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(电气工程专业论文)20kv配电网中性点接地方式与继电保护改造的研究.pdf.pdf 免费下载
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学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 提供阅览服务,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名:专讨甜 导师签名: 签字日期:汕i 。年6 月2 f 日签字日期:少,p 年厂月上日 , 中图分类号:t m 7 2 1 u d c :6 2 1 3 学校代码:1 0 0 4 4 密级:公开 北京交通大学 硕士学位论文 2 0 k v 配电网中性点接地方式与继电保护改造的研究 r e s e a r c ho nu p g r a d i n gn e u t r a lg r o u n dm o d e sa n dt h er e l a y p r o t e c t i o ni n2 0 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 作者姓名:李甜甜 导师姓名:徐丽杰 学位类别:工学 学号:0 8 1 2 2 0 6 5 职称:副教授 学位级别:硕士 学科专业:电气工程研究方向:电力系统及其自动化 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 致谢 本论文的工作是在我的导师徐丽杰副教授与王玮教授的悉心指导下完成的, 他们严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。徐丽杰副教授 与王玮教授悉心指导我完成了实验室的科研工作,无论是在学习上还是生活上都 给予了我很大的关心和帮助,在此衷心感谢徐丽杰副教授与王玮教授两年来对我 的关心和指导。 在实验室工作及撰写论文期间,吴振升老师和白耀鹏,肖万骏,杨权新,陈 昆灿,王振华,杨勐蛲,陈艳芳,薛福成等同学给予了热情帮助,在此向他们表 达我真挚的谢意。 另外也特别感谢我的家人与朋友,他们的理解和支持使我能够在学校专心完 成我的学业。 l 一 中文摘要 摘要:伴随着我国国民经济的持续发展,电力供需矛盾不断加剧,现行l o k v 配电网在供电能力等方面存在很多局限性。根据我国实际情况已论证,2 0 k v 电压 技术上是可行的,经济上是优越的。中性点接地方式是2 0 k v 中压配电网升压改造 过程中所面临的综合技术之一,它与升压改造过程中继电保护、相关设备的选型 与投资预算、供电可靠性等都有很大的关系。配电网电压等级由1 0 k v 升至2 0 k v 后,应根据行业标准与原有1 0 k v 中压配电网的运行经验,并结合2 0 k v 系统的实 际状况重新选择合理的中性点接地方式和相应继电保护措施。本文针对这一课题 主要研究了以下内容: 1 建立了2 0 k v 配电网的5 种系统,既有电缆出线为主的负荷密度较高的城 市电网,也有架空出线为主的负荷密度较低的农村电网。并根据变电站2 0 k v 侧出 线类型,给出了不同电网结构的2 0 k v 配电网中性点接地方式的选择方案。 2 研究了2 0 k v 配电网经中电阻接地系统的电阻阻值选取与继电保护改造问 题。综合考虑过电压、继电保护、中电阻热容量、通讯干扰以及人身安全等多个 因素,确定了电阻阻值的选取原则;基于p s c a d e m t d c 仿真计算,对各种2 0 k v 系统在一定的对地电容电流范围内进行了中电阻的阻值选取,并对中电阻的技术 指标提出了要求;对2 0 k v 系统中性点经中电阻接地条件下的继电保护特性进行了 研究,提出了改造方法。 3 对于1 0 k v 升压改造为2 0 k v 的混合出线配电网,提出了应用新型灵活接地 方式更合适。该方式下中性点设备由自动调谐的消弧线圈和灵活投切的接地电阻 器并联而成,充分发挥消弧线圈补偿电容电流、提高单相接地故障自恢复概率的 作用,以及电阻器抑制弧光接地过电压和谐振过电压等的作用,并通过投入电阻 器产生足够的电流使在单相永久接地故障下实现可靠的变电所故障选线和线上的 故障点定位。 基于p s c a d e m t d c 仿真计算对灵活接地方式下的单相接地故障进行了数值 计算分析,提出了中性点并联接地电阻选择范围在2 0 0 m l 0 0 0 q 较合适,且随着 系统对地电容电流的增加,合适的中性点并联高阻值也增加。以零序有功分量的 大小和方向作为判据的故障选线方法,对接地故障电阻小于3 0 0 0 f l 左右的单相接 地故障,可实现准确选线;并提出了零序电流有功增量作为判据的故障点定位方 法在2 0 k v 配电网新型灵活接地系统下是可行的。 