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1、精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -3 20kV配电网中性点接地方式挑选前言电力系统中性点接地方式是一个涉及到供电的牢靠性、过电压与绝缘协作、继电爱护、通信干扰、系统稳固诸多方面的综合技术问题， 这个问题在不同的国家和地区，不同的进展水平可以有不同的挑选； 基于对系统电容电流的运算结果，综合经济性比较分析、 人身安全问题和技术及设备进展水公平各方面因素，20kV 配电网中性点接地方式针对不同出线类型应当挑选不同的中性点接地方式；3.1 电容电流的运算方法电容电流是确定20kV 配电网中性点接地方式的基本依据之一； 配电网电容电流受到多种因素的影响，如要获
2、得精确地数值， 就需要选用专用的测量仪器对其进行现场测量；一般情形下， 电容电流可按精确运算公式或体会公式进行运算；在进行中性点接地方式的挑选时，第一应当对系统电容电流进行运算；3.1.1 线路电容的运算方法（1）架空线路图 3.1-1所示为一条三相架空线路，导线 a，b，c 上分别载有电荷Qa，Qb 和 Qc，采纳镜像法运算线路的对地电容，线路的 电荷与对地电位之间存在如下关系式：abc DabHaa Hcb abc第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -.UQaPaaPabPaca.U bP
3、baPbbPbcQb（3-1 ）.PcaPcbPcc.U cQc图 3.1-1架空线路电容参数运算图式中， Paa 是当 a 导线有单位电荷而其他导线没有电荷时，导线a上的电位，由.U aPaa Qa（ 3-2 ）可得：Paa.QaIn 2H aa ra（ 3-3 ）式中：r a 为导线 a 的半径，m；Haa为导线与其镜像导线间的距离，m；同理可求出互导电位系数，再进一步求出电位系数矩阵；架空线路的每相等值电容可由下式求得：C2002hInr（ 3-4 ）式中： 0 为空气介电常数， F/m；h 为架空线平均对地高度， m；r为架空导线半径， m；（2）电缆线路电缆线路的每相等值电容可由下式
4、求得：C2r00rIn2r1（ 3-5 ）式中：0 为空气介电常数， F/m； R 为电缆材料相对介电常数；r 1 为电缆芯线半径， m；r 2 为电缆外皮内半径， m；3.1.2 电容电流的运算配电网对地电容电流I C 可以采纳下式求得：第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -C0eI3C U L10 3（ 3-6 ）式中：I C为对地电容电流， A；Ue 为系统额定线电压， kV；C0 为电缆或架空线路的单相对地电容， F/km；L 为电缆或架空线路的长度， km；对于架空线路，电容电流可以
5、采纳下式近似估算：IC（ 2.7 3.3 ） U e L10 3（ 3-7 ）式中：Ue 为系统额定线电压， kV；L 为架空线路的长度， km；式 3-7中，系数 2.7 3.3 的取值原就为：对没有架空地线的采纳 2.7 ；对有架空地线的采纳 3.3 ；架空线路的对地电容电流， 既包括其本身的对地电容电流，也应考虑架空地线（屏蔽线）的对地电容电流的影响；此外，同杆双回线 路架设方式也加大了电容电流，其值一般为单回路的1.3 1.6 倍；对于电缆线路，电容电流可以采纳下式近似估算：I C0.1U eL（ 3-8 ）式中： Ue 为系统额定线电压， kV；L 为电缆线路的长度， km； 考虑到
6、电缆结构尺寸变化较大， 电缆线路设计手册中对电容估算公式体会系数进行了修正，电缆电容电流运算公式如下：I CKUeL（ 3-9 ）K951.44 S22000.23 S（3-10 ）式中： K 为体会系数； S 为电缆截面积， mm2；L 为电缆长度， km；电缆线路如进行较为精确的估量，可以参考表3.1-1中的数据；表 3.1-1电缆线路的电容电流值（A/km）电缆截面2（ mm）额定电压（ kV） 102035350.991.822.22501.092.012.41第 3 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - -
7、- - - -701.242.252.64951.372.482.861201.492.683.061501.622.883.271851.783.143.492401.963.463.783002.143.744.074002.414.164.495002.634.664.86由于配电网规模不断扩大，网架结构复杂，负荷多样化，导致了对电容电流产生的影响因素也特别复杂；原先单一的估算公式考虑的情形过于简洁， 无法满意目前配电网电容电流的估算要求，存在肯定误差，需要进行必要的修正；在前述电容电流估算公式中，引入如下修正系数：a）配电装置影响率：运算配电网电容电流时，除了考虑架空线路和电力电缆线路
