淺析接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)在海洋平臺的應(yīng)用

劉波

（海洋石油工程（青島）有限公司，青島 山東 266520）

在對海洋石油設(shè)計(jì)開采的設(shè)計(jì)中，海洋平臺是油氣采集運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵場所。根據(jù)目前國內(nèi)常用的接地系統(tǒng)的分類和海洋平臺的特點(diǎn)，本文針對海洋平臺的電力系統(tǒng)的接地系統(tǒng)進(jìn)行分析。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)以及怎么接地在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中占有非常重要的一環(huán)，是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問題，也是牽涉到整個(gè)平臺電力系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的核心，接地方式的選擇決定了整個(gè)平臺供電的可靠性和安全性。

1 電力系統(tǒng)常用的接地方式

中性點(diǎn)接地方式與電壓等級、單相接地故障電流、過電壓水平以及保護(hù)配置等有密切關(guān)系。電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、電網(wǎng)供電的可靠性、連續(xù)性和運(yùn)行的安全性，以及電網(wǎng)對通信線路及無線電的干擾，在選擇中性點(diǎn)接地時(shí)必須進(jìn)行具體分析、綜合考慮。

根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50064-2014中3.1節(jié)，對系統(tǒng)中性點(diǎn)節(jié)點(diǎn)方式的定義，中性點(diǎn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)可以分為中性點(diǎn)有效接地和中性點(diǎn)非有效接地。在各種條件下，系統(tǒng)的零序與正序電抗之比應(yīng)為正值并且不應(yīng)大于3，而且零序電阻與正序電抗之比不應(yīng)大于1。這兩個(gè)條件需要同時(shí)成立，才能稱之為有效接地。要求零序電阻與正序電抗之比不應(yīng)大于1，是因?yàn)槿绻∮?的話，單相短路接地電流將超過三相接地電流，將會給后續(xù)的設(shè)備開關(guān)的選型帶來困難，單相接地短路電流由于是非對稱短路，含有的非周期分量的對開關(guān)的影響，要予以考慮。中性點(diǎn)非有效接地方式可以分為中性點(diǎn)不接地方式、中性點(diǎn)低電阻接地方式、中性點(diǎn)高電阻接地方式和中性點(diǎn)諧振接地方式。電網(wǎng)系統(tǒng)中各種接地方式的比較可以圖1。

圖1 各種接地方式的比較

在海洋平臺的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，由于海洋平臺的電網(wǎng)容量還是屬于相對較小的，整個(gè)系統(tǒng)計(jì)算出來的電容電流還是較小的根據(jù)GB/T50064-2014中3.1.3條，關(guān)于發(fā)電機(jī)額定電壓6.3kV及以上的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生單相接地故障不要求瞬時(shí)切機(jī)時(shí)，采用中性點(diǎn)不接地方式。同時(shí)，海洋平臺的電力系統(tǒng)特點(diǎn)是用電量較大，同時(shí)設(shè)備相對集中，有大量的高壓和低壓電動(dòng)機(jī)，對供電要求性極高，而中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，由于單相接地時(shí)，不構(gòu)成短路回路，單相接地短路電流很小，可以帶“病”運(yùn)行兩個(gè)小時(shí)，這兩個(gè)小時(shí)內(nèi)，消除故障即可。

海洋平臺電力系統(tǒng)從供電的連續(xù)性、安全性、可靠性以及后續(xù)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)中，兼考慮平臺具有大量的消防和逃生設(shè)備，以及大量設(shè)備暴露在海洋潮濕、鹽霧等各種腐蝕下，對設(shè)備的絕緣會帶來較大的沖擊，綜合以上考慮，在目前的海洋平臺上，一般選擇中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)來為平臺供電。

2 海洋平臺中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地分析

中性點(diǎn)不接地方式中發(fā)生單相接地故障時(shí)電壓、電流相量見圖2。

圖2 中性點(diǎn)不接地方式中發(fā)生單相接地故障時(shí)電壓、電流相量圖

中性點(diǎn)不接地方式的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生單相接地故障時(shí)，不形成故障電流通路，通過接地點(diǎn)的電流僅為接地電容電流，正常情況下各相導(dǎo)線的對地電容C1=C2＝C3，則正常情況節(jié)中性點(diǎn)電位為零，即UN=0。當(dāng)Ll發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流很小時(shí)，只是故障相對地電位發(fā)生變化，故障相電壓變?yōu)榱悖行渣c(diǎn)位移電壓升至UEN=Uu，另外兩相電壓升高為線電壓。

