20kV配电网中性点接地方式选择

前言

电力系统中性点接地方式是一个涉及到供电的可靠性、过电压

问题，这个问题在不同的国家和地区，不同的发展水平可以有不同的选择。基于对系统电容电流的计算结果，综合经济性比较分析、人身安全问题和技术及设备发展水平等各方面因素，20kV配电网中

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，若要获得精确地数值，则需

选择时，首先应当对系统电容电流进行计算。

（1）架空线路

3.1.1 线路电容的计算方法

可按精确计算公式或经验公式进行计算。在进行中性点接地方式的

要选用专用的测量仪器对其进行现场测量。一般情况下，电容电流

3.1 电容电流的计算方法

性点接地方式针对不同出线类型应当选择不同的中性点接地方式。

aa’ bDab与绝缘配合、继电保护、通信干扰、系统稳定诸多方面的综合技术

导线a，b，c上分别载有电荷Qa，Qb和Qc，采用镜像法计算线路的对地电容，线路的电荷与对地电位之间存在如下关系式：

图3.1-1所示为一条三相架空线路，

Haa’ b’ cHcb’c’ 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

Paa 式中：ra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：

C0202hInr （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，

电缆线路的每相等值电容可由下式求得：

（2）电缆线路

m；r为架空导线半径，m。

式中：0为空气介电常数，F/m；R为电缆材料相对介电常数；

r1为电缆芯线半径，m；r2为电缆外皮内半径，m。

C02r0rIn2r1 （3-5）

QaHInaa'2ra （3-3）

可得：

UaPaaQa （3-2）

UaPaaUbPbaPUccaPabPbbPcbQPacaPbcQbPccQc（3-1）

图3.1-1 架空线路电容

参数计算图

3.1.2 电容电流的计算

配电网对地电容电流IC可以采用下式求得：

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。

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的取值原则为：对没有架空地线的采用

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，电容电流可以采用下式近似估算：

IC0.1UeL （3-8）

估算公式经验系数进行了修正，电缆电容电流计算公式如下：

ICKUeL （3-9）

K951.44S22000.23S （3-10）

式中：K为经验系数；S为电缆截面积，mm2；L为电缆长度，

考虑到电缆结构尺寸变化较大，《电缆线路设计手册》中对电容

式中：Ue为系统额定线电压，kV；L为电缆线路的长度，km。

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

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

2.7；对有架空地线的采用3.3。

IC（2.7～3.3）UeL103 对于架空线路，电容电流可以采用下式近似估算：

（3-7）

式中：IC为对地电容电流，A；Ue为系统额定线电压，kV；C0为电

IC3C0UeL103 （3-6）

km。

电缆线路若进行较为精确的估计，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（mm2）

35507095120150185240300400500

额定电压（kV）100.991.091.241.371.491.621.781.962.142.412.63

201.822.012.252.482.682.883.143.463.744.1.66

35

虑的情况过于简单，无法满足目前配电网电容电流的估算要求，存在一定误差，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ε：计算配电网电容电流时，除了考虑架

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%，一般情况下取15%进行计算。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用

空线路和电力电缆线路的电容电流，还应考虑变电所内配电装置的

了对电容电流产生的影响因素也非常复杂。原来单一的估算公式考

由于配电网规模不断扩大，网架结构复杂，负荷多样化，导致

2.2.863.063.273.493.784.074.494.86

2.222.41

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%进行计算。

b）低压侧附加电容电流λ：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

c）配电网裕度系数α：裕度系数主要包括对电缆长度及统计不准确的配网参数，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：

IC(1+)(IMLMIBLBIsLs) （3-11）

式中：IM、IB、Is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中性点接地方式选择

20kV配电网按照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选择不同的中性点接地方式。

《城市电力网规划设计导则（Q/GDW 156-2006）》关于中压配电网接地方式选择有如下规定：

生单相接地故障时，若单相接地电流在10A以上，宜采用经消弧线圈

接地方式，宜将接地电流控制在10A以内，并允许单相接地允许2小

a）对于35kV、20kV、10kV电压等级的中性点不接地系统，在发

λ=0.2～0.3MT（MVA），A。

电容电路的影响。对于主变容量为MT的变电站，一般取

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、10kV接地电流宜控制在150～500A范

围内，35kV接地电流为1000A，应考虑跳闸停运，并注意与重合闸的

相接地故障电流达到150A以上的水平时，宜改为低电阻接地系统。

《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（DL/T 620-1997）》关于中压配电网接地方式选择有如下规定：

