0、引言
    隨著我國(guó)改革開放的不斷深入，國(guó)民經(jīng)濟(jì)和用電負(fù)荷持續(xù)高速增長(zhǎng)，對(duì)配電線路的輸送能力的要求逐漸提高，20 kV電壓等級(jí)的優(yōu)越性逐漸體現(xiàn)，與10 kV相比，20 kV電壓等級(jí)在提高輸送能力，降低單位輸配電成本，降低線路損耗，提高供電半徑，減少通道、站所占用土地資源方面都有著明顯的優(yōu)勢(shì)。在220 kV配電網(wǎng)的建設(shè)和改造過(guò)程中，配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式是關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一，中性點(diǎn)接地方式與配電網(wǎng)設(shè)備的絕緣水平以及設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，因此，需要通過(guò)中性點(diǎn)接地方式的研究來(lái)指導(dǎo)20 kV配電網(wǎng)建設(shè)和改造過(guò)程中相關(guān)設(shè)備的選型和投資預(yù)算。
    20 kV配電網(wǎng)主要有中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地和小電阻接地三種接地方式…，不同的中性點(diǎn)接地方式對(duì)配電網(wǎng)相關(guān)設(shè)備的絕緣水平要求不同，從而造成配電網(wǎng)建設(shè)和改造過(guò)程中投資的差異。
    本文分別對(duì)20 kV配電網(wǎng)三種不同接地方式及其特點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合中性點(diǎn)接地方式的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，研究了中性點(diǎn)不同接地方式對(duì)20 kV配電網(wǎng)建設(shè)和改造中所涉及的開關(guān)設(shè)備和電纜設(shè)備兩種主要設(shè)備的絕緣水平的不同要求，進(jìn)而對(duì)不同接地方式下的開關(guān)設(shè)備和電纜設(shè)備建設(shè)和改造投資進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性比較分析，給出了三種不同接地方式下設(shè)備的投資費(fèi)用比較。
1、20 kV配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地方式
1.1中性點(diǎn)不接地方式
    在20 kV配電網(wǎng)中，若采用中性點(diǎn)不接地方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線電壓仍保持不變，允許配電網(wǎng)帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，但需要在較短時(shí)間(2 h)內(nèi)切除故障，以免發(fā)展成相間短路和長(zhǎng)期過(guò)電壓，對(duì)設(shè)備造成損害。中性點(diǎn)不接地方式的這個(gè)特點(diǎn)使其可在瞬時(shí)性故障時(shí)不跳閘，提高了配電網(wǎng)的供電連續(xù)性。、當(dāng)線路不長(zhǎng)時(shí)，對(duì)地電容電流不大，單相接地故障電流數(shù)值較小，不易形成穩(wěn)定的接地電弧，一般均能迅速自動(dòng)熄滅。而當(dāng)線路較長(zhǎng)、對(duì)地電容電流相對(duì)較大，則可能由于持續(xù)電弧而燒毀設(shè)備或由于間歇性電弧而導(dǎo)致弧光過(guò)電壓。另外，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，工頻過(guò)電壓較高，特別是還存在電弧接地過(guò)電壓的危險(xiǎn)，因而對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)的絕緣水平要求較高，所以采用中性點(diǎn)不接地方式勢(shì)必增加設(shè)備絕緣方面的投資。中性點(diǎn)不接地方式僅適用于電容電流小于10 A的配電網(wǎng)絡(luò)，由于單相故障所產(chǎn)生的過(guò)電壓值較高，這種方式對(duì)設(shè)備的絕緣水平要求高。
1.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式
    中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方式下，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可形成一個(gè)與對(duì)地電容電流的大小接近但方向相反的感性電流，對(duì)系統(tǒng)的電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使接地處的電流變化很小，從而消除接地處的電弧及其所造成的危害，同時(shí)電流過(guò)零后電弧熄滅。消弧線圈的存在還可以顯著減小故障相電壓的恢復(fù)速度，減小重燃的可能性。發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于接地故障電流較小，可不立即跳閘，亦可提高配電網(wǎng)的供電連續(xù)性。中性點(diǎn)消弧線圈接地方式下，發(fā)生單相接地故障時(shí)，暫態(tài)過(guò)電壓雖然低于不接地的情況，但仍要求配電網(wǎng)有較高的絕緣水平，因而增加了在設(shè)備絕緣方面的投資。
