kV电压等级的优点，然后对20kV配电网中性点不接地、消弧线圈接地、小电阻接地、柔性接地等问题进行了分析和探讨，并提出了相应的建议。最后总结了20kV配电网中性点接地的现状和发展趋势，为今后20kV配电网的广泛应用提供技术参考。

关健词：20kV配电网；中性点；接地方式；

引言

当下我国人口密集，用电量的快速增长，经济发达的城市和开发区的配电网问题开始出现，20kV电压水平正在逐步达到优势。在进行改造20kv配电网系统的过程中，最为关键的一步就是对于中性点接地方式的改造。对这部分系统的改造将会决定系统在设备转换与绝缘性能方面的表现，将会直接影响到配电网的运行安全。因此必须要结合实际情况选定恰当的中性点接地方式，对于目前20kv配电网的转换具有十分重要的现实意义。

1、20kV配电网所具有的优越性

1.1以供电侧角度去分析

在省会城市与直辖市中，20kV配电网的应用促使其主电压等级顺序变为220/110/20/0.38kv或220/20/0.38kv。理论上，其优势如表1所示。

表1理论分析条件下20kV和10kV的对比

20kV设备（电缆、变压器、环网交换机等）的设备成本一般比10kV高百分之十到百分之二十，设备规模略有扩大。主要原因是10kV和20kV属于中压。两种技术要求没有太大区别。随着电压等级的提高，对电气绝缘等级的要求也在逐渐加强。运营成本方面，采用20kV直送，但通过扩大供电半径，与10kV配网相比，其所需的变电站数量大大减少，所需的投资数额也得到了有效的降低。20kV配电网的改造只需要基于原先的10kV的电网线路走廊，针对于其关键的电缆、变压器等设备稍作转换就能够达到20kV的功能需求。这一改造方式不仅仅促使原先的电缆接入得到了更好的优化，在灵活性与经济性方面有着较大的优势。并且这一迁移格式的改造方式也促使20kV架空线建设的过程中，能够很好地解决与10kV的接触问题。

20kV比10kV有很大优势。 35kV怎么样呢？对于高负荷密度，35kV直流配电容量使用受限，电缆线路明显增加，金属消耗量大，电网结构复杂，产生容性电流。会显着增加。架空线的使用受到电磁环境和安全距离要求的限制。因此，从技术上讲，采用35kV直接配电不仅降低了设备的体积和成本，而且通道占用投资过多。并且35kV直接配电的建设将不能利用此前所建设成熟的10kV的设备与线路走廊。受低压设备热稳定性影响。短路容量有限。总的来说，20kV电压等级相较于10kV配电网而言，其既能够在功能上有所完善与拓展，并且简化了35kV中段可忽略不计的电压转换等级。将简化的电压电平与升压扩展、损耗降低和成本降低相结合具有明显的优势。

1.2从用电侧角度分析

电价电费因素

一般情况下，参照于1-10kV和35-110kV电压等级的平均销售价，以制定20-35kV电压等级的销售价。在负荷密度较大的区域，在政策的支持下其20kV比10kV更经济。如果耗电量大，节省的资金是相当可观的。

土地资源因素

与35kV配电站相比，20kV配电站的用地需求更小。统计数据显示，就单个配电站而言，35kV所需的面积是20kV所需的10倍。另外，线路分布点密度和线路走廊空间节约了土地资源，同时运行维护费用也没有明显提高。

2、20kV中性点接地方式分析

2.1中性点不接地方式

中性点不接地系统结构简单，一般不需要用到电阻等设备，当发生接地故障时，线电压不会改变，允许用户继续工作。保护仅报警，不跳闸，提高供电可靠性。由于没有零序电流路径，对环境通信的干扰很小，但电弧和过电压会导致多相接地故障，以防止连接。连续操作不应超过2小时。由于非故障相电压上升到线电压，工频幅值过电压在3.5pu左右，容易发生铁磁谐振，所以变压器经常烧坏爆炸，设备绝缘水平变差。在这种接地方式中，主要考虑的是对地的容性电流。因此，中性点不接地法目前主要用于10A以下的电容器电流。

在发生故障时，减少接地故障时的电流并自动产生电弧。减少故障加剧，并且考虑到供电可靠性，一般而言断路器并不会立刻关闭。如何监测系统的容性电流，是当下配电网需要解决的问题。在发生故障时，配网自动化系统和设备难以正常运行。在发生单相接地故障时，工频过电压幅值可达3.2pu。因此，大多数大容量电流和混合架空电缆的城市配电网络。