8、的电容电流， 仍应考虑变电所内配电装置的影响；对于 10kV 中压配电网，变电所配电装置使电容电流增加12% 20%，一般情形下取 15%进行运算；这部分电容电流主要由主变压器、电流互感器、电压互感器和开关柜等对地电容产生；对于20kV 中压配电网，主变压器容量有所增加，母线和开关也一般采纳封闭设计，因此 变电站内配电装置对电容电流的影响也应较之10kV 网络增加，可取20%进行运算；b）低压侧附加电容电流：低压侧的影响可分为两部分，一部 分是配电变压器对系统电容电流的影响，另一部分是低压线路对电容电路的影响；对于主变容量为MT 的变电站，一般取=0.2 0.3MT（ MVA），A；c）配电网
9、裕度系数：裕度系数主要包括对电缆长度及统计不第 4 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -精确的配网参数， 或者由于地区城市化建设较快，远景规划中取得较乐观的数值，均有该系数进行修正，该值一般在1.1 1.5 之间；综上所述，配电网接地电容电流修正公式可表示为：I C(1+)( I M L MI B L BI s Ls )（3-11 ）式中： I M、I B、I s 分别为主线路电缆、分支线电缆和架空线单位长度电容电流， A；LM、LB、Ls 分别为其对应的线路长度，km；3.2 20kV中性点接地方
10、式挑选20kV 配电网依据变电站出线线路类型可以分为三类：纯架空线路、纯电缆线路、 混合线路；不同出线线路类型的配电网有各自的特点，因此，针对不同出线类型应挑选不同的中性点接地方式；城市电力网规划设计导就（Q/GDW 156-2006）关于中压配电网接地方式挑选有如下规定：a）对于 35kV、20kV、10kV 电压等级的中性点不接地系统， 在发生单相接地故障时， 如单相接地电流在 10A以上，宜采纳经消弧线圈接地方式，宜将接地电流掌握在 10A以内，并答应单相接地答应 2 小时；b）对于 35kV、20kV、10kV 电压等级的中性点经低电阻接地系统， 在发生单相接地故障时， 20kV、10
11、kV接地电流宜掌握在 150500A范畴内，35kV接地电流为 1000A，应考虑跳闸停运，并留意与重合闸的协作；c）对于 35kV、20kV、10kV 电压等级的非有效接地系统，当单相接地故障电流达到150A以上的水平常，宜改为低电阻接地系统；沟通电气装置的过电压爱护和绝缘协作（DL/T 620-1997）关于中压配电网接地方式挑选有如下规定：a） 3kV10kV 不直接连接发电机的系统和 35kV、66kV系统，当单第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -相接地故障电容电流不超过以下数值时，
12、应采纳不接地方式；当超过下列数值又需在故障条件下运行时，应采纳消弧线圈接地方式：3kV10kV 钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和全部35kV、66kV系统，10A；3kV10kV 非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为 3kV和 6kV时，30A；10kV时，20A；3kV10kV电缆线路构成的系统， 30A；b） 6kV35kV主要由电缆线路构成的送、 配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采纳低电阻接地方式，当应考虑供电牢靠性要求、故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备的影响、对通信的影响和继电爱护技术要求以及本地的运行体会等；3.2.1 纯架空线路中性点接地方式挑
13、选2纯架空线路中， 只有变电站出线部分存在电缆，其它均为架空线路；假设变电站出线电缆部分的电容电流值为5.0A（出线电缆截面 考虑为 -185mm，长度按 1.6km 运算）；依据 3.1节估算公式，考虑 20kV配电装置影响，电容电流增加值为20%；同杆双回架设方式影响，电 容电流增加值为60%；不计低压侧附加电容电流及配电网裕度系数；变电站 20kV 纯架空出线情形下的电容电流的具体数值和中性点接地方式挑选情形见表3.2-1和表 3.2-2 ；表 3.2-1变电站 20kV 纯架空出线电容电流值线路长度电容电流线路长度电容电流（ km）（A）（ km）（A）107.09015.3208.1
14、10016.4309.112018.4第 6 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -4010.114020.55011.215021.66012.216022.67013.318024.78014.320026.7表 3.2-2纯架空出线变电站中性点接地方式挑选（ km）（ km）10A90B20A100B30A120B40A140B50B150B60B160B70B180B80B200B线路长度接地方式线路长度接地方式注： A 为中性点不接地方式；B 为中性点经消弧线圈接地方式；变电站20kV 出线
