浙江电力 ２６ ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２０１３年第２期 ２０ ｋＶ电网中性点接地方式及配电设备选型 周灵江 一，白 熊 ，韩丽娟 （１．华北电力大学，北京１０２２０６；２．临海市供电局，浙江３．杭州市电力局，杭州摘临海３１７０００； ２１１１０６） ３１０００９；４．国网电力科学研究院，南京要：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。 关键词：２０ ｋＶ配电网；中性点接地方式；电容电流；设备选型 中图分类号：ＴＭ７１４．３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７—１８８１（２０１３）０２—００２６－０５ Ｔｈｅ Ｎｅｕｔｒａｌ Ｐｏｉｎｔ Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｍｏｄｅｓ ｏｆ ２０ ｋＶ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＺＨＯＵ Ｌｉｎｇ－ｊｉａｎｇａ一，ＢＡＩ Ｘｉｏｎｓ￣，ＨＡＮ ＬＩ－】ＵＯＸｔ４ （１．Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｌｉｎｈａｉ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｌｉｎｈａｉ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３ １７０００，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｌｅｃｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｒｅａｕ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ ｒ１０００９，Ｃｈｉｎａ； ４．Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ １ １ ０６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｕｔｒａｌ ｐｏｉｎｔ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ２０ ｋＶ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｈａｓ ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔｆ ｉｎｆｌｕ— ｅｎｃｅ 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 ｃａｐａｃｉ— ｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：２０ ｋＶ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｎｅｕｔｒａｌ ｐｏｉｎｔ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅｓ；ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ；ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅ— ｑｕｉｐｍｅｎｔ 在２０ ｋＶ配电网升级改造工程中．中性点接 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 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 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 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 接地故障时非故障相对地电压为 倍相电压， 和适用范围进行探讨，提出电容电流的计算方 法，可为２Ｏ ｋＶ配电网的设备选型提供技术参考。 如果电容电流相对较大．接地点容易产生间歇性 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， 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ｌ０ Ａ的配电网。 １．２中性点经消弧线圈接地方式 ２０１３年第２期。 浙江电力 ２７ 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 的近似计算公式如下： 无架空地线时： ＝１．１×２．７×Ｕ￣Ｌ×１０ （１） 有架空地线时： ＝１．１ Ｘ３．３×Ｕ￣Ｌ×１０。 （２） 对于电缆线路，电容电流可由以下简化公式 计算： ｒ ＝２７ｒｆＣｎ— ×１０ （３） 、／３ 式中： 为线路长度；Ｃ为电容量；厂为频率； 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３Ｏ 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△（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．在变压器内部另设的稳定绕组， 容量为变压器额定容量的２５％～３Ｏ％，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 ｌ，绝缘水平应满足表２的要求。 表２变压器绕组内部绝缘水平 ｋＶ 高压 中压 低压 三圈变 高 中性点 中 自耦变中性点 ２０ｋＶ中性点 稳定绕组 （１５ ｋＶ／ｌ０．５ ｋＶ） ２８ 周灵江，等：２０ ｋＶ电网中性点接地方式及配电设备选型 ２０１３年第２期 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 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。 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 ｋＶ 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ｌ５％，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％ 接线组别：Ｄｙｎｌ １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 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 Ｔ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￣Ｃ： 在１０％额定电流下通流２ ｈ，温升不超过３８５℃； 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 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Ｌ大Ｊ电 阻发热而烧坏二次回路的情况，因此要求在设计 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≥ｌ ２００ ｋＶＡ，要求零序阻抗 ≤１０ Ｑ， 容量≤９００ ｋＶＡ时， ≤ｌ５ Ｑ；经接地电阻接地、 容量≤１ ２００ ｋＶＡ时， ≤ｌ０ ｎ；容量≤７５０ ｋＶＡ 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。 时， ≤１６ ｎ。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 ３．７ 电力电缆 ２０１３年第２期 浙江电力 ２９ 表４断路器绝缘水平性能参数 ｋＶ 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 ｋＶ 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 表６电流互感器、电压互感器的绝缘和耐压 ｋＶ 系统接线方式 局部放电 允许局部放电水ｇ／ｐＣ 测量电压 液体浸渍 固体 表８电压互感器的额定负荷和准确级别 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ｌＯ ｐＣ。此外，避雷器的性能参数必须 达到表９的要求。 ３．１Ｏ 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 ３０ 周灵江，等：２０ ｋＶ电网中性点接地方式及配电设备选型 ２０１３年第２期 设备额定电压 中性点经电阻接地方式 额定短时工频耐受电压 额定雷电冲击电压 中性点经消弧线圈或不接地 额定短时工频耐受电压 额定雷电冲击电压 表１Ｏ电抗率 ≤１％ 电抗率和额定电压 电容器组额定电压／ｋＶ ２２／、／３ ２３／、／３ ２４，、／３ 参考文献： ｌ１］ 汲亚飞，侯义明．２０ ｋＶ配电网巾性点接地方式选择的研 ４．５％～６．０％ １２％ 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． 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。 ［３］ 李国征．电力电缆线路设计施Ｔ手册『Ｍ１．北京：中国电 力出版社．２００７． 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 收稿日期：２０１２—０９—１０ 作者简介：周灵江（１９８３一），男，浙江临海人，研究生在读， 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。 （上接第２２页） 助理工程师，从事电网保护和设备选型相关工作。 （本文编辑：龚皓） 容性无功补偿装置：在配置感性无功补偿装置 参考文献： ［１］ 车仁青，刘凌波，宗占谊，等．电缆线路对１ｌＯ ｋＶ变电 站无功补偿设计计算的影响［Ｊ】．电力电容器与无功补 偿，２０１１，３２（１）：１３—１５． 时，应以节假日轻负荷时期数据为计算依据．并 充分考虑电缆充电功率造成的影响，以提高感性 无功补偿装置配置的准确度。对于城区电缆出线 较多的２２０ ｋＶ变电站，应增设电抗器以补偿电 缆的充电功率。对于缺乏增设电抗器条件的变电 站，应考虑增装静止无功补偿器。城区电缆化率 较高的１１０ ｋＶ变电站也可考虑在站内１０ ｋＶ母 线或配电网开闭所或配电变压器内装设电抗器以 ［２】 王非，李群炬，李伟．高压电缆对电网无功平衡的影响 及相对措施［Ｊ】．华北电力技术，２００７（６）：１＿３． 收稿日期：２０１２－０４－０９ 作者简介：赵璞（１９８２一），男，辽宁锦州人，硕士，工程师， 就地补偿电缆充电功率，确保不向２２０ ｋＶ电网 倒送无功 从事电网稳定及无功电压管理。 （本文编辑：龚 皓）
