高寧州

北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司

海洋石油平臺(tái)中壓電力系統(tǒng)中性點(diǎn)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(fù)雜性也在逐漸提升，本文則主要介紹了海洋石油平臺(tái)中壓電力系統(tǒng)幾種較為常見的接地形式以及特點(diǎn)，力求不斷推進(jìn)其進(jìn)步。

海洋石油平臺(tái)；電力系統(tǒng)；中性點(diǎn)接地

引言

海洋石油平臺(tái)上電力系統(tǒng)是否采用中性點(diǎn)接地，以及采用何種方式進(jìn)行接地，都對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生重要的影響。因?yàn)橹行渣c(diǎn)的接地方式，關(guān)系到系統(tǒng)的電壓等級(jí)、繼電保護(hù)、電流大小等方面的設(shè)計(jì)和控制，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、變壓器工作運(yùn)行方式也會(huì)帶來直接的影響。海上石油平臺(tái)電流就是發(fā)電機(jī)，在發(fā)電機(jī)工作運(yùn)行的過程中，會(huì)出現(xiàn)一些緊急狀況，為了保持整個(gè)石油平臺(tái)的運(yùn)行正常，就要求發(fā)電機(jī)應(yīng)該具備一定的突發(fā)故障處理和應(yīng)變能力，而中性點(diǎn)的接地方式，會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)應(yīng)對(duì)能力產(chǎn)生影響。所以，我們應(yīng)當(dāng)重視對(duì)中壓電力系統(tǒng)中中性點(diǎn)接地方式的研究。

1 、傳統(tǒng)的中性點(diǎn)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(gè)電路、一臺(tái)變壓器或發(fā)電機(jī)的導(dǎo)電中性點(diǎn)直接堅(jiān)固的接地或經(jīng)限流裝置接地。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式主要有：中性點(diǎn)不接地；中性點(diǎn)直接接地；中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地；中性點(diǎn)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(diǎn)不接地

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

1.2 中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地

該接地方式指中性點(diǎn)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(jī)或變壓器的額定電流值的 20%～100%以內(nèi)。單相接地時(shí)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(huì)下降。因而可以說低電阻接地的過電壓低，震蕩的頻率低，對(duì)發(fā)電機(jī)阻尼繞阻和槽鐵芯的危害降低。但當(dāng)發(fā)生單相故障時(shí)，中壓發(fā)電機(jī)也可能因接地電流過大而嚴(yán)重?zé)龤Ю@組，因此低電阻接地一般不適用于海洋石油平臺(tái)系統(tǒng)。

1.3 中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地

該接地方式指電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)接地方式

隨著海洋石油平臺(tái)現(xiàn)代化設(shè)施的增加，對(duì)發(fā)電機(jī)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(tái)上的電力系統(tǒng)建設(shè)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(tái)運(yùn)行的需求，為了將電力系統(tǒng)的容量提升到一個(gè)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?cè)趥鹘y(tǒng)電力系統(tǒng)中使用的中性點(diǎn)不接地方式在新的系統(tǒng)中就不再適用，必須采用中性點(diǎn)接地的方式來保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠。

2.1 中性點(diǎn)采用高電阻接地

高電阻接地的模式，一個(gè)重要的基本準(zhǔn)則就是滿足Rn小于等于3Xc0的基本要求，這個(gè)要求的主要目的，就是因?yàn)檫@種高電阻的特性，會(huì)導(dǎo)致在系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障的瞬間，整個(gè)電壓的急劇增加，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成損害，為了避免這種危害結(jié)果，這個(gè)準(zhǔn)則對(duì)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(duì)地分布電容。實(shí)現(xiàn)高電阻接地的一般方式就是在變壓器副邊接上一個(gè)小歐姆的電阻，原邊接在中性點(diǎn)和地之間。但是在使用高電阻技術(shù)前，我們必須保證整個(gè)電力系統(tǒng)實(shí)行的是配電制，這與石油平臺(tái)通常使用的電制相吻合。采用這種接地方式的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，能夠保持供電的連續(xù)性。供電持續(xù)對(duì)于海洋石油平臺(tái)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(gè)接地故障時(shí)設(shè)備不會(huì)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(gòu)成放電回路，將發(fā)生單相接地故障時(shí)在電容中積聚的電荷釋放掉，使得過電壓發(fā)生在一個(gè)較低的水平。第三，方便故障定位，采用高電阻接地的一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)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(fù)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(duì)故障進(jìn)行定位。第四，對(duì)人體危害較小，高電阻能夠消除掉電弧對(duì)人體的傷害，同時(shí)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(diǎn)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(diào)電感線圈。采用諧振接地模式的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)熄滅，這樣的快速應(yīng)對(duì)使得用戶和系統(tǒng)都對(duì)故障的發(fā)生無意識(shí)，而整個(gè)系統(tǒng)供電的持續(xù)性不會(huì)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(diǎn)的電流通常較小，不會(huì)導(dǎo)致故障的擴(kuò)大，能夠保證其他設(shè)備的安全。第三，人身安全有良好的保障，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，因?yàn)闅埩魃跣?，所以接觸電壓低，即使電網(wǎng)短時(shí)間帶故障運(yùn)行，偶爾觸電一般也無生命危險(xiǎn)。當(dāng)然，任何一種接地方式都會(huì)有著局限，諧振接地也不例外，它的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在：第一，相對(duì)與高電阻接地方式，這種諧振接地更加難以對(duì)故障進(jìn)行判斷。第二，會(huì)造成中性點(diǎn)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(huì)形成一個(gè)串聯(lián)的諧振電路，導(dǎo)致諧振過電壓，這樣會(huì)損害電氣設(shè)備的使用壽命。

3 、結(jié)語

經(jīng)過分析計(jì)算，在海洋石油平臺(tái)中壓系統(tǒng)宜采用高電阻接地，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，繼電保護(hù)能夠瞬間切除故障回路，同時(shí)在每一個(gè)中壓回路中增加零序電流保護(hù)，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(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，需要根據(jù)不同項(xiàng)目和電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的比較，在理論分析和實(shí)際應(yīng)用中作進(jìn)一步的論證。

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

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