1.3中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式
    在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式下，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可以有效地降低工頻過(guò)電壓和弧光過(guò)電壓。接人中性點(diǎn)的小電阻有效地限制了中性點(diǎn)電位的升高，因而其非故障相的暫態(tài)過(guò)電壓低于其他接地方式，且持續(xù)時(shí)間很短。但是，小電阻接地方式在發(fā)生單相接地時(shí)，較大的接地電流可能產(chǎn)生較高的接觸電壓和跨步電壓，對(duì)設(shè)備和人身造成威脅，并對(duì)周圍通信線路造成干擾。另外，在小電阻接地方式下，單相接地保護(hù)動(dòng)作跳閘，增加了故障跳閘次數(shù)，使停電時(shí)間增加，降低了供電可靠性。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式主要適用于配電網(wǎng)電容電流過(guò)大的情況。另外，在一些已選用較低絕緣水平的電纜和開關(guān)設(shè)備的配網(wǎng)中，也采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。
2、中性點(diǎn)接地方式對(duì)設(shè)備絕緣水平的要求
    不接地方式，經(jīng)消弧線圈接地和小電阻接地方式下，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，所產(chǎn)生的最大過(guò)電壓大小不同，因此，三種中性點(diǎn)接地方式對(duì)配電網(wǎng)線路和設(shè)備的絕緣水平要求也不同。表l給出了不同的中性點(diǎn)接地方式對(duì)20 kV配電網(wǎng)線路和設(shè)備絕緣水平的要求。
    對(duì)于高壓開關(guān)設(shè)備的工頻耐壓水平，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行了規(guī)定，兩者對(duì)20 kV電壓等級(jí)開關(guān)設(shè)備工頻耐壓水平的規(guī)定見表2。電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)給出一組低工頻耐壓水平限值50/64和一組高工頻耐壓水平限值65/79，其中低水平限值僅可用于小電阻接地方式，高水平限值在三種接地方式中均適用。而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只給出了一組低工頻耐壓水平限值50/60。不同絕緣水平限值所對(duì)應(yīng)的開關(guān)設(shè)備的造價(jià)存在差異，因此，中性點(diǎn)不同接地方式下20 kV配電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的造價(jià)亦有差別。
    國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出了20 kV電纜在3.5倍額定工頻電壓下的工頻耐壓試驗(yàn)電壓。20 kV（額定最高電壓24 kV）電纜中，A類和B類對(duì)地或金屬屏蔽之間的額定工頻電壓為12 kV，其工頻耐壓試驗(yàn)電壓只能達(dá)到42 kV，而C類電纜的對(duì)地或金屬屏蔽之間額定工頻電壓為18 kV，其工頻耐壓試驗(yàn)電壓可達(dá)63 kV。因此，在20 kV電纜的選型中，為了滿足中性點(diǎn)非有效接地（包括不接地和消弧線圈接地方式）對(duì)電纜設(shè)備的工頻電壓的要求，需使用C類電纜。而A．B類電纜僅能滿足小電阻接地方式的要求。A，B類電纜與C類電纜在造價(jià)上存在差異，因此，中性點(diǎn)不同接地方式下20 kV配電網(wǎng)電纜設(shè)備的造價(jià)亦有差別。
3、 20 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)不同接地方式的經(jīng)濟(jì)性比較
    不同接地方式下配電網(wǎng)設(shè)備對(duì)絕緣水平的不同要求，必然導(dǎo)致設(shè)備改造費(fèi)用的差異，因此，需要對(duì)20 kV配電網(wǎng)中性點(diǎn)不同接地方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較分析。
3.1開關(guān)柜設(shè)備改造的經(jīng)濟(jì)性比較
