20kV电压等级运行方式与保护模式的探讨

摘 要：近年来，我国配电网发展日新月异，20kV配电网逐渐发展壮大，受关注度也逐渐提高;本文主要在可靠供电方面对20kV配电电压进行综述，并对20kV的运行模式提出部分建议。

关键词：20kV电压等级;可靠供电;建议;

中图分类号：F407.6 文章编号：1674-3520（2014）-11-00-01

一、国内外20kV配电网状况

目前，世界上已有数十个国家和地区将20kV电压等级作为配电网的标准电压，并已列入国际电工委员会标准，具有非常成熟的技术和经验。美国、法国、德国均从上世纪开始便采用了20kV的配电网络，其可靠性、经济性和运行灵活性方面优势明显。

在我国，20kV电压等级曾经一度被淘汰，可在近年来，20kV电压等级在国际上又以新的功能出现，其作用便是取代10kV，目前国内20kV的配电系统有：合肥市的滨湖新区、苏州工业园区、上海轨道交通、昆山南亚公司和辽宁本溪南芬地区等，这些项目自投产并入电网后，实现了可靠运行。

二、20kV配电系统的保护配置

我国大多数城市20kV配电电网采用低电阻接地方式。我国20kV接地系统的配电保护配置主要有：

（一）零序过流保护配置。零序过流保护主要包括：零序电流一段保护、零序电流二段保护。零序一段电流保护：是线路出现单向接地故障时的主要保护，当零序一段的时间限制大于等于0.3s，每段增加0.3s，主要的因素是：避免线路配变励磁涌流的问题和线路最大不平衡电流。其优点是：接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路;系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。

（二）过电流保护配置。就是当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种保护方式。当流过被保护原件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸，过电流保护主要包括短路保护和过载保护两种类型。短路保护的特点是整定电流大、瞬时动作。电磁式电流脱扣器（或继电器）、熔断器常用作短路保护元件。过载保护的特点是整定电流较小、反时限动作。热继电器、延时型电磁式电流继电器常用作过载保护元件。

三、20kV配电系统的保护分析

20kV与10kV配电网络的配置不同根源在于中性点接地方式的截然不同，10kV配电网可以在单相接地的故障状态下运行不超过2小时，而20kV可以通过接入零序保护将单相接地故障切除。而对于零序保护也存在着相关需要注意的问题：

（一）世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式，中性点经小电阻接地方式可以泄放线路上的过剩电荷来限制弧光产生的过电压，由于美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性，因而采用此种方式。中性点经小电阻接地方式通过零序电流继电器来保护线路。

（二）中性点小电阻接地配电网若线路发生单相高阻接地时，如单相接地介质为沙土、柏油马路、树木和水泥板等，此时存在隐患：故障零序电流很小，零序电流保护难以灵敏反应该故障，造成保护拒动。

四、提出改进针对思路及存在的问题

（一）虽然近年来20kV配电网中的电缆化率逐步提高，但仍难以避免存在部分架空线路，而架空线路单相接地故障率比较高，当单相接地发生时若零序电流保护拒动或开关拒动，则后果不堪设想，所以通过对于中性点接地方式的研究，可通过在中性点接入的小电阻上再串接一个大电阻，如图5.1：

正常情况下K为闭合状态，将大电阻短接，当单相接地发生时若零序电流保护拒动或开关拒动时，经过延时零序故障电流仍存在，则K打开，形成中性点经高电阻接地（中性点不接地方式），可在接地状态下运行不超过2小时。

图5.1

上述高电阻接地主要是限制单相接地故障电流，抑制弧光接地和谐振过电压，单相接地故障不立即跳闸，又不加重电气设备的绝缘负担，但其优缺点又很明显，如优点：可以消除所内10kV侧各种原因引起的谐振过电压，包括其它消谐措施无法消除的断线谐振过电压;可以显著降低弧光接地过电压幅值;由于高阻抗中电阻分量减少，有功损耗明显降低;由于高阻抗中有足够大的感性电流，此电流可以补偿网络对地电容电流，有利于电弧自熄;允许带接地装置故障运行，若用小电阻接地方式，则必须跳开故障线路。但是缺点也很明显：在带故障运行时，电阻器上的消耗能量较大，需要装设风冷却装置;增大了接地故障时的接地电流，电弧自熄的问题没有解决。而其最大的缺点便是：不具有普遍适用性，仅适用于像大型企业或者工业电厂这样容性故障电流较小的配电网络，故该模式还需进一步改进。

（二）针对中性点小电阻接地配电网若线路发生单相高阻接地的问题，我们可以引入零序功率保护的思想来解决，零序功率方向保护就是通过保护故障线路和非故障线路零序电流滞后零序电压相差180的原理有选择性的实现的。该保护措施对零序电压和零序电流的回路接线方式有比较高的要求，在实际电网中应用较多。零序功率方向保护是在零序电流保护的基础上增加的，是为了保护装置的可靠性和选择性，零序功率保护是没有死区的。零序功率方向保护中需要取电压与电流综合判断故障，为了提高零序功率方向保护的精度，确保其不拒动和误动，提出以下几点建议：（1）提高零序电流互感器精度的，在零序电流较小时能提高其测量精度;（2）根据负荷电流不平衡情况，装置自适应调整零序电流整定值;（3）采用电流、电压信息判断单相高阻接地故障，甚至可同时比较各出线的零序电流判断单相高阻接地线路，并在站控层面配置单相高祖接地判别元件，实现选线功能。

五、结论

本文对现行20kV配电网络的运行方式和继电保护的方式作了简单的叙述，并提出了几项拙见，望批评指正。但要提出的是20kV电压等级在配电网中具有广阔的应用前景，其中性点接地方式和继电保护的选择是一个涉及供电可靠性、绝缘配合、继电保护、人身安全、通讯干扰、电磁兼容的综合性问题，应全面考虑其技术经济指标，因时因地而宜。

参考文献：

[1]郑志杰，王艳，李磊. 20kV配电网中性点接地方式的探讨[J]. 电力勘测设计， 2009.

[2]徐向英. 浅谈20kV接地系统保护配置方案[J]. 科技与企业， 2013（21）.

[3]Q/GDW 383-2009智能变电站技术导则[Z].北京：国家电网公司，2009.