相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式：

3kV～10kV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有

3kV～10kV电缆线路构成的系统，30A。

b）6kV～35kV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，可采用低电阻接地方式，当应考虑供电可靠性要求、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保护技术要求以及本地的运行经验等。

3.2.1 纯架空线路中性点接地方式选择

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

当电压为3kV和6kV时，30A；10kV时，20A。

3kV～10kV非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，

35kV、66kV系统，10A。

a）3kV～10kV不直接连接发电机的系统和35kV、66kV系统，当单

c）对于35kV、20kV、10kV电压等级的非有效接地系统，当单

配合。

面考虑为-185mm2，长度按1.6km计算）。根据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。

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）

1020304050607080

7.0 8.1 9.1 10.1 11.2 12.2 13.3 14.3

90100120140150160180200

表3.2-2 纯架空出线变电站中性点接地方式选择线路长度线路长度接地方式接地方式（km）（km）10203040506070A AAABBB90100120140150160180BBBBBBB 15.3 16.4 18.4 20.5 21.6 22.6 24.7 26.7

接地方式选择情况见表3.2-1和表3.2-2。

变电站20kV纯架空出线情况下的电容电流的详细数值和中性点

80B200B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。

空线的对地电容电流随线路

电容电流（A）2520路总长度大于40km时，电容电流大于10A，应采用消弧线圈接地方式。当变电站20kV

15不接地方式105采用中性点不接地方式。

纯架空出线的变电站常

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选择

数。

接地方式选择情况见表3.2-3和表3.2-4。

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

变电站20kV纯电缆出线情况下的电容电流的详细数值和中性点

纯电缆线路中，根据3.1节估算公式，考虑20kV配电装置影响，

thin性点不接地方式。待20kV电网有一定程度的发展后，变电站出线增

gs变电站出线较少，架空线路总长度较短，当小于40km时，可采用中

in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，

th见于负荷较小的农村电网中，在广大农村地区，20kV配电网以架空

eir be架空线路总长度小于40km时，

0ing10015050架空线路总长度（km） are g所示。当变电站20kV架空线

oo消弧线圈接地方式200总长度的变化曲线如图3.2-1

图3.2-1 变电站20kV纯架空出线

电容电流变化曲线

d for变电站20kV出线为纯架

so表3.2-3 变电站20kV纯电缆出线电容电流值（A）

电缆总长（km）102030405060708090100120140160180200

电缆截面（mm2）

35

50

70

95

120

150

185

240

300

21.8 24.1 27.0 29.8 32.2 34.6 37.7 41.5 44.9 49.9

103.7 138.2 172.8 207.4 241.9 276.5 311.0 345.6 414.7 483.8 553.0 622.1 691.2

113.0 150.7 188.4 226.1 263.8 301.4 339.1 376.8 452.2 527.5 602.9 678.2 753.6

124.6 166.1 207.6 249.1 290.6 332.2 373.7 415.2 498.2 581.3 6.3 747.4 830.4

149.8 199.7 249.6 299.5 349.4 399.4 449.3 499.2 599.0 698.9 798.7 8.6 998.4

87.4 96.5 109.2 131.0 152.9 174.7 196.6 218.4 262.1 305.8 349.4 393.1 436.8

120.6 144.7 168.8 193.0 217.1 241.2 2.4 337.7 385.9 434.2 482.4

108.0 135.0 162.0 1.0 216.0 243.0 270.0 324.0 378.0 432.0 486.0 0.0 119.0 148.8 178.6 208.3 238.1 267.8 297.6 357.1 416.6 476.2 535.7 595.2 128.6 160.8 193.0 225.1 257.3 2.4 321.6 385.9 450.2 514.6 578.9 3.2

65.5 72.4 81.0 .3 96.5

134.6 179.5 224.4 269.3 314.2 359.0 403.9 448.8 538.6 628.3 718.1 807.8 7.6

43.7 48.2 .0 59.5 .3 69.1 75.4 83.0 .8 99.8 111.8

167.8 223.7 279.6 335.5 391.4 447.4 503.3 559.2 671.0 782.9 4.7 1006.6 1118.4

400

50055.9

表3.2-4 纯电缆出线变电站中性点接地方式选择

电缆总长（km）102030405060708090100120140160180200电缆截面（mm2）35BBBBBBCCCCCCCCC50BBBBBBCCCCCCCCC70BBBBBCCCCCCCCCC95BBBBBCCCCCCCCCC120BBBBCCCCCCCCCCC150BBBBCCCCCCCCCCC185BBBCCCCCCCCCCCC240BBBCCCCCCCCCCCC300BBBCCCCCCCCCCCCorBBBCCCCCCCCCCCC400d foo低电阻接地方式e g aring beeir th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。