    10、20和35 kV三種電壓等級(jí)的開關(guān)柜設(shè)備的產(chǎn)品價(jià)格如表3所示。由表3可看出，20 kV的開關(guān)柜價(jià)格大約為10 kV開關(guān)柜價(jià)格的2倍，而35 kV開關(guān)柜價(jià)格與20 kV開關(guān)柜價(jià)格基本持平。表3中20 kV開關(guān)柜的工頻耐壓水平是按照通用值為50 kV，斷口值為60 kV這一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的，實(shí)際應(yīng)用中，該標(biāo)準(zhǔn)僅用于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。工頻耐壓水平符合通用值為65 kV，斷口值為79 kV的開關(guān)柜的價(jià)格應(yīng)不會(huì)超過(guò)35 kV開關(guān)柜的價(jià)格，因此，符合高絕緣標(biāo)準(zhǔn)的20 kV開關(guān)柜的價(jià)格與符合低絕緣標(biāo)準(zhǔn)20 kV開關(guān)柜價(jià)格相差不大。
    20 kV配電網(wǎng)在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式下，對(duì)于開關(guān)柜設(shè)備可選擇工頻耐壓通用值為50 kV，斷口值為60 kV的低絕緣水平標(biāo)準(zhǔn)，其價(jià)格在20萬(wàn)左右。在中性點(diǎn)消弧線圈接地和不接地方式下，對(duì)于開關(guān)柜設(shè)備應(yīng)選擇工頻耐壓通用值為65 kV，斷口值為79 kV的高絕緣水平標(biāo)準(zhǔn)，其價(jià)格略高于同等條件下的低絕緣水平標(biāo)準(zhǔn)，但不會(huì)超過(guò)35 kV開關(guān)設(shè)備的價(jià)格，約為22萬(wàn)，開關(guān)柜的價(jià)格比小電阻接地方式下開關(guān)柜價(jià)格提高約10 %。
3.2電纜設(shè)備改造的經(jīng)濟(jì)性分析
    電纜設(shè)備根據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)不同可分為A、B、C三類，20 kV等級(jí)的C類電纜價(jià)格比10 kV等級(jí)的C類電纜價(jià)格提高10%左右，20 kV等級(jí)的C類電纜價(jià)格比同電壓等級(jí)的A，B類電纜價(jià)格高5%~10%。
    20 kV配電網(wǎng)在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式下，對(duì)于電纜設(shè)備可采用工頻耐壓水平較低的A類電纜，價(jià)格約為52萬(wàn)元/km。中性點(diǎn)消弧線圈接地和不接地方式下，對(duì)于電纜設(shè)備應(yīng)采用工頻耐壓水平較高的C類電纜，價(jià)格約為57萬(wàn)元/km。消弧線圈接地和不接地方式下每千米電纜價(jià)格比小電阻接地方式下電纜價(jià)格提高10%。表4為10、20和35 kV電纜設(shè)備的產(chǎn)品價(jià)格。
3.3設(shè)備改造的經(jīng)濟(jì)性比較
    20 kV配電網(wǎng)改造過(guò)程中采用不同的中性點(diǎn)接地方式，對(duì)配電網(wǎng)各類設(shè)備的要求不同，因此導(dǎo)致改造費(fèi)用的差異。表5給出了三種中性點(diǎn)接地方式下各類設(shè)備投資的比較。
    表5在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較時(shí)考慮了接地設(shè)備和接地變壓器設(shè)備的費(fèi)用，但是，接地設(shè)備和接地變壓器設(shè)備與開關(guān)設(shè)備及電纜設(shè)備相比，其費(fèi)用所占投資總費(fèi)用的比例很小，因此，其對(duì)總投資費(fèi)用的影響較小。
4、結(jié)束語(yǔ)
    在20 kV配電網(wǎng)中，中性點(diǎn)不同接地方式對(duì)設(shè)備的絕緣水平有著不同的要求，從而造成20 kV配電網(wǎng)建設(shè)和改造過(guò)程中投資費(fèi)用的差異。本文分析了20 kV配電網(wǎng)三種中性點(diǎn)接地方式及其各自特點(diǎn)，對(duì)三種中性點(diǎn)接地方式下20kV配電網(wǎng)改造所涉及的開關(guān)和電纜兩種主要設(shè)備的絕緣水平要求進(jìn)行了研究，對(duì)不同接地方式下的開關(guān)柜設(shè)備和電纜設(shè)備建設(shè)和改造投資進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性比較，采用中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式，20 kV的開關(guān)柜和電纜設(shè)備改造投資費(fèi)用比經(jīng)小電阻接地方式下投資費(fèi)用增加10%左右。
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