天津中壓配電網(wǎng)中性點接地方式的合理確定方法研究

/國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院 栗薇 劉寶成 魏菊芳/

0 引言

電力系統(tǒng)中性點接地方式是一個涉及到技術(shù)、經(jīng)濟和安全等多個方面的綜合問題，是防止事故發(fā)生的一項重要應(yīng)用技術(shù)，具有理論研究與實踐經(jīng)驗密切結(jié)合的特點，因而是電力系統(tǒng)實現(xiàn)安全與經(jīng)濟運行的基礎(chǔ)之一，中壓配電網(wǎng)中性點接地方式的合理確定對于城市電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行具有十分重要的作用[1-3]。

天津電網(wǎng)現(xiàn)有四種中性點接地方式：中性點不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)小電阻接地和經(jīng)智能型電抗器接地。隨著天津市配電網(wǎng)高速發(fā)展，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在發(fā)生很大的變化，配電網(wǎng)中電纜線路的比率逐年上升，不同區(qū)域負荷越來越不平衡。原有的中性點接地方式已越發(fā)不能滿足中壓配電系統(tǒng)的發(fā)展要求，造成天津配電網(wǎng)過電壓事故頻發(fā)。本論文通過分析天津電網(wǎng)各類供電區(qū)域的分區(qū)特征以及影響中性點接地方式的主要因素給出中性點接地方式的確定方法，對天津電網(wǎng)未來中性點接地方式的合理發(fā)展及職能電網(wǎng)建設(shè)具有一定的意義。

1 影響天津配電網(wǎng)中性點接地方式的因素

配電網(wǎng)中性點的接地方式涉及電網(wǎng)的安全運行，供電可靠性，過電壓和絕緣的配合，繼電保護，接地設(shè)計等多個方面的因素，而且對通信和電子設(shè)備的電子干擾、人身安全等方面有重要影響。具體可列出如下因素：單相接地故障電容電流大小、線路類型、配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及供電可靠性、對通訊線路的干擾、接地故障情況下的跨步電壓、電壓等級、絕緣水平要求、配電自動化水平、設(shè)備安全、未來負荷發(fā)展、配網(wǎng)所處自然環(huán)境等[4-6]。

《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》對供電區(qū)域給出了劃分原則，供電區(qū)域類型在一定程度上反應(yīng)了該類區(qū)域內(nèi)線路類型、配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及供電可靠性、配電自動化水平等信息。因此，可以以供電區(qū)域類型為基礎(chǔ)，結(jié)合一些主要的影響因素來合理確定中性點接地方式。

1.1 天津配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分

《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》對供電區(qū)域劃分成了A+、A、B、C、D、E六類，劃分如表1。

依據(jù)此原則，可將天津配電網(wǎng)作如下劃分：

1）A+類供電區(qū)域

由天津市快速路合而圍成的地區(qū)、濱海新區(qū)的中心商務(wù)區(qū)和中新天津生態(tài)城。

2）A類供電區(qū)域

天津市外環(huán)線之內(nèi)快速路以外的中心市區(qū)和濱海新區(qū)的塘沽城區(qū)、漢沽城區(qū)、大港城區(qū)、海濱旅游區(qū)、濱海高新區(qū)和天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)西區(qū)。

3）B類供電區(qū)域

市區(qū)負荷密度在6～15 MW/km2的區(qū)域，以18個市級以上產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)和31個示范工業(yè)園區(qū)為主。

4）C類區(qū)域

濱海新區(qū)、北辰區(qū)、津南區(qū)、西青區(qū)、東麗區(qū)：除上述A+、A、B類供電區(qū)域以外的其他地區(qū)。

武清區(qū)、寶坻區(qū)：除區(qū)政府所在城鎮(zhèn)以外的其他城鎮(zhèn)。

薊縣、靜?？h、寧河縣：全部城鎮(zhèn)。

5）D類區(qū)域

武清區(qū)、寶坻區(qū)、薊縣、靜海縣、寧河縣除上述B、C類區(qū)域以外的其他農(nóng)村地區(qū)。

表1 供電分區(qū)劃分依據(jù)指標(biāo)表

1.2 供電區(qū)域類型與中性點接地方式的關(guān)系

通過對天津目前配電網(wǎng)的統(tǒng)計分析可以得出如下的中性點接地方式分區(qū)域特征：

1）A+類供電區(qū)域

負荷密度最大，配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以雙鏈、單鏈為主，線路電纜化率接近100%，少量架空線全部為絕緣導(dǎo)線，配電自動化全覆蓋，供電可靠性高。