可見當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)僅非故障相對地電壓升高，相間電壓對稱性并未破壞，故不影響用電設(shè)備的供電。當(dāng)單相接地電容電流很小時(shí)，不會形成穩(wěn)定的接地電弧，故障點(diǎn)電弧可以 迅速自熄。熄弧后絕緣可自行恢復(fù)，而無需使線路斷開，可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，以便查 找故障線路，從而大大提高了供電可靠性。同時(shí)對許多瞬時(shí)性的接地閃絡(luò)，常能自動(dòng)消弧，不至于轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性故障，因此能迅速恢復(fù)電網(wǎng)正常運(yùn)行。

3 海洋平臺電網(wǎng)接地系統(tǒng)特點(diǎn)分析

海洋平臺由于遠(yuǎn)離陸地，設(shè)備對供電的要求高，同時(shí)因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境的復(fù)雜性，海洋平臺的電力系統(tǒng)有其自身的一些特點(diǎn)，現(xiàn)根據(jù)已有的某些平臺項(xiàng)目做一個(gè)簡單的分析和總結(jié)：

（1）海洋平臺電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于沒有構(gòu)成金屬性短路回路，因此短路電流很小，可能幾十毫安的級別，同時(shí)系統(tǒng)的三相線電壓仍然保持平衡，而且根據(jù)規(guī)范要求，可繼續(xù)運(yùn)行2個(gè)小時(shí)。系統(tǒng)繼續(xù)保持正常運(yùn)行，不影響整個(gè)平臺的正常生產(chǎn)和生活，因此供電的可靠性高、聯(lián)系性好。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)的缺失：當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測屬于總體監(jiān)測，并不是分段式的精確監(jiān)測，沒法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，往往要花費(fèi)較大的時(shí)間去發(fā)現(xiàn)問題所在，如果不能在第一時(shí)間解決問題，進(jìn)一步惡化，發(fā)展為兩相接地短路，性質(zhì)就會比較壞了，很可能對設(shè)備，甚至對人身造成傷害，就會對整個(gè)平臺的正常運(yùn)行帶來一定的影響。

（3）海洋平臺電網(wǎng)的電容電流應(yīng)包括所有電氣連接的架空線路、電纜線路、發(fā)電機(jī)、變壓器以及母線和電器的電容電流，并應(yīng)考慮電網(wǎng)5～10年的發(fā)展。海洋平臺的供電線路都是以電纜為主，主機(jī)到控制中心，以及控制中心到現(xiàn)場的各種控制盤在海洋平臺里面基本都是電纜，根據(jù)工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊中電容電流I為線電壓U和電纜長度L乘積的0.1倍進(jìn)行估算，即用I=0.1UL就可簡單估算出整個(gè)平臺的電容電流，在現(xiàn)在的一些海洋平臺中，平臺容量較小，電容電流較小，一般不超過10安培，根據(jù)GB/T50064-2014中3.1.3條，當(dāng)單相接地故障電容電流不超過10安培時(shí)，可采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。但是最近幾年，隨著海洋平臺的發(fā)展，海洋平臺的電力系統(tǒng)的整個(gè)容量也是在逐漸的增大，目前存在一些油田群項(xiàng)目的組網(wǎng)供電，使用的電纜長度也是對應(yīng)增長，這就導(dǎo)致了海洋平臺電網(wǎng)的單相接地故障電容電流不斷增大，并有可能超過規(guī)范規(guī)定值，這就對以后海洋平臺電網(wǎng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。電容電流的增大，會帶來較大的麻煩，一旦超過規(guī)范的允許值，接地的電弧就不易熄滅，會產(chǎn)生較高的弧光間隙接地過電壓，可能波及整個(gè)電網(wǎng)的安全。

（4）中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相接地故障電流一般只有幾十毫安，或者上百毫安，對目前常用的繼電保護(hù)裝置來說，電流屬于偏小，靈敏度不夠，沒法實(shí)現(xiàn)快速安全的保護(hù)，就沒法通過常規(guī)的繼電保護(hù)來實(shí)現(xiàn)各個(gè)支路的保護(hù)，一般常常需要配備漏電保護(hù)來加以補(bǔ)充。海洋平臺上各類電氣設(shè)備的外殼都是需要接地連接。這樣在發(fā)生單相接地故障時(shí)，能將故障電流通過外殼的接地引走，而不對接觸帶電外殼的人身造成傷害。由于漏電保護(hù)器不是通過規(guī)范要求的靈敏度來整點(diǎn)動(dòng)作值，通過漏電電流大小來判斷，即可做出動(dòng)作，及時(shí)有效的切斷電源，從而保障人身安全。

4 結(jié)語

海洋平臺電網(wǎng)接地方式的選擇是一個(gè)系統(tǒng)性的問題，需要全方位的通盤去考慮各個(gè)因素，并要考慮電網(wǎng)未來5～10年的發(fā)展。海洋平臺常用的都是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，但是隨著電網(wǎng)的發(fā)展，技術(shù)的不斷更新，需要結(jié)合具體的參數(shù)，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性的分析來決定最終的接地方式。