关键词:2 0 k v 配电网;中电阻接地;新型灵活接地方式;升压改造;继电保护 分类号:t m 7 2 1 a bs t r a c t a b s t r a c t w i mt h ed e v e l o p m e n to fo u rn a t i o n a le c o n o m y , t h ec o n t r a d i c t i o n b e t w e e np o w e rs u p p l ya n dd e m a n di sg r o w i n g n l ee x i s t i n g1 0 k vd i s t r i b u t i o nn e t w o r k h a sm a n yl i m i t a t i o n si nt h ec a p a c i t yo fp o w e rs u p p l ya n do t h e ra s p e c t s a c c o r d i n gt o a c t u a lc o n d i t i o n si nc h i n a , i th a sb e e nd e m o n s t r a t e dt h a t2 0 k vv o l t a g ei st e c h n i c a l l y f e a s i b l ea n de c o n o m i c a l l ya d v a n t a g e o u s n e u t r a lg r o u n d i n gm e t h o d si so n eo ft h e i n t e g r a t e dt e c h n o l o g i e si nt h ep r o c e s so f2 0 k vm e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k b o o s tt r a n s f o r m a t i o nf a c i n g ,w h i c hh a sg r e a tr e l a t i o n 、i mt h er e l a yp r o t e c t i o nd u r i n g t h ep r o c e s so ft h eb o o s t i n gt r a n s f o r m a t i o n , r e l e v a n te q u i p m e n ts e l e c t i o n , i n v e s t m e n t b u d g e t , r e l i a b i l i t yi np o w e rs u p p l y , e t c w h e nt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kv o l t a g el e v e l i n c r e a s e df r o m10 k vt o2 0 k v , n e u t r a lg r o u n d i n gm e t h o d sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gr e l a y p r o t e c t i o nm e a s u r e ss h o u l db er e s e l e c t e dr e a s o n a b l yb a s e do ni n d u s t r ys t a n d a r d sa n d t h e o p e r a t i n ge x p e r i e n c eo fe x i s t i n g 10 k vm e d i u mv o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k , c o m b i n e d 、析t l lt h ea c t u a ls t a t eo f2 0 k vd i s t r i b u t i o ns y s t e m t h i st h e s i sm a i n l ys t u d i e s t h es u b j e c ta sf o l l o w i n g : 1 i nt h i st h e s i s ,f i v ek i n d so f2 0 k vd i s t r i b u t i o ns y s t e ma r ee s t a b l i s h e d ,i n c l u d i n g b o t hu r b a np o w e r 酊d sw i t hh i g h e rl o a dd e n s i t ym a j o r e dw i t hc a b l eo u t l e ta n dr u r a l p o w e r 鲥d s 州t l ll o w e r l o a dd e n s i t ym a j o r e d 淅t l lo v e r h e a dl i n