鄭志杰，王 艷，李 磊

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013)

目前，我國(guó)大多采用10kV中壓配電網(wǎng)來(lái)聯(lián)系和溝通高低壓配電網(wǎng)。隨著城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，社會(huì)用電負(fù)荷急劇增長(zhǎng)，城市配電網(wǎng)采用10kV供電的局限性越來(lái)越突出，主要體現(xiàn)在：110/10kV變電站分布過(guò)密；出線回路多，線路走廊受限；難以滿足大負(fù)荷用戶的用電需求；線路負(fù)載重、損耗高，電壓質(zhì)量難以保證。

農(nóng)村電網(wǎng)的10kV供配電設(shè)施，由于建設(shè)初期投資有限，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不高，送電距離過(guò)長(zhǎng)，線徑過(guò)細(xì)，配電線路電壓低，線損率高。如將現(xiàn)有10kV農(nóng)電線路升壓改造為20kV線路，可增加供電距離，擴(kuò)展電網(wǎng)覆蓋范圍。如用20kV一級(jí)配電電壓代替現(xiàn)有35kV和10kV兩級(jí)電壓，既可減少一次性投資，又可降低線損。目前，國(guó)家為擴(kuò)大內(nèi)需，計(jì)劃投巨資改造中西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)的電網(wǎng)，在合適的地區(qū)采用20kV作為中壓配電電壓，可節(jié)約建設(shè)資金，擴(kuò)大受益范圍。

目前，國(guó)內(nèi)采用20kV作為中壓配電電壓的典型區(qū)域有蘇州工業(yè)園和遼寧本溪供電公司的南芬二次變電所。前者是負(fù)荷集中、密度高的發(fā)達(dá)工業(yè)區(qū)，采用全電纜線路；后者是負(fù)荷分散、密度低、供電半徑大的農(nóng)村地區(qū)，采用全架空線路。

理論研究和運(yùn)行實(shí)踐都表明，20kV作為中壓配電電壓等級(jí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其發(fā)展前景更為廣闊。雖然20kV要完全取代10kV作為中壓配電網(wǎng)的主流電壓還需經(jīng)歷一段漫長(zhǎng)的過(guò)渡期，但20kV可以首先在新建地區(qū)或需大規(guī)模改造地區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)，以積累經(jīng)驗(yàn)、培養(yǎng)人員。

20kV在大規(guī)模推廣之前需要解決現(xiàn)有運(yùn)行的10kV線路是否可直接升壓為20kV線路、20kV配電網(wǎng)組網(wǎng)的接線原則和接線方案的選擇、20kV配變?nèi)萘康倪x擇等一系列問(wèn)題。本文僅就20kV配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行分析。

1 中性點(diǎn)接地方式簡(jiǎn)介

電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式主要分兩大類：凡是需要斷路器遮斷單相接地故障者，屬大電流接地方式；凡是單相接地電弧能夠瞬間自行熄滅者，屬小電流接地方式。

大電流接地方式中，主要有：中性點(diǎn)有效接地方式、中性點(diǎn)全接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)低電抗、中電阻和低電阻等接地方式。

在小電流接地方式中，主要有：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式、中性點(diǎn)不接地方式、中性點(diǎn)經(jīng)高電阻等接地方式。

對(duì)于110kV及以上的高壓、超高壓和特高壓電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要應(yīng)限制工頻電壓的升高和降低絕緣水平，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益顯著。業(yè)界對(duì)110kV及以上電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式的選擇基本保持一致，即采用有效接地方式，即系統(tǒng)在各種條件下應(yīng)該使零序與正序電抗比為正值并且不大于3，而其零序電阻與正序電抗之比為正值且不大于1。

對(duì)于110kV以下的中壓電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，中性點(diǎn)接地方式可以說(shuō)多種多樣，有不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)小電阻接地等方式。對(duì)此類電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，降低絕緣水平產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較小，工頻電壓升高的不良影響明顯降低，首要問(wèn)題是限制單相接地故障電流及一系列的危害。

2 20kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式的選擇

未來(lái)20kV將首先應(yīng)用于兩類地區(qū)：一是新興的城市工業(yè)區(qū)域，負(fù)荷密度較高，大多采用電纜作為配電線路；一是亟需改造的農(nóng)村地區(qū)，負(fù)荷密度較低，大多采用架空線路作為配電線路。

目前，業(yè)界對(duì)于20kV配電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇主要有兩種不同的技術(shù)路線：中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地和消弧線圈接地。

確定中性點(diǎn)的接地方式是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是一個(gè)涉及到供電可靠性、絕緣配合、繼電保護(hù)、人身安全、通訊干擾、電磁兼容等多方面的綜合性技術(shù)問(wèn)題，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性都有著重大影響。

2.1 供電可靠性

單相接地故障可分為永久性故障和瞬時(shí)性故障。對(duì)于永久性接地故障，應(yīng)停電排除故障后恢復(fù)供電。

在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)可短時(shí)(不超過(guò)2h)帶故障運(yùn)行，瞬時(shí)性故障可以自動(dòng)消除，永久性故障可在拉停線路前通過(guò)轉(zhuǎn)移負(fù)荷以減少用戶停電，因此供電可靠性較高。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地則無(wú)論何種故障，均立即跳閘切除故障線路，因此連續(xù)供電能力較差。

