海洋石油平臺中壓電力系統(tǒng)中性點接地方式研究

高寧州

北京沃利帕森工程技術有限公司

海洋石油平臺中壓電力系統(tǒng)中性點接地方式研究

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在電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的背景下，電力系統(tǒng)的規(guī)模以及復雜性也在逐漸提升，本文則主要介紹了海洋石油平臺中壓電力系統(tǒng)幾種較為常見的接地形式以及特點，力求不斷推進其進步。

海洋石油平臺；電力系統(tǒng)；中性點接地

引言

海洋石油平臺上電力系統(tǒng)是否采用中性點接地，以及采用何種方式進行接地，都對整個系統(tǒng)的設計會產(chǎn)生重要的影響。因為中性點的接地方式，關系到系統(tǒng)的電壓等級、繼電保護、電流大小等方面的設計和控制，對整個電力系統(tǒng)的發(fā)電機、變壓器工作運行方式也會帶來直接的影響。海上石油平臺電流就是發(fā)電機，在發(fā)電機工作運行的過程中，會出現(xiàn)一些緊急狀況，為了保持整個石油平臺的運行正常，就要求發(fā)電機應該具備一定的突發(fā)故障處理和應變能力，而中性點的接地方式，會對發(fā)電機應對能力產(chǎn)生影響。所以，我們應當重視對中壓電力系統(tǒng)中中性點接地方式的研究。

1 、傳統(tǒng)的中性點不接地方式

電力系統(tǒng)的接地是指根據(jù)系統(tǒng)工作的需要特意把一個電路、一臺變壓器或發(fā)電機的導電中性點直接堅固的接地或經(jīng)限流裝置接地。電力系統(tǒng)中性點接地方式主要有：中性點不接地；中性點直接接地；中性點經(jīng)低電阻接地；中性點經(jīng)高電阻接地等其他接地方式。采用何種接地方式涉及電力系統(tǒng)很多方面，需要綜合考慮 。

1.1 中性點不接地

該接地方式指電力系統(tǒng)的中性點是絕緣的，不需要接地設備和接地網(wǎng)，經(jīng)濟且工程簡單。然而，電力系統(tǒng)中有大量的中壓設備與中壓電纜，在相鄰導體和接地表面之間都存在耦合電容，使得中性點不接地系統(tǒng)變成一個由電容形成的“電容接地系統(tǒng)”。

1.2 中性點經(jīng)低電阻接地

該接地方式指中性點經(jīng)一阻值不大的電阻接地。按 DNV 規(guī)范故障電流一般限制在發(fā)電機或變壓器的額定電流值的 20%～100%以內。單相接地時由于電阻性電流占極大的比例，因此電容電流所引起的危害因素下降，電感電容產(chǎn)生振蕩的頻率大大下降，其電壓的振幅也會下降。因而可以說低電阻接地的過電壓低，震蕩的頻率低，對發(fā)電機阻尼繞阻和槽鐵芯的危害降低。但當發(fā)生單相故障時，中壓發(fā)電機也可能因接地電流過大而嚴重燒毀繞組，因此低電阻接地一般不適用于海洋石油平臺系統(tǒng)。

1.3 中性點經(jīng)高電阻接地

該接地方式指電力系統(tǒng)的中性點經(jīng)高電阻接至船體。采用高電阻接地的主要目的是限制單相接地故障電流，并可防止接地電弧重燃，中性點出現(xiàn)的積累性電壓升高，從而降低電弧接地過電壓。

2 、中壓電力系統(tǒng)下的中性點接地方式

隨著海洋石油平臺現(xiàn)代化設施的增加，對發(fā)電機的容量、電壓都提出了更高的要求，單純的采用不接地的方式已經(jīng)不能滿足平臺上的電力系統(tǒng)建設的需求。傳統(tǒng)的低壓交流電系統(tǒng)不再滿足現(xiàn)代石油平臺運行的需求，為了將電力系統(tǒng)的容量提升到一個新的水平，我們就需要將傳統(tǒng)的低壓交流電改為中壓交流電。隨著電力系統(tǒng)的改變，我們在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中使用的中性點不接地方式在新的系統(tǒng)中就不再適用，必須采用中性點接地的方式來保證系統(tǒng)運行的安全可靠。