eo u t l e t a c c o r d i n gt ot h e o u t l e tt y p eo f2 0 k vs i d ei ns u b s t a t i o n , d i f f e r e n tn e u t r a lg r o u n d i n go p t i o n sf o rd i f f e r e n t s t r u c t u r eo f2 0 k vp o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e ma r eg i v e n 2 t h es e l e c t i o no ft h er e s i s t a n c eo ft h er e s i s t o ra n dt h er e l a yr e h a b i l i t a t i o no f2 0 k v d i s t r i b u t i o n s y s t e m 、析t l l n e u t r a l g r o u n d i n gb y m i d d l er e s i s t o ra r ed i s c u s s e d c o n s i d e r i n go v e r v o l t a g e ,r e l a y i n gp r o t e c t i o n , h e a tc a p a c i t y o fm i d d l e - r e s i s t a n c e , c o m m u n i c a t i o ni n t e r f e r e n c ea n dp e r s o n a ls a f e t ye t e ,t h ep r i n c i p l ea b o u td e t e r m i n i n gt h e m a g n i t u d e o fm i d d l e - r e s i s t a n c ei sm a d e ;w i t hs i m u l a t i n g c o m p u t a t i o n su s i n g p s c a d e m 卫d c t h em a g n i t u d eo ft h em i d d l er e s i s t o ri sd e c i d e df o rd i f e r e n t2 0 k v d i s t r i b u t i o ns y s t e m sw i t h i nac e r t a i nr a n g eo fg r o u n dc a p a c i t i v ec u r r e n t ,a l s ot h e q u a l i f i c a t i o n so fr e s i s t o ra r ep r e s e n t e di nt h et h e s i s t h er e l a yp r o t e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s u n d e rt h ec o n d i t i o n so f2 0 k vd i s t r i b u t i o ns y s t e mw i t hn e u t r a lg r o u n d i n gb ym i d d l e r e s i s t o ra r es t u d i e da n dr e c o n s t r u c t i o nm e t h o d sa r ep r o p o s e d 3 f o rt h em i x e d o u t l e td i s t r i b u t i o ns y s t e mb e i n gr e c o n s t r u c t e df r o m10 k vt o2 0 k v , a n e u t r a lf l e x i b l eg r o u n dm e t h o di sp r o p o s e di nt h i st h e s i s f o rs u c hm e t h o d , t h en e u t r a l v e q u i p m e n tc o n s i s t so faa u t o - t a m e dp e t e r s e nc o i la n dap a r a l l e l e da u t o m a t i c a l l ys w i t c h e d r e s i s t o r n l ep e t e r s e nc o i li sm a i n l yu s e dt oc o m p e n s a t et h ec a p a c i t i v ec u r r e n ta n dt h e n t oi n c r e a s