15、为纯架空线的对地电容电流随线路总长度的变化曲线如图 3.2-1 所示；当变电站 20kV 架空线路总长度大于 40km 时，电容电流大于 10A，应采纳消弧线圈接地方式；当变电站 20kV25A） 20（ 流 电 15容电10不接地方式消弧线圈接地方式架空线路总长度小于40km时，5050100150200架空线路总长度（km）图 3.2-1变电站 20kV 纯架空出线电容电流变化曲线第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -采纳中性点不接地方式；纯架空出线的变电站常见于负荷较小的农村电网中，在广
16、大农村地区， 20kV 配电网以架空出线为主；考虑到农村地区的负荷增长缓慢，在 20kV 电网建设初期， 变电站出线较少， 架空线路总长度较短， 当小于 40km时，可采纳中性点不接地方式； 待 20kV 电网有肯定程度的进展后，变电站出线增多，架空线路总长度增加后，可以改造成消 弧线圈接地方式；3.2.2 纯电缆线路中性点接地方式挑选纯电缆线路中， 依据 3.1节估算公式，考虑 20kV 配电装置影响，电容电流增加值为20%；不计低压侧附加电容电流及配电网裕度系数；变电站 20kV 纯电缆出线情形下的电容电流的具体数值和中性点接地方式挑选情形见表3.2-3和表 3.2-4 ；电缆总 长（km
17、）表 3.2-3变电站 20kV 纯电缆出线电容电流值（A）2403004005001021.824.127.029.832.234.637.741.544.949.955.92043.748.254.059.564.369.175.483.089.899.8111.8电缆截面（ mm2） 355070951201501853065.572.481.089.396.5103.7 113.0 124.6 134.6 149.8167.84087.496.5108.0 119.0 128.6 138.2 150.7 166.1 179.5 199.7223.750109.2120.6135.014
18、8.8160.8172.8188.4207.6224.4249.6279.660131.0144.7162.0178.6193.0207.4226.1249.1269.3299.5335.570152.9168.8189.0208.3225.1241.9263.8290.6314.2349.4391.480174.7193.0216.0238.1257.3276.5301.4332.2359.0399.4447.490196.6217.1243.0267.8289.4311.0339.1373.7403.9449.3503.3100218.4241.2270.0297.6321.6345.63
19、76.8415.2448.8499.2559.2120262.1289.4324.0357.1385.9414.7452.2498.2538.6599.0671.0140305.8337.7378.0416.6450.2483.8527.5581.3628.3698.9782.9第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -160349.4385.9432.0476.2514.6553.0602.9664.3718.1798.7180393.1434.2486.0535.7578.9622.1678.
20、2747.4807.8898.61006.6200436.8482.4540.0595.2643.2691.2753.6830.4897.6998.41118.4894.72表 3.2-4纯电缆出线变电站中性点接地方式挑选电缆总长（km）电缆截面（ mm） 3550709512015018524030040050010BBBBBBBBBBB20BBBBBBBBBBB30BBBBBBBBBBC40BBBBBBCCCCC50BBBBCCCCCCC60BBCCCCCCCCC70CCCCCCCCCCC80CCCCCCCCCCC90CCCCCCCCCCC100CCCCCCCCCCC120CCCCCCCC
21、CCC140CCCCCCCCCCC160CCCCCCCCCCC180CCCCCCCCCCC200CCCCCCCCCCC注： B 为中性点经消弧线圈接地方式，C为中性点经低电阻接地方式；第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -变电站 20kV的出线电缆的平均截面一般可取为185mm2；变电站出线的电容电流随出线 电缆总长度的变化曲线如图3.2-2所示，当变电站出线电缆的总长度大于 35km时，考虑配电装置电容电流影响，此时总800700） 600A（ 500流 400电容 300电2001000消