2.2中性点用小电阻接地

中性点通过一个小电阻接地。当发生故障时，电流信号更大的电流流过地线。继电保护装置立即启动断路器以消除故障点。去除可以有效降低过电压，但缺点是断路器跳闸，电源在任何故障面前都不可靠。因此，这种接地方式主要用于大型电网（大电容电流难以补偿电流和电弧灭火），另外，如果形成配电网，也可以采用低阻接地方法。

若是将低电阻中性点接地方式应用至20kV电网之中，将20kV主变压器安置在低电压侧，并在没有中性点的区域采取三角形接法进行二次绕组，接地变压器应按如下方式使用：中立点。接地变压器一般采用Z形接线（以降低零序阻抗），站内变压器可用合适的负载代替（通常不推荐）。有以参考：1）保证供电的可靠性。要采取转移电源的方式确保重要用户供电的稳定。如对于负荷密度大的区域，其有着较高的供电可靠性要求，可以采取“花瓣形”的方式建设20kV配电网并以闭环的方式进行运行（参考新加坡电网），正常运行有该模式下的两个电源，所有用户都满足“N-1”要求，重要用户可以满足“N-2”要求。

2）在电阻、绝缘、温升性能的选择上也有很多限制。从降低过压倍数和提高保护灵敏度的角度来看，电阻越小越好。从增加通信干扰和人身安全的角度来看，电阻越高越好。对于6-20kV配电网，普遍接受的分级标准是高阻（>500Ω，接地故障电流<10-15A），中阻（10～500Ω，15A<接地故障电流<700A），和低阻（<10Ω，接地故障电流>700A）（仅高阻和低阻）。

2.4中性点灵活接地方式

上述分析指出单一接地的优劣势较为明确，但是其在现代更加复杂与智能化的配电网的建设与运行中的使用效果较差，亟需在该技术上进行发展。由此发展出了一种新型中性点接地方式，即采用灵活智能的开关接地装置的中性点柔性接地方式。其原理是监控和确定电网电压、电容电流值或其他量。控制器根据故障类型自动切换接地方式，这是通过消弧线圈接地方式实现的。在瞬时或永久性故障的情况下，开关采用低电阻接地方式，这使得消弧线圈接地方式难以准确选线和故障隔离，这是低功率电源的缺点。故障排除后，小电阻经设定延时后即可解除运行。

常见组件包括接地变压器、中性电压（电流）变压器、消弧线圈、就地控制柜、高压接触器、可控小电阻和控制器。如图1所示，控制器是核心，必须保证系统各项数据测量、消弧线圈补偿、小电阻切换、跳闸指令的可靠完成。在正常操作期间，消弧线圈打开。一旦发生故障，消弧线圈会立即纠正和熄灭电弧，接地故障自动消失。超过设定时间不消失后，接地方式可改为控制器，接地电流采用小电阻来进行增大，并有继电保护动作，故障排除后，小电阻经设定延时后即可解除运行。

图1中性点灵活接地方式一次接线图

国内外20kV配电网中性点接地方式的选择现状

3.1国外选择现状

电网中性点接地的要求因国家而异。它主要根据各国电网的运行经验、技术条件和历史原因，具有以下特点：

1）在电力技术先进，并且在长期的电网运行经验的指导下，德国等的电网电缆长度超过1600公里且电容电流达到4000A的情况下，谐振接地还采用了这种方法。

2）由于自动化程度高，继电系统保护程度高，设备绝缘设计水平低，对于电网建设良好、供电可靠的系统（如美国）采用小电阻接地方式。

3）新加坡等亚洲国家的电网长期以来以其可靠的电力供应而闻名。20kV花瓣网中性点用小电阻接地，接地电阻为6.5Ω。

3.2国内选择现状

20kV配电电压最先在肇庆工业园区中得到运用，并采取7.7Ω小电阻进行中性点接地。中性点用小电阻接地适用于10kV升压器转换的20kV配电网中。市内新建的20kV配电网，中性点应通过消弧线圈接地。肇庆是低负荷、低密度、大功率半径的农村地区，采用完整架空线和中性点接地，采用消弧线圈接地。为满足于用电安全，确保足够的保护灵敏度，采取5Ω小电阻进行中性点接地。无论选择什么，20kV配电网络都特定于特定的变电站或间隔，并且基于单一的接地方法选择。