et h es e l f - r e s t o r a t i o np r o b a b i l i t ya f t e rs i n g l ep h a s ef a u l t ,w h i l et h er e s i s t o ri s u s e dt or e s t r a i nt h eo v e rv o l t a g ed u et oa r cg r o u n d i n ga n dr e s o n a n c e f u r t h e rm o r e ,t h e p a r a l l e l e dg r o u n dr e s i s t o rc a nb ea d j u s t e dt op r o d u c ee n o u g ha c t i v ec o m p o n e n ti nt h e f a u l tc u r r e n tt h a tc a nh e l pt oi d e n t i f yt h ef a u l t yf e e d e rf r o mo t h e rf e e d e r si nas u b s t a t i o n , a n de v e nt h ef a u l tl o c a t i o no nt h ef e e d e r t h r o u g hn u m e r i c a lc a l c u l a t i o n sa n da n a l y s i so ft h es i n g l ep h a s et og r o u n df a u l to fa f l e x i b l e g r o u n ds y s t e mb y t h ep s c 气d e m t d c ,a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e d p a r a l l e l e dr e s i s t o ro f2 0 0 10 0 0 q i ss u i t a b l e ,f u r t h e r m o r e ,w i 廿lt h ec a p a c i t i v ec u r r e n to f t h e s y s t e mi n c r e a s i n g ,s u i t a b l eh i g h r e s i s t a n c e p a r a l l e l e do fn e u t r a lp o i n ti s a l s o i n c r e a s e d an e ws i m p l ed e t e c t i o nm e t h o df o rt h ef a u l t yf e e d e ri sp u tf o r w a r db a s e do n 6 d 坊t h ev a l u ea n dd i r e c t i o no ft h ea c t i v ec o m p o n e n to fz e r o s e q u e n c ec u r r e n t ,砀e m e t h o de n s u r e sc o r r e c ts e l e c t i o no ff a u l t yf e e d e ri nan e t w o r kf o raf a u l t yr e s i s t a n c e l o w e rt h a na b o u t3 0 0 0 f 1 t 1 1 i sp a p e ra l s op r o p o s e dan e wf a u l tl o c a t i n gm e t h o db a s e do n t h ea c t i v ec o m p o n e n ti n c r e m e n to fz e r o - s e q u e n c ec u r r e n tf o rt h e2 0 k vd i s t r i b u t i o n s y s t e m k e y w o r d s : 2 0 k vd i s t r i b u t i o ns y s t e m ;r e s i s t a n c eg r o u n d ;n e u t r a lf l e x i b l e g r o u n d ;u p g r a d i n gn e t w o r k ;r e l a yp r o t e c t i o n ; c l a s s n o :t m 7 2 1 目录 中文摘要。