對(duì)于采用20kV供電的城市工業(yè)區(qū)域，一般系統(tǒng)備用容量大，設(shè)備性能較好，自動(dòng)裝置和管理水平較高，而且多以手拉手、環(huán)網(wǎng)方式供電，此時(shí)采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地不會(huì)對(duì)供電可靠性造成太大影響。

對(duì)于農(nóng)網(wǎng)地區(qū)，一般供電網(wǎng)絡(luò)較薄弱，且多為架空線路，易受雷擊和外力破壞，因此以瞬時(shí)性故障居多，如采用消弧線圈接地方式可以提高供電的連續(xù)可靠性；如采用小電阻接地，供電可靠性則無(wú)法保障。

但是小電流選線技術(shù)目前還沒(méi)有完全成熟，某些情況下只能通過(guò)試?yán)€路確定故障線路，這會(huì)造成很多用戶短時(shí)停電。

2.2 絕緣配合

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的缺點(diǎn)是發(fā)生接地故障時(shí)，非對(duì)地相的對(duì)地電壓升至線電壓，對(duì)電網(wǎng)的絕緣形成威脅。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地可降低單相接地工頻過(guò)電壓，而且能迅速切除故障線路，工頻電壓升高持續(xù)時(shí)間很短，有利于保護(hù)有累積效應(yīng)的電纜絕緣。

對(duì)于城市工業(yè)區(qū)域，如采用小電阻接地方式可采用絕緣等級(jí)較低的電纜，節(jié)約建設(shè)資金；如采用經(jīng)消弧線圈接地方式，由于電纜線路眾多，永久性故障居多，對(duì)電纜絕緣要求高。

采用中性點(diǎn)接地還有一大優(yōu)點(diǎn)：即有利于將原先的10kV線路升壓至20kV運(yùn)行，減少建設(shè)時(shí)間，避免浪費(fèi)資源。

2.3 繼電保護(hù)

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障點(diǎn)殘流較小，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的準(zhǔn)確動(dòng)作比較困難，在很多情況下還需要通過(guò)試?yán)€路來(lái)確定故障線路。雖然目前已出現(xiàn)了突變量法、能量法、諧波比幅比相法、穩(wěn)態(tài)小波法和首半波法等多種小電流選線技術(shù)，但目前為止還沒(méi)有公認(rèn)的成熟技術(shù)。

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)故障點(diǎn)電流較大，零序過(guò)電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)便，選線工作較易實(shí)現(xiàn)。

2.4 人身安全

接地故障電流對(duì)人身安全的威脅主要表現(xiàn)在接觸電壓和跨步電壓兩方面。

當(dāng)小電阻接地的20kV配電壓發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流很大，故障點(diǎn)和中性點(diǎn)附近形成了危險(xiǎn)的接觸電壓和跨步電壓，即使斷路器瞬間跳開(kāi)，也有可能發(fā)生人身事故，因此應(yīng)采取一些必要的技術(shù)措施，以減小威脅。

消弧線圈接地系統(tǒng)，由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，接地點(diǎn)接地電流很小，其跨步電壓和接觸電壓較小，對(duì)人身安全危險(xiǎn)較小。

2.5 對(duì)通信線的干擾

電力網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榇嬖陔姶篷詈稀㈧o電感應(yīng)、地中電流傳導(dǎo)、高頻電磁輻射等情況都會(huì)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾作用。前三種情況與中性點(diǎn)接地方式有密切關(guān)系。限制單相接地電流是防止通信干擾的有效措施，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地在減小通信干擾方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。如果供電區(qū)域內(nèi)有對(duì)通信要求和電磁兼容要求特別高的情況，應(yīng)慎重選擇小電阻接地方式。

3 結(jié)語(yǔ)

20kV電壓等級(jí)在配電網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景，其中性點(diǎn)接地方式的選擇是一個(gè)涉及供電可靠性、絕緣配合、繼電保護(hù)、人身安全、通訊干擾、電磁兼容的綜合性問(wèn)題，應(yīng)全面考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因時(shí)因地而宜，不宜采用一刀切方式進(jìn)行推廣。

[1]魏慶海，等.配電網(wǎng)采用20kV供電的前景分析[J].電網(wǎng)技術(shù), 2008, 32(23).

[2]馬蘇龍.20kV電壓等級(jí)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù), 2008, 32(19).

[3]姜祥生.城網(wǎng)配電電壓等級(jí)研究[J].電網(wǎng)技術(shù), 1999,23(2).

[4]姜祥生.蘇州工業(yè)園20kV配電工程[J].電網(wǎng)技術(shù),1997, 21(2).

[5]王世閣，等.20kV供電系統(tǒng)在電網(wǎng)改造中的應(yīng)用[J].電力設(shè)備, 2004, 5(9).

[6]范明天，等.城市電網(wǎng)電壓等級(jí)的合理配置[J].電網(wǎng)技術(shù), 2006, 30(10).

[7]牛永奎，等.10kV配電網(wǎng)絡(luò)升壓至20kV運(yùn)行的可行性探討[J].電網(wǎng)技術(shù), 2008, S1.

[8]馬蘇龍，等.10kV電纜升壓至20kV運(yùn)行的可行性研究[J].中國(guó)電力, 2009, 42(1).

[9]要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.