22、弧线圈接地方式0255075 100低电阻接地方式125 150175200的对地电容电流大于150A，宜采纳低电阻接地方式；电缆线路总长度（km）图 3.2-2变电站 20kV纯电缆出线电容电流变化曲线纯电缆出线的变电站常见于负荷较为密集的城市电网中，出线电缆总长度较长，一般大于35km，宜采纳中性点低电阻接地方式；在 电网建设初期，变电站出线电缆的总长度可能小于35km，但是，考虑到城市电网进展速度较快，也宜考虑采纳低电阻接地方式；因此， 对于变电站 20kV 出线为纯电缆线路的情形， 宜采纳低电阻接地方式；3.2.3混合线路中性点接地方式的挑选变电站 20kV 出线为架空线和电缆线混合的
23、情形在20kV 配电网中较为常见；依据3.1节估算公式，考虑20kV 配电装置影响，电容电流增加值为 20%；同杆双回架设方式影响，架空线路电容电流增加值为 60%；不计低压侧附加电容电流及配电网裕度系数；变电站 20kV 为混合线路的情形下电容电流的具体数值和中性点接地方式挑选情形见表3.2-5和表 3.2-6 ；表 3.2-5变电站 20kV 混合出线电容电流值（A）电缆总架空线路总长（ km）第 10 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -长（ km）1020406080100120140160
24、18020018.49.411.513.615.717.719.821.924.026.028.1211.012.014.116.218.220.322.424.526.528.630.7416.117.119.221.323.425.427.529.631.733.735.8623.624.726.828.830.933.035.037.139.241.343.3831.232.234.336.438.440.542.644.746.748.850.91038.739.841.843.946.048.050.152.254.356.358.430114.1115.1117.2119.3121
25、.3123.4125.5127.6129.6131.7133.835132.9134.0136.0138.1140.2142.2144.3146.4148.5150.5152.640151.8152.8154.9156.9159.0161.1163.2165.2167.3169.4171.550189.4190.5192.5194.6196.7198.8200.8202.9205.0207.1209.160227.1228.2230.2232.3234.4236.4238.5240.6242.7244.7246.880302.5303.5305.6307.7309.7311.8313.9316
26、.0318.0320.1322.2100377.8378.9380.9383.0385.1387.2389.2391.3393.4395.5397.5120453.2454.2456.3458.4460.5462.5464.6466.7468.7470.8472.9140528.6529.6531.7533.7535.8537.9540.0542.0544.1546.2548.3160603.9605.0607.0609.1611.2613.2615.3617.4619.5621.5623.6180679.3680.3682.4684.5686.5688.6690.7692.8694.8696
27、.9699.0200754.6755.7757.7759.8761.9764.0766.0768.1770.2772.3774.3电缆总长（ km）表 3.2-6混合出线变电站中性点接地方式挑选1401601802001AABBBBBBBBB2BBBBBBBBBBB4BBBBBBBBBBB6BBBBBBBBBBB8BBBBBBBBBBB10BBBBBBBBBBB30BBBBBBBBBBB35BBBBBBBBBCC40CCCCCCCCCCC架空线路总长（ km） 1020406080100120第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - -
28、 - - - - - - - - - -50CCCCCCCCCCC60CCCCCCCCCCC80CCCCCCCCCCC100CCCCCCCCCCC120CCCCCCCCCCC140CCCCCCCCCCC160CCCCCCCCCCC180CCCCCCCCCCC200CCCCCCCCCCC注： A为中性点不接地方式，B 为中性点经消弧线圈接地方式，C 为中性点经低电阻接地方式；出线为混合线路的20kV 变电站的中性点接地方式与线路长度的关系如图3.2-3所示；当变电站 20kV 出线中电缆总长度小于 1.6km 且架空线路总长度小于200m） 175k（ 150度 长 125路总 100消弧线圈接
29、地方式低电阻接地方式40km时，采纳中性点不接地方式； 当变电站20kV 出线中电缆总长线 75空架 5025不接地方式度大于 35km时，采纳中性点低电0102030405060708090阻接地方式；其它范畴内采纳中性点经消弧线圈接地方式；电缆线路总长度（km）图 3.2-3变电站 20kV 混合出线接地方式与线路长度关系我国目前 10kV 线路和 35kV 线路中混合线路所占的比例较高， 可以估量在 20kV改造后，大部分地区 20kV配电网也将以混合线路为主；在混合线路中， 三种接地方式有各自的适用范畴；在挑选中性点接地方式过程中， 也应当考虑电网的将来进展情形和同一供电区域内中性点接