i i i a b s t r a c t v 1 绪论1 1 1配电网采用1 0 k v 等级供电的局限性1 1 2配电网采用2 0 k v 等级供电的意义2 1 32 0l ( v 中压配电在国内外的应用3 1 3 1 国外采用2 0k v 配电电压的情况4 1 3 2 国内采用2 0 k v 配电电压的情况4 1 42 0k v 中压配电研究与推广动态5 1 4 1 研究动态【6 j 5 1 4 - 2 推广动态5 1 52 0 k v 配电网中性点接地方式的比较6 1 6 本文的研究内容一7 22 0 k v 配电网模型与中性点接地方式概述9 2 12 0 k v 配电网的模型9 2 1 1 电网的等值接线图9 2 1 2 电网的参数1 0 2 22 0 k v 配电网电容电流的计算1 1 2 2 1 线路电容的计算1 1 2 2 2 不同电网结构下的电容电流1 2 2 2 3 不同运行方式下的电容电流13 2 32 0 k v 配电网不同线路类型的中性点接地方式选择1 3 2 3 1 纯电缆线路中性点接地方式的选择1 4 2 3 2 纯架空线路中性点接地方式的选择15 2 3 3 混合线路中性点接地方式的选择1 7 2 3 4 灵活接地方式在2 0 k v 配电网改造中的应用1 8 2 4本章小结19 32 0 k v 配电网经中电阻接地系统电阻阻值选取与继电保护改造分析2 1 3 12 0 k v 配电网中性点电阻接地方式的相关理论2 1 3 1 1 电阻接地系统的参数分析2 1 3 1 2 中性点接地电阻阻值的计算。2 5 4 32 0 k v 配电网中性点灵活接地方式的p s c a d 仿真与分析5 4 4 3 1 中性点接地设备5 4 4 3 2 中性点并联接地高阻的选择。5 6 4 3 3 中性点并联接地高阻对配电网系统的影响5 8 4 4单相接地故障时的选线数值分析6 1 4 4 1 系统2 的选线数值分析6 1 4 4 2 系统2 其它运行方式的选线数值分析6 3 4 5单相接地故障时的故障点定位数值分析6 4 4 5 1 系统2 的故障点定位数值分析6 5 4 5 2 系统2 其它并联高阻下的故障点定位数值分析6 6 4 6中性点灵活接地方式对2 0 k v 系统的影响6 7 4 7本章小结6 9 5结论与展望7 1 5 1结论7 l 5 2展望7 2 参考文献j 一7 3 作者简历7 5 独创性声明7 7 学位论文数据集7 9 a 1 绪论 1 1配电网采用1 0 k v 等级供电的局限性 伴随着我国国民经济的持续发展,电力供需矛盾不断加剧,尤其是城乡生活 用电和乡镇企业用电迅速增长。现行l o k v 配电网存在以下局限性【l 】 【2 】: ( 1 ) 供电半径不足。l o k v 线路供电半径,在负荷密度为2 0 3 0 k w k m 2 时为 1 0 1 2 k m ;4 0 k w k m 2 时不足8 k m 。我国农村( 东部地区) 用电负荷密度平均约 6 0 7 0 k w k r n 2 ,一个县约几百平方公里,用l o k v 线路供电时,由于受供电半径的 限制,将需要建设3 5 k v 变电所十余座,除花费大量投资及占地外,每年仅主变压 器损耗就有百万千瓦时之多。我国大城市中心负荷密度在1 1 - 3 0 m w k m 2 ,每2 3 k i n 2 就得建一个降压变电站,无论以投资、管理、占地、节能、环境等方面来看,都存 在不少问题。 ( 2 ) 网损大,电能质量差。目前农村1 0 k v 配网线损率大都在1 0 以上。线路过 长,末端电压过低,配变长期低负荷运行,故农网早在1 9 8 4 年就提出采用2 0 l ( v 电 压等级代替1 0 k v 、3 5 k v 等级的问题。因此,在用电负荷不断增加、各行各业对用 电质量要求越来越高的形势下,采用2 0 k v 电压等级,并结合城市电网和农村电网 的建设和改造,应列入工程项目的设计之中。 ( 3 ) 高负荷密度的供电难以满足。随着经济的发展,出现了许多机场、学校、 商业、娱乐中心、厂矿以及高层建筑等高负荷密度的用户,这些用户用1 l o k v 或3 5 k v 都不能很合理地解决供电问题。目前城市大多数采用l o k v 供电,1 l o k v 变电所进入 市区,l o k v 供电半径l 2 k m ,供电面积2 4 k m 2 ,造成1 l o k v 变电所太多,出线太多。 而以2 0 k v 能较为满意地解决大负荷、远距离、占地、造价等各种问题。 ( 4 ) 输变电工程用地约束。改革开放以来,随着经济建设的飞速发展,以及城 市居民生活水平的不断提高,城市用电水平以空前的速度增长,越来越明显地暴 露出我国现有大中城市供配电网络已不适应经济发展和城市现代化建设的需要。 目前,在我国的一些大中城市,负荷密度己达3 0 5 0 m w k m ? 甚至更高。在这种情 况下,继续采用l o k v 配电网供电显得勉强:首先,若采用1 1 0 k v 降压至l o k v 配电, 受负荷密度大小与供电半径约束,每平方公里需要建l 2 座l l o k v 降压变电所。如 果将2 2 0 k v 直接降压为l o k v 配电,则1 0 k v 出线回路数多达数十回,导线截面和电 缆截面大为加粗,形成出线难以布置。出线或电缆数过多,必然产生通道路径困 难的问题,同时使造价大大提高,自身损耗也难以降低。