各電壓等級變電站的35kV和10kV側(cè)中性點基本都采用了中性點經(jīng)小電阻接地方式，只有極少數(shù)采用了消弧線圈和不接地方式。

2）A類供電區(qū)域

負荷密度較大，配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以單鏈、雙輻射為主，線路電纜化率90%以上，少量架空線全部為絕緣導(dǎo)線，配電自動化全覆蓋，供電可靠性高。

大多數(shù)采用了中性點經(jīng)小電阻接地方式，比率占到80%以上，少數(shù)采用了不接地方式；220kV、110kV變電站的35kV側(cè)中性點接地方式以經(jīng)小電阻接地為主，少部分為經(jīng)消弧線圈接地方式。

3）B類供電區(qū)域

負荷密度一般，配電網(wǎng)網(wǎng)架單鏈、雙輻射、單輻射結(jié)構(gòu)并存，線路電纜化率約60%，配電自動化覆蓋率較高，供電可靠性較高。

消弧線圈、小電阻和不接地等幾種接地方式并存，所占比例相差不多。

4）C類供電區(qū)域

負荷密度較低，配電網(wǎng)網(wǎng)架相對比較薄弱，以雙輻射、單輻射網(wǎng)為主，電纜化率較低，架空線較多，配電自動化覆蓋率低，供電可靠性相對較低。

220kV變電站采用了一定比例的小電阻接地方式，在110kV站和35kV站以消弧線圈和不接地方式為主。

5）D類供電區(qū)域

負荷密度低，配電網(wǎng)網(wǎng)架相對比較薄弱，以單輻射網(wǎng)為主，架空線較多，電纜化率低，配電自動化覆蓋率低，供電可靠性相對較低。

消弧線圈和不接地方式并存，35kV側(cè)以消弧線圈為主，10kV側(cè)以不接地方式為主。

天津各個地理區(qū)域中性點接地方式情況不盡相同，結(jié)合各類區(qū)域配電網(wǎng)的特點確定中性點接地方式是較為可行的一種方法。

1.3 影響中性點接地方式的因素分析

供電區(qū)域類型雖然能在一定程度上綜合反應(yīng)影響中性點接地方式的某些因素，但在同一類供電區(qū)域里情況也不盡相同，因此，在確定中性點接地方式時除了重點考慮區(qū)域類型外，還需計及其他一些主要的影響因素。通過對各影響因素的分析，本文將單相接地故障電容電流大小、線路類型、未來配網(wǎng)及負荷發(fā)展情況定為中性點接地方式的主要影響因素。最終確定的影響中性點接地方式的主要指標(biāo)及參考指標(biāo)為：

1）主要指標(biāo)

配電網(wǎng)所處的區(qū)域類型（A+、A、B、C、D）；

出線類型（電纜、架空裸導(dǎo)線、架空絕緣線、混合線路）；

單相接地故障電容電流大??；

未來配電網(wǎng)和負荷的發(fā)展情況。

2）參考指標(biāo)

電壓等級、對臨近通訊線路的干擾、跨步電壓、配電自動化水平、配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、供電可靠性要求、絕緣要求、設(shè)備安全、單相接地故障選線準(zhǔn)確性、自然環(huán)境、中性點接地設(shè)備的預(yù)留空間。

2 天津配網(wǎng)中性點接地方式確定方法

利用前一節(jié)給出的主要指標(biāo)構(gòu)建中性點接地方式確定的權(quán)重系數(shù)體系，其余指標(biāo)作為參考指標(biāo)對最終確定的中性點接地方式進行校核。

利用主要指標(biāo)構(gòu)建出中性點接地方式確定的權(quán)重系數(shù)體系如表2所示。

給出具體的配電網(wǎng)情況后，利用表2計算出小電阻、消弧線圈和不接地的結(jié)果數(shù)值，數(shù)值大的結(jié)果對應(yīng)的接地方式為最合適的中性點接地方式。

利用主要指標(biāo)確定出中性點接地方式后可利用參考指標(biāo)對其進行校核，校核規(guī)則如下。

單相接地故障選線準(zhǔn)確性校核：在選用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式時，應(yīng)考慮到單相接地故障選線設(shè)備選線的準(zhǔn)確性，若準(zhǔn)確性較低，達不到要求，則不應(yīng)選擇中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。

中性點接地設(shè)備的安裝空間校核：在進行中性點接地方式改造時，確定中性點接地方式后還需考慮有無設(shè)備安裝的空間，若安裝空間不充足，應(yīng)重新確定中性點接地方式，如欲將不接地方式改造為經(jīng)消弧線圈接地方式，若空間不夠則可采用智能電抗器方式。