变电站20kV的出线电缆的平均截面一般可取为

gs inll thin800700电容电流（A）185mm2。变电站出线的电容电

600500400300消弧线圈200接地方式10000255075100125150175200电缆线路总长度（km）线如图3.2-2所示，当变电站出线电缆的总长度大于35km

tim时，考虑配电装置电容电流影响，此时总的对地电容电流大于150A，宜采用低电阻接地方

e and A流随出线电缆总长度的变化曲

a图3.2-2 变电站20kV纯电缆出线

电容电流变化曲线

s500BBCCCCCCCCCCCCC式。

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，宜采用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，考虑到城市电网发展速度较快，也宜考虑采用低电阻接地方式。因

方式。

3.2.3 混合线路中性点接地方式的选择

中较为常见。根据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。

表3.2-5 变电站20kV混合出线电容电流值（A）

电缆总长（km）12468103030

108.4

2040

接地方式选择情况见表3.2-5和表3.2-6。

架空线路总长（km）80

100

120

140

160

180

200

60

9.4 11.5 13.6 15.7 17.7 19.8 21.9 24.0 26.0 28.1

11.0 12.0 14.1 16.2 18.2 20.3 22.4 24.5 26.5 28.6 30.7 16.1 17.1 19.2 21.3 23.4 25.4 27.5 29.6 31.7 33.7 35.8

23.6 24.7 26.8 28.8 30.9 33.0 35.0 37.1 39.2 41.3 43.3 31.2 32.2 34.3 36.4 38.4 40.5 42.6 44.7 46.7 48.8 50.9 38.7 39.8 41.8 43.9 46.0 48.0 50.1 52.2 .3 56.3 58.4

114.1 115.1 117.2 119.3 121.3 123.4 125.5 127.6 129.6 131.7 133.8 132.9 134.0 136.0 138.1 140.2 142.2 144.3 146.4 148.5 150.5 152.6 151.8 152.8 1.9 156.9 159.0 161.1 163.2 165.2 167.3 169.4 171.5 变电站20kV为混合线路的情况下电容电流的详细数值和中性点

变电站20kV出线为架空线和电缆线混合的情况在20kV配电网

此，对于变电站20kV出线为纯电缆线路的情况，宜采用低电阻接地

表3.2-5 变电站20kV混合出线电容电流值（A）

电缆总长（km）506080100120140160180200

架空线路总长（km）

10

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1.4 190.5 192.5 194.6 196.7 198.8 200.8 202.9 205.0 207.1 209.1 227.1 228.2 230.2 232.3 234.4 236.4 238.5 240.6 242.7 244.7 246.8 377.8 378.9 380.9 383.0 385.1 387.2 3.2 391.3 393.4 395.5 397.5 453.2 4.2 456.3 458.4 460.5 462.5 4.6 466.7 468.7 470.8 472.9 528.6 529.6 531.7 533.7 535.8 537.9 0.0 2.0 4.1 6.2 8.3 603.9 605.0 607.0 609.1 611.2 613.2 615.3 617.4 619.5 621.5 623.6 7.6 755.7 757.7 759.8 761.9 7.0 766.0 768.1 770.2 772.3 774.3 10ABBBBBBBCCCCCCC20ABBBBBBBCCCCCCC40BBBBBBBBCCCCCCC60BBBBBBBBCCCCCCC th电缆总长（km）12468103030506080架空线路总长（km）80BBBBBBBBCCCCCCC100BBBBBBBBCCCCCCC120BBBBBBBBCCCCCCC140BBBBBBBBCCCCCCC160BBBBBBBBCCCCCCC180BBBBBBBCCCCCCCC200BBBBBBBCCCCCCCC a tim100120140e and All things inei表3.2-6 混合出线变电站中性点接地方式选择

679.3 680.3 682.4 684.5 686.5 688.6 690.7 692.8 694.8 696.9 699.0 302.5 303.5 305.6 307.7 309.7 311.8 313.9 316.0 318.0 320.1 322.2 200

160180200CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC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