其次,受供电电压与导 线截面约束,1 0 k v 配电线路数目巨大。因而在设备投资、基建占地、线路走廊、 网架结构、运行管理以及降损节能等方面都不可避免地出现许多难题。在大城市 里要寻觅高压变电所的所址,其难度之大更甚于集资。 ( 5 ) 短路容量、网损居高不下。随着城乡居民用电增加,变、配电设施和负荷 密度大幅度增加,致使l o k v 电网线路损失增加。虽然近几年国家加大了城乡电网 建设,很多大中城市1 1 0 k v 和2 2 0 k v 高压电源直接引入负荷中心。这些措施虽然对 增强电网的供电能力、提高可靠性、降低线损有重要的作用,也使1 0 k v 电网的短 路容量大大增加。一些地区在将高压引入到了负荷中心之后,在1 0 k v 侧屡屡发生 大范围开关爆炸着火事故。究其原因,就是在城市电网和农村电网的建设和改造 中,偏重于提高输电电压,而不注重中低配电网的升压改造。用电高峰时段,向 用户直接配电的l o k v 电网的负荷电流很大、电压水平低,中、低压往往出现配电 设备、用电设备的热稳定不够而烧坏的故障。同时,一次侧电源容量加大,当二 次侧发生短路故障时,短路电流超过了断路器的开断能力,必然造成开关的无选 择性动作,甚至发生爆炸,所以不提高配电侧二次电压,即使把2 2 0 k v 变电站线路 引入市中心,充其量只不过是增强了配电电源的供电能力,对降低线损来说是作 用不大的。 ( 6 ) 国际接轨问题。国内l o k v 电网大多数情况中性点不接地,绝缘水平高,进 口设备往往购进1 5 k v 甚至2 4 k v 电压等级的产品用于国内1 0 k v 电网,增加了成本和 投资。此外,国外中压电网已普遍采用2 0 k v 电压,法国、英国、意大利、俄罗斯、 德国、美国、日本、印度等1 7 国2 0 k v 电网已运行多年;东南亚1 4 个国家中,已有9 国采用2 0 k v 电网供电。为进入国际电力市场,我国也应生产制造2 0 k v 等级的电气 设备和设计2 0 k v 电网,解决本地区的扩大供电问题和设备出口贸易争取国外市场。 1 2 配电网采用2 0 k v 等级供电的意义 国内已对采用2 0 k v 为配电电压的可行性( 线路升压改造、主变压器及中性点 接地方式、配电变压器和开关等变电设备制造、继电保护方案等) 进行充分调研与 论证,证明2 0 k v 电压制技术上是可行的,经济上是优越的【3 j 。从理论上分析,2 0 l 【v 的优越性体现在: ( 1 ) 提高线路的输送功率,节约有色金属。在导线截面和通过电流一定的情况 下,电压越高,输送容量越大,不仅输送容量提高了1 倍,而且如果要输送相同的 容量,2 0 k v 的导线截面比l o k v 的导线截面可以减少5 0 ,可节约有色金属。 ( 2 ) 提高中压网络的供电范围。当电压损失率一定时,电力线路负荷矩和电压的 平方成正比,2 0 k v 供电比1 0 k v 供电负荷矩提高了4 倍。因电压提高,供电半径还 2 可以提高1 倍。 ( 3 ) 降低功率损耗。输送相同功率时,( 导线截面不变,输送距离相同) 2 0 k v 线路 电流只有l o k v 时电流的5 0 ,其功率损耗只有lo k v 时的2 5 。对于农村电网,在 增大供电半径1 倍的情况下,电能损耗仍能降低5 0 左右。 ( 4 ) 减少电压损失,提高电能质量。电压由1 0 k v 升至2 0 k v 后,在负荷不变的 条件下,电压降可比l o k v 减少7 5 ;负荷增加一倍后,电压降可比l o k v 减少5 0 。 ( 5 ) 减少变压器的空载损耗和负载损耗。额定运行时,电网的空载损耗主要决 定于线路中变压器的空载损耗,而对于同容量不同电压等级的变压器,其空载损 耗的数值是很接近的。电网电压由1 0 k v 升至2 0 k v 后,相同容量的变压器其空载 损耗基本不变而负载损耗的数值大大减少,即总损耗降低,符合经济合理的原则, 利于降损节能和电网的经济运行。 从国外电压等级与电压制的改造情况看,我国采用2 0 k v 作为中压配电电压是 可取的。法国原有电压为3 8 0 2 2 5 1 5 0 ( 9 0 、6 3 ) 2 0 5 0 3 8 k v ,现在拟由七级改造为 3 8 0 2 2 5 ( 9 0 、6 3 ) 2 0 0 3 8k v 五级1 3 1 :德国1 9 6 0 年前将配电电压改造成1 0 l ( v 等级, 但很快停止了这一做法而将6 ,1 0 ,1 5k v 改为2 0 k v ,其它欧洲国家如意大利、 奥地利、波兰等国( 占欧洲8 0 ) 也大都采用2 0 - - 2 5 k v 作为中压配电;俄罗斯配电网 除极少数1 0k v 外,几乎都改为2 0k v 等级:亚洲一些国家如新加坡、韩国等亦陆 续把2 0k v 电压选作配电电压。早在6 0 年代初期,韩国城网的线损率高达2 9 4 , 经采取提高输电电压,加强监测、防盗电等活动之后,到7 0 年线损仍保持在1 1 以上,继续采取上述措施再降低线损似乎已不起作用,连续多年仅使线损率下降 了0 5 。