對臨近通訊線路的干擾校核：對小電阻接地方式，若有通訊線路與35kV或10kV線路靠近平行架設(shè)，需計算對通訊線路的干擾，不滿足要求則需重新選擇中性點接地方式。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、供電可靠性要求及配電自動化水平校核：對小電阻接地方式需進行該項綜合校核，若網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、供電可靠性要求高且配電自動化水平低則不適宜選用中性點經(jīng)小電阻接地方式。

電壓等級及絕緣要求校核：對于中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，需計算單相接地故障可能出現(xiàn)的最大過電壓值，根據(jù)電壓等級校核設(shè)備絕緣能否滿足要求。

跨步電壓校核：對于小電阻接地方式，需根據(jù)故障電流及土壤電阻率情況計算跨步電壓的大小，看是否在限值以下。

設(shè)備安全校核：中性點接地方式改造方案確定后，原有設(shè)備能否在新的中性點接地方式下安全運行，需在改造前提前校核。

表2 中性點接地方式確定的權(quán)重系數(shù)體系

3 實例分析

為了驗證以上方法的適用性，選取天津城南南八里臺變電站進行分析。

（1）南八里臺變電站為110/35/10 kV變電站基本信息

3 5 k V 兩段母線，電容電流分別為87A、90.7A，屬于C類供電區(qū)域，兩段母線出線總長度分別為：29.696+4.244、24.661+3.724，（電纜+架空線，單位km），近期負荷增長較快。

1 0 k V 兩段母線，電容電流分別為：55A、66A，屬于C類供電區(qū)域，兩段母線出線：27.816+29.882、27.328+57.493，（電纜+架空線，單位km），無負荷新增計劃。

架空線均為裸導(dǎo)線。

35kV第1段母線中性點接地方式的確定

（2）供電區(qū)域類型：C類，該影響因素下的權(quán)重系數(shù)為

小電阻 0.3×0.4=0.12。

消弧線圈0.5×0.4=0.2。

不接地0.2×0.4=0.08。

（3）線路類型為混合線路，該影響因素下的權(quán)重系數(shù)

混合線路：電纜29.696km，架空線4.244km。

小電阻=0.1375。

消弧線圈= 0.0563。

不接地= 0.0563。

（4）電容電流大小影響因素下的權(quán)重系數(shù)

電容電流大?。?7A（介于50A-100A之間）。

小電阻 0.4×0.25=0.1。

消弧線圈0.5×0.25=0.125。

不接地0.1×0.25=0.025。

（5）未來配網(wǎng)及負荷發(fā)展情況影響因素下的權(quán)重系數(shù)

未來配網(wǎng)及負荷發(fā)展情況：負荷增長速度較快

小電阻 0.6×0.1=0.06。

消弧線圈0.3×0.1=0.03。

不接地0.1×0.1=0.01。

（6）綜合考慮各主要指標(biāo)后的權(quán)重系數(shù)

小電阻 0.12+0.1375+0.1+0.06=0.4175。

消弧線圈0.2+0.0563+0.125+0.03=0.4113。

不接地0.08+0.0563+0.025+0.01=0.1713。

由此可以看出該段35kV母線中性點應(yīng)選經(jīng)小電阻接地方式。利用參考指標(biāo)校核亦無問題。目前該段母線的中性點接地方式為經(jīng)消弧線圈接地方式，需進行改造。

同理，對35kV第2段母線及兩段10kV母線的中性點進行分析，得出如下結(jié)果。

35kV第2段母線：計算結(jié)果應(yīng)為中性點應(yīng)選經(jīng)小電阻接地方式。利用參考指標(biāo)校核亦無問題。目前該段母線的中性點接地方式為經(jīng)消弧線圈接地方式，需進行改造。

10kV兩段母線：計算結(jié)果均應(yīng)選擇中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，目前的中性點接地方式為經(jīng)消弧線圈接地方式，適應(yīng)性良好。

35kV兩段段母線目前電容電流已經(jīng)接近100A，且電纜出線多，負荷增長快，中性點接地方式已經(jīng)納入改造計劃，未來將改造為經(jīng)小電阻接地方式。

4 結(jié)束語

中性點接地方式的合理確定對于配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行十分重要。本文在分析天津配電網(wǎng)各類供電區(qū)域特點基礎(chǔ)上，結(jié)合影響中性點接地方式的主要因素給出天津中壓配電網(wǎng)中性點接地方式的合理確定方法，為中性點接地方式的合理選擇提供了依據(jù)。

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