架空线路总长度（km）200175150125100755025于1.6km且架空线路总长度小于40km时，采用中性点不接地方式；当变电站20kV出线中电缆总长度大于35km时，采用中性

eir点低电阻接地方式；其它范围内

th采用中性点经消弧线圈接地方式。

我国目前10kV线路和35kV线路中混合线路所占的比例较高，可以预计在20kV改造后，大部分地区20kV配电网也将以混合线路

区域内中性点接地方式一致的原则。

3.3 20kV中性点接地方式经济性分析

a tim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

e a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

nd性点接地方式过程中，也应当考虑电网的未来发展情况和同一供电

A为主。在混合线路中，三种接地方式有各自的适用范围。在选择中

ll things in be0图3.2-3 变电站20kV混合出线接地方式与线路长度关系

ing电站20kV出线中电缆总长度小

ar度的关系如图3.2-3所示。当变

e g消弧线圈接地方式低电阻接地方式不接地方式102030405060708090电缆线路总长度（km）ood for somCCC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，以满足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

电压保护和绝缘配合（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

中性点接地方式不接地方式消弧线圈接地方式低电阻接地方式

设备绝缘水平（p.u.）

3.53.22.5

线路绝缘水平（p.u.）

3.53.22.5

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。根据以上分析，20kV配电网在不同接地方式下设备选择及经济性比较如下：

选择工频耐压通用值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%。

压通用值50kV，断开耐压值kV的低绝缘水平标准。

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

a）在中性点经低电阻接地方式下，对于开关设备可选择工频耐

（1）开关设备

在20kV配电网中，采用中性点非有效接地（包括不接地和消弧

各种中性点接地方式的绝缘水平要求根据《交流电气装置的过

此需要部分更换新设备。

（2）电缆设备

a）在中性点经低电阻接地方式下，对于电缆设备可采用工频耐压水平较低的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

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选择

中性点接地方式关系到电力系统的安全与经济运行，涉及系统的供电可靠性、人身安全、设备安全、绝缘水平、过电压、继电保

一般来说，20kV中压配网的中性点接地方式选择除了需考虑3.2～3.3章节技术及经济因素外，还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、电网网络坚强、备用容量充裕时，适宜采用低电阻接地方式；在电网不够坚强、备用容量欠缺时，为

保证可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

网的数据及综合技术经济比较结果。

接地装置等多个方面。中压配电网采取何种接地方式应根据实际电

护、通信干扰、系统发展规划及资金投入、电网现状、运行经验、

其每千米电缆价格比低电阻接地方式下价格提高约10%。

采用工频耐压水平较高的C类电缆。

过电压水平决定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）人身安全问题

人身安全是选择中性点接地方式要考虑的重要方面，用以下几

（4）继电保护配合

不同的接地方式有着不同的继电保护接线方法和原理，不同的保护对于网络结构、调度运行方式、运行或维护人员的工作等有直接的

（5）系统规划发展资金

区域中压配电网所采用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

（6）技术及设备发展水平

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，多采用中性点经低电阻接地，配合快速继电保护和开关装置，瞬时跳开故障线路，投入备用线路，并不影响电网供电的可靠性。而我国电网尚不十分完善，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，使用受到了。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，

路绝缘水平的提高、继电保护的投资等。

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

显著增加，但投入到设备绝缘方面的资金会减少。一般中压配电网

影响。

备金属部件时的电压；单相接地电流入地点附近的跨步电压。

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

为了降低过电压水平，减小相间故障的可能性，要求采用低电阻接

地方式。同时，电缆线路发生单相接地故障时，一般为破坏性故障，此时应瞬间跳开故障线路。

3.5小结

电容电流进行计算，一般情况下，电容电流可按精确计算公式或经验公式进行计算；在此基础上，针对架空线路、纯电缆线路、混合线路等三种出线类型的特点，进一步介绍了不同出线类型应当选择

10kV设备上进行改造再利用比较困难，需要部分更换新设备，进一步介绍了20kV配电网在不同接地方式下的设备选择和经济性比较；最后，基于以上的考虑因素外，探讨了20kV中压配网的中性点接地

护配合、系统规划发展资金、技术及设备发展水平等综合因素。

方式选择还需权衡电网参数、过电压水平、人身安全问题、继电保

不同的中性点接地方式；其次，由于开关设备和电缆设备在原有

本章首先探讨了在进行中性点接地方式的选择时，应当对系统