8 0 年代初韩国进一步采取提高一次配电电压的措施,将原有3 3 、6 6 k v 配电电压升高为2 2 k v 之后,1 9 8 5 年线损率从1 1 降低到5 9 。新加坡城网的配 电电压原来沿用英制,一次配电电压为1 1k v ,直到8 0 年起通过升压改造,将一 次配电电压升高为2 2 9k v 。日本在1 9 8 0 年将电压升压至2 0k v 、3 3k v ,低压线 路采用单相三线制配电,当时就把线损降到5 7 。以上这些亚洲的后工业化国家, 都竞相采用这一电压等级,可以看出该电压等级的确有其优越性。 国内外研究和实践表明,2 0 k v 这一电压等级尤其适宜于高负荷密度,站点和 走廊资源紧张的城市中心区,也适宜于供电距离长,压降大的偏远农村地区,故 它也十分适合于我国社会主义初级阶段。在条件适宜的地区,城镇配电网采用2 0 k v 电压等级是发展的必然趋势。改造现有的l o k v 配电网,过渡到2 0 k v 电压,将是 一项庞大的和长期的系统工程。 1 32 0k v 中压配电在国内外的应用 3 1 3 1国外采用2 0k v 配电电压的情况 国际上,在i e c 标准中压规定有2 0 k v 电压等级。将2 0k v 电压等级列为国家 标准的有【4 】美国、俄罗斯、日本、法国、意大利、加拿大、德国、保加利亚、匈牙 利和中国等。 各国配电网设置电压等级的发展趋势是【3 】:大城市采用四级电压供电,一般城 市则采用三级电压供电。美国早在1 9 4 8 年就部分采用了2 0 8 k v 2 4 9 k v 电压; 法国和德国则在2 0 世纪6 0 年代初开始发展2 0 k v 电压等级;8 0 的欧洲国家,如 意大利、奥地利、保加利亚、波兰等,中压配电均采用2 0 k v 2 5 k v ;而前苏联在 2 0 世纪6 0 年代几乎将所有大城市的1 0 k v 改造成2 0 k v 。在1 4 个亚洲国家和地区 中,已有9 个采用2 0 k v 作为中压配电电压等级,其中有新加坡、韩国和我国台湾 的城市。 1 3 2 国内采用2 0 k v 配电电压的情况 国内采用2 0 k v 配电电压代表性的区域有p j : ( 1 ) 苏卅i 工业园区。苏州工业园区是苏州市和新加坡合作开发的一个高新技术 区。规划中的园区是个人口、商业、工业的密集地区,也是电力负荷的密集地区, 根据总体规划,区内平均负荷密度达到3 0 , , 5 0 m w k m 2 。由于电网是重新布置的, 供电质量和可靠性要求都比较高,并且要求全电缆配电。变电站内主变压器为 2 2 0 1 1 0 2 0 k v 或1 1 0 2 0 k v ,单台2 2 0 1 1 0 2 0k v 变压器容量为1 8 0 m v a ,单台1 1 0 2 0 变压器容量为6 3 m v a 。变电站内2 0 k v 母线为单母线四母线或单母线六分段环形 接线。苏州工业园区2 0 k v 配电网中性点经7 7 q 小电阻接地。主变压器低压侧绕 组( 2 0 k v 侧1 采用星型接线,在变压器内部另设平衡绕组,绕组接成开i z l 三角形, 为3 次谐波电流提供通路。 ( 2 ) 辽宁本溪南芬供电公司。其特点为远距离农村和矿区供电,配电线路以架 空线路为主。本溪供电公司电力设备制造公司自行设计制造出s - 3 1 5 2 0 型配电变 压器,通过了鉴定。南芬地区受当地地理条件和自然条件的限制,负荷密度不大, 配电线路较长,中性点采用调匝式消弧线圈进行自动跟踪补偿。主变压器采用y y d 接线,2 0 k v 侧采用y 接线,直接引出中性点。 ( 3 ) 云南昆明“世纪城”中压配电网。由于“世纪城”开发面积有2 4 耐,主要用 电负荷为住宅、公建和商贸3 种形式。预计该工程建成后使用负荷将达到8 6 5 万 k w ,配电变压器装机容量为1 3 7 5 万k v a 。为确保该片区的正常使用和节约投资, 片区的中压配电网的供电电压是采用2 0 k v ,还是沿用1 0 k v 是值得探讨的问题。 4 2 0 0 4 年供用电专委会进行了2 0 k v 的适配性课题研究,认为2 0 k v 对于用电负荷不 断增大的社区有较好的适配性。 1 42 0k v 中压配电研究与推广动态 1 4 1研究动态嗍 不少供电公司都开展了2 0 k v 中压配电的可行性研究,一般针对新开发区进 行,如宜昌的白洋化学工业园区和吉林龙潭经济开发区等。宜昌还开展了农村l o k v 电网升压改造为2 0 k v 的可行性研究。这些研究的结论都支持在新区采用2 0 k v 中 压配电,但考虑到电网资产较新以及升压改造的复杂性,一般认为应慎重考虑在 l o k v 配电网成熟的建成区进行大规模升压改造。 昆明供电局及云南省电机工程学会对昆明配电网采用2 0 k v 中压配电的可行 性进行了研究,已向上级建议尽快在昆明机场、呈贡新区等规划区采用2 0 k v 作为 中压配电电压。 上海电力公司比较了在金山工业园区采用l l o l o k v 和1 l o 2 0 k v 两种配网规划 方案的经济性,并简要分析了2 0 k v 电价对用户投资的影响,认为金山工业园区建 设2 0 k v 配电网与建设l o k v 配电网相比在经济性上具有明显优势。 