2.1 中性點采用高電阻接地

高電阻接地的模式，一個重要的基本準則就是滿足Rn小于等于3Xc0的基本要求，這個要求的主要目的，就是因為這種高電阻的特性，會導致在系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障的瞬間，整個電壓的急劇增加，從而對整個系統(tǒng)造成損害，為了避免這種危害結果，這個準則對故障產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓做出了要求。一般采用接地故障電流小于10A。Rn是系統(tǒng)等值零序電阻，Xc0是每相的對地分布電容。實現(xiàn)高電阻接地的一般方式就是在變壓器副邊接上一個小歐姆的電阻，原邊接在中性點和地之間。但是在使用高電阻技術前，我們必須保證整個電力系統(tǒng)實行的是配電制，這與石油平臺通常使用的電制相吻合。采用這種接地方式的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，能夠保持供電的連續(xù)性。供電持續(xù)對于海洋石油平臺的工作來說有著重要的意義，采用這種接地方式，使得在出現(xiàn)第一個接地故障時設備不會出現(xiàn)跳閘，一般將故障電流控制在5－10A之間。第二，接地電弧重燃的暫態(tài)過電壓水平被抑制在2.6倍正常電壓以下，非故障相的電容和接地電阻構成放電回路，將發(fā)生單相接地故障時在電容中積聚的電荷釋放掉，使得過電壓發(fā)生在一個較低的水平。第三，方便故障定位，采用高電阻接地的一個突出優(yōu)勢就是能夠快速的判斷電流故障的來源，出現(xiàn)的零序電流還是負序電流、漏電流都能用來作為故障判斷的依據(jù)，并且能否據(jù)此對故障進行定位。第四，對人體危害較小，高電阻能夠消除掉電弧對人體的傷害，同時使用這種接地方式并不需要太多的投入，不需要昂貴的繼電器。

2.2 中性點諧振接地

經(jīng)消弧線圈接地的電力系統(tǒng)，稱為諧振接地系統(tǒng)。消弧線圈是一種鐵心帶有空氣間隙的可調電感線圈。采用諧振接地模式的優(yōu)點在于：第一，由于使用的是消弧線圈，所以在故障出現(xiàn)以后，接地電弧能夠瞬間地自動熄滅，這樣的快速應對使得用戶和系統(tǒng)都對故障的發(fā)生無意識，而整個系統(tǒng)供電的持續(xù)性不會受到任何影響。第二，安全性能良好。采用諧振接地的方式，故障點的電流通常較小，不會導致故障的擴大，能夠保證其他設備的安全。第三，人身安全有良好的保障，運行經(jīng)驗表明，因為殘流甚小，所以接觸電壓低，即使電網(wǎng)短時間帶故障運行，偶爾觸電一般也無生命危險。當然，任何一種接地方式都會有著局限，諧振接地也不例外，它的缺點主要表現(xiàn)在：第一，相對與高電阻接地方式，這種諧振接地更加難以對故障進行判斷。第二，會造成中性點的位移。如果采用三相接地的方式，產(chǎn)生的電容與消弧線圈的電感會形成一個串聯(lián)的諧振電路，導致諧振過電壓，這樣會損害電氣設備的使用壽命。

3 、結語

經(jīng)過分析計算，在海洋石油平臺中壓系統(tǒng)宜采用高電阻接地，當發(fā)生單相接地故障時，繼電保護能夠瞬間切除故障回路，同時在每一個中壓回路中增加零序電流保護，解決選線問題，增加了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的各種接地方式都有其各自的特點和應用場合，需要根據(jù)不同項目和電力系統(tǒng)的特點，通過技術和經(jīng)濟上的比較，在理論分析和實際應用中作進一步的論證。

[1]侯永將.中壓配電網(wǎng)中性點接地方式研究[D].鄭州大學，2010.

[2]王燕.船舶中壓電力系統(tǒng)中性點接地與過電壓研究[D].武漢理工大學，2011.