30、地方式一样的原就；第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -3.3 20kV中性点接地方式经济性分析不同接地方式下配电网设备和线路对绝缘水平的不同要求，将导致设备改造费用的差异，因此，需要对20kV 配电网中性点不同接地方式进行经济性比较分析；在配电网升压至 20kV 过程中，架空线路等设备可以在原有设备基础上进行部分改造，以满意 20kV 电压等级的要求；但是对于开关设备和电缆设备，在原有 10kV 设备上进行改造在利用比较困难，因此需要部分更换新设备；各种中性点接地方式的绝缘水平要求依据 沟
31、通电气装置的过电压爱护和绝缘协作（ DL/T 620-1997 ）规定， 20kV 配电网设备和线路的绝缘水平要求如表 3.3-1 所示；表 3.3-1不同接地方式的设备和线路绝缘水平中性点接地方式设备绝缘水平（p.u.）线路绝缘水平（ p.u. ）不接地方式3.53.5消弧线圈接地方式3.23.2低电阻接地方式2.52.5在 20kV 配电网中，采纳中性点非有效接地（包括不接地和消弧线圈接地方式） 对开关设备的工频耐压水平高于低电阻接地方式；因此，对于 20kV 配电网涉及的开关设备，其工频耐压水平应符合电力行业所规定的高工频耐压水平；依据以上分析，20kV 配电网在不同接地方式下设备挑选及
32、经济性比较如下：（ 1） 开 关 设 备a）在中性点经低电阻接地方式下，对于开关设备可挑选工频耐压通用值 50kV，断开耐压值 64kV 的低绝缘水平标准；第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -b）在中性点经消弧线圈接地和不接地方式下，对于开关设备应挑选工频耐压通用值65kV，断口耐压值 79kV 的高绝缘水平标准；其价格略高于同等条件下的低绝缘水平标准开关设备的价格，比低电阻接地方式下开关柜价格提高约10%；（ 2） 电 缆 设 备a）在中性点经低电阻接地方式下，对于电缆设备可采纳工频耐压
33、 水 平 较 低 的 A 类 电 缆 ；b）在中性点经消弧线圈接地和不接地方式下，对于电缆设备应采纳工频耐压水平较高的C类电缆；其每千米电缆价格比低电阻接地方式下价格提高约10%；接地设备和接地变压器设备与开关设备及电缆设备相比，其费用所占投资总费用的比例很小，因此，其对总投资费用的影响较小；3.4 20kV中性点接地方式综合挑选中性点接地方式关系到电力系统的安全与经济运行，涉及系统的供电牢靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压、继电爱护、 通信干扰、系统进展规划及资金投入、电网现状、运行体会、接地装 置等多个方面； 中压配电网实行何种接地方式应依据实际电网的数据及综合技术经济比较结果；一
34、般来说， 20kV 中压配网的中性点接地方式挑选除了需考虑3.2 3.3章节技术及经济因素外，仍需要综合权衡以下因素：（ 1）电网参数当区域电网瞬时故障率较低、电网网络顽强、备用容量充裕时，相宜采纳低电阻接地方式；在电网不够顽强、备用容量欠缺时，为保第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -证牢靠性应考虑消弧线圈接地或不接地方式；（ 2）过电压水平中压配电网的不同接地方式对系统过电压水平有直接影响，而过电压水平打算了变电设备与线路主要绝缘参数的选取，直接关系到规划、建设和改造的投资；（ 3）人身
35、安全问题人身安全是挑选中性点接地方式要考虑的重要方面， 用以下几种指标以考查中性点接地方式对人身安全的影响： 人触及接地的设备金属部件时的电压；单相接地电流入地点邻近的跨步电压；（ 4）继电爱护协作不同的接地方式有着不同的继电爱护接线方法和原理，不同的爱护对于网络结构、调度运行方式、运行或爱护人员的工作等有直接的影响；（ 5）系统规划进展资金区域中压配电网所采纳的接地方式直接影响电网各方面的资金投入；如低电阻接地方式会导致电网的网架建设和备用容量投资有显著增加， 但投入到设备绝缘方面的资金会削减； 一般中压配电网的一次网架建设和备用容量占用的资金比例最高， 其次为设备和线路绝缘水平的提高、继电
36、爱护的投资等；（ 6）技术及设备进展水平在电网较为完善的发达国家，电网一般配备有多条备用线路，多采纳中性点经低电阻接地， 协作快速继电爱护和开关装置，瞬时跳开故障线路，投入备用线路， 并不影响电网供电的牢靠性；而我国电网尚不特别完善， 配有多条备用线路的电网较少，一般只集中于某些大城市；在以架空线路为主的配电网中， 低电阻接地引故障跳闸率较高，第 15 页，共 16 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -使用受到了限制； 但在以电缆为主的配电网中因其故障率极低，这个问题并不突出， 并且由于使用了绝缘水平低的电缆，为了降低过电压水平，减小相间故障的可能性，要求采纳