广东佛山南海电力设计院对南海电网2 0 k v 配电试点项目进行了可行性研究, 将2 2 0 1 1 0 2 0 0 4 k v 配电方案与2 2 0 1 1 0 1 0 0 4 k v 和2 2 0 1 l o 3 5 0 4 k v 配电方案作 了比较,认为2 0 k v 中压配电方案的技术经济综合指标占优,可以解决高负荷密度 地区l o k v 配电网输送容量小、供电半径短、损耗大、占用大量走廊等问题。认为 用2 0 k v 取代l o k v 是今后发展的方向,建议根据地区经济发展情况以及配电网发 展规划的要求,首先在新开发区试点,由点及面逐步推广。 1 4 2推广动态 为缓和电网建设与城市土地资源之间的矛盾,更好地满足持续增长的用电需 求,江苏省电力公司决定从2 0 0 7 年开始在全国率先推广2 0 k v 中压配电【刀,首先 选定1 3 个区域开展试点,然后继续在全省范围内选择条件适合的工业园区、开发 区、新城区等新兴区域推广应用2 0 k v 配电。江苏省电力公司开展了l o k v 架空线 和电缆直接升压到2 0 k v 运行的研究,希望能充分利用现有l o k v 资产,将现有l o k v 配电网逐步改造为2 0 k v 。 政策方面,国家发改委于2 0 0 7 年9 月1 7 日发布了关于江苏省增设2 0 k v 电 压等级销售电价有关问题的批复,同意在江苏省增设2 0 k v 电压等级销售电价, 并正式批复了2 0 3 5 k v 电压等级的销售电价水平,2 0 k v 销售电价比l o k v 销售电 价低6 厘,比现有3 5 k v 销售电价高9 厘,这为2 0 k v 中压配电在江苏的推广应用 创造了良好的外部环境。 国内外电网发展的历程表明,随着负荷的增长,适时提高中压配电电压,简 化电压层次,是工业发展的普遍规律。借鉴国外发达国家的经验,研究适合我国 实际的电压等级配置方案是非常必要的。 1 52 0 k v 配电网中性点接地方式的比较 中性点接地方式与中压配电设备的绝缘水平、绝缘配合方式以及中压配电设 备升压改造的经济性密切相关,是2 0 k v 中压配电网升压改造过程中所面临的关键 技术之一。中性点接地方式是确定2 0 k v 中压配电网升压改造过程中相关设备的选 型和投资预算的前提条件之一。另外,在配电网运行过程中,中性点接地方式与 配电网运行安全性和可靠性密切相关。为此,在选择2 0 k v 配电网中性点接地方式 时,应针对升压改造地区原有中压配电网的运行经验,并结合原有配电网的网络 状况进行综合分析。 2 0 k v 配电网中性点接地方式包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中 性点经电阻接地以及中性点直接接地,新型灵活接地等,各接地方式都有其优点 也有其不足。不同中性点接地方式的综合比较见表1 1 p j 。 下表列出了十项各种中性点接地方式的优缺点,说明2 0 k v 配电网中性点接地 方式是个涉及到电力系统的许多方面的综合问题。 6 表1 1 不同中性点接地方式的综合比较 t a b 1 1t h ee o m p a r eo fd i f f e r e n tn e u t r a lg r o u n d i n g 内容 中性点绝缘电阻接地经消弧线圈接地直接接地 方式 单相接地健全相过补偿时为; 对地电压( 相电压倍以上历倍以上 倍,欠补偿时有1 3 倍以下 压的倍数)谐振危险 发展为多重故障 线路长电容电流 可能由串联谐振 情况较好几乎无 的可能 大时可能性大 引起多重故障 为三相总对地电 由中性点电阻值 最小,但随脱谐 单相接地电流确定,一般限制大 容电流 度而增大 在5 0 - - 4 0 0 a 继电保护动作情实现有选择性的可以实现选择性实现选择性的继 可靠迅速 况接地保护较困难的接地保护电保护尤其困难 故障时对通信线随中性点电阻值大,但高速切 小小,但时间较长 路的电磁干扰增大而减小断时间短 正常时的静电干 因有中性点不平 因可能发生串联有三次谐振引 衡电压,故有静较小 谐振故有静电感起的静电感应 扰 电感应问题应问题问题 最小,采用快 系统动态稳定性大中最大速切断和重合 闸,得到改善 绝缘水平高,全与中性点电阻有与中性点绝缘方比中性点绝缘 变压器绝缘 绝缘关式基本相同方式低2 0 避雷器灭弧电压高1 0 0 1 0 5 高1 0 0 1 0 5 高1 0 0 低8 0 中性点电阻价格消弧线圈价格更接地网工程费 中性点装置费用小 大大用最大 故障电流对人身 安全的影响 持续时间长 小最小大 1 6本文的研究内容 配电网电压等级由1 0 k v 升至2 0 k v 后,需要重新选择合理的中性点接地方式 7 和相应继电保护措施。2 0 k v 系统中性点技术涉及的问题较多,需要进行全面、系 统的研
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