海洋平臺(tái)接地電流計(jì)算分析

傅祥廉

摘 要 單體海上油田多采用三相三線制供電方式，隨著海上油田電網(wǎng)的實(shí)施引入35kV電壓等級(jí)作為組網(wǎng)聯(lián)絡(luò)電壓，35kV側(cè)廣泛采用三相四線制形式，海上油田電網(wǎng)接地電流計(jì)算及接地裝置選擇成為設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一。本文通過(guò)長(zhǎng)距離海纜接地電容電流計(jì)算，選擇合適的接地電阻以限制間歇性弧光過(guò)電壓。同時(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行故障工況下校核，提出多個(gè)接地電阻的投切原則。

關(guān)鍵詞 接地電容電流 接地裝置 接地電阻計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：P75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）02-0058-03

1 概述

近年來(lái)隨著海上油田電力組網(wǎng)工程的普及，渤海灣內(nèi)各油田電網(wǎng)均已實(shí)現(xiàn)電力組網(wǎng)連接，普遍采用35kV電壓等級(jí)作為聯(lián)絡(luò)母線電壓。在工程方案設(shè)計(jì)中，確定中性點(diǎn)接地方式需綜合考慮供電可靠性、連續(xù)性、安全性和絕緣水平等問(wèn)題。

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式基本可以劃分為兩大類(lèi)：大電流接地方式和小電流接地方式;其中大電流接地方式需斷路器切斷接地電流故障，小電流接地方式產(chǎn)生的接地電弧可自行瞬間熄滅。

1.大電流接地方式有：

（1）中性點(diǎn)直接接地方式;

（2）中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式;

（3）中性點(diǎn)經(jīng)中電阻接地方式。

2.小電流接地方式有：

（1）中性點(diǎn)不接地方式;

（2）中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式;

（3）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。

海上油田工程設(shè)計(jì)中10kV及以下電壓等級(jí)通常采用三相三線制方式，中性點(diǎn)不接地，保證電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后能持續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間保證供電連續(xù)性;且10kV及以下電壓等級(jí)電纜絕緣費(fèi)用占總體費(fèi)用相對(duì)較低，采用中性點(diǎn)不接地方式經(jīng)濟(jì)性上能夠接受。但是隨著供電平臺(tái)上機(jī)組裝機(jī)容量增加，10kV母線的接地電容電流校核也成為設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題。

2 工程實(shí)例計(jì)算

渤海油田某電網(wǎng)中將新建WHPB井口平臺(tái)通過(guò)一條新建海纜3Cx185mm2，8.8km海纜連接至已建CEPF平臺(tái)，通過(guò)一條新建海纜3Cx185mm2，4.35km海纜連接至已建CEP平臺(tái)?，F(xiàn)有油田電網(wǎng)已通過(guò)海纜或棧橋電纜實(shí)現(xiàn)電力組網(wǎng)連接。

新建WHPB平臺(tái)接入油田電網(wǎng)后，全油田現(xiàn)有共7條35kV海纜;因此基于以上7條長(zhǎng)距離輸電海纜對(duì)油田電網(wǎng)35kV接地裝置進(jìn)行計(jì)算校核。

2.1 電容電流計(jì)算

2.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

油田電網(wǎng)35kV海纜參數(shù)如表1所示。

2.1.2 接地電容電流計(jì)算

1.計(jì)算說(shuō)明

35KV系統(tǒng)電纜電容電流計(jì)算公式：

其中：

Ue為電纜線路額定線電壓，單位V;

L為電纜長(zhǎng)度，單位km;

C為電容值，單位F/km。

2.35kV接地電容電流計(jì)算

電網(wǎng)35kV電力系統(tǒng)接地電容電流考慮原有及新增35kV海纜。

依據(jù)電網(wǎng)總單線圖，接地電容電流計(jì)算值分為以下兩部分：

（1）CEPS至CEPA1-1平臺(tái)35kV電力系統(tǒng)

該35kV電力系統(tǒng)接地電容電流值為133.2A，根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中變電所增加的接地電容電流值，再考慮13%的附加值，35kV電力系統(tǒng)接地電容電流計(jì)算值為150.5A。

（2）其余電網(wǎng)35kV電力系統(tǒng)

電網(wǎng)35kV電力系統(tǒng)接地電容電流計(jì)算值為117.1A，根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中變電所增加的接地電容電流值，再考慮13%的附加值，35kV電力系統(tǒng)接地電容電流計(jì)算值為132.3A。

2.2 接地設(shè)備容量確定及投切原則

當(dāng)單相接地故障的電容電流大于下列數(shù)值時(shí)，電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)不能使用不接地的方式，而應(yīng)采取其它的接地方式：

3～6kV 電網(wǎng) 30A

10～35kV電網(wǎng) 20A

35～60kV 電網(wǎng) 10A

6kV～35kV主要由電纜線路構(gòu)成的工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流較大時(shí)，采用中性點(diǎn)低電阻接地方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，較大的接地電流使保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷電源，并將間歇性弧光過(guò)電壓倍數(shù)限制在2.5倍以?xún)?nèi)。

2.2.1電網(wǎng)35kV接地設(shè)備容量校核

電網(wǎng)現(xiàn)有共三座電站平臺(tái)，各電站平臺(tái)并列運(yùn)行的組網(wǎng)變壓器僅一臺(tái)變壓器投入接地電阻。電網(wǎng)所配置組網(wǎng)變壓器及接地電阻電流如表2所示：

電阻接地系統(tǒng)單相對(duì)短路時(shí)地電阻電流：

IR為單相對(duì)地短路時(shí)電阻電流，單位A;

IC為單相對(duì)地短路時(shí)電容電流，單位A。

（1）對(duì)于CEPS至CEPA1-1平臺(tái)35kV電力系統(tǒng)，其單相接地電容電流為150.5A，依據(jù)公式2，則該35kV電力系統(tǒng)所需要的電阻電流為165.55A。CEPS平臺(tái)配置1臺(tái)200A接地電阻可滿(mǎn)足該35kV電力系統(tǒng)接地電容電流使用要求，且該接地電阻必須保持投入狀態(tài)。

（2）WHPB平臺(tái)與電網(wǎng)實(shí)施電力組網(wǎng)后，電網(wǎng)35kV系統(tǒng)單相接地電容電流為132.3A，依據(jù)公式2，則35kV系統(tǒng)所需要的電阻電流為145.6A。考慮一定的可靠系數(shù)，電網(wǎng)現(xiàn)有3臺(tái)接地電阻均需投入，投入后電流值可滿(mǎn)足該電網(wǎng)35kV電力系統(tǒng)接地電容電流使用要求。

因此電網(wǎng)接地電阻電流容量可滿(mǎn)足WHPB平臺(tái)接入后接地電容電流要求，新建WHPB平臺(tái)變壓器35kV側(cè)無(wú)需新增接地電阻。

2.3 接地電阻投切原則

2.3.1 正常工況下接地電阻投切原則

在正常運(yùn)行工況下，CEPS平臺(tái)組網(wǎng)變壓器CEP-T-010 /011的35kV側(cè)接地電阻必須保持投入狀態(tài);CEP、CEPF和WHPAS平臺(tái)并列運(yùn)行的組網(wǎng)變壓器至少一臺(tái)35kV側(cè)接地電阻投入。

2.3.2 故障工況下接地電阻投切原則

當(dāng)發(fā)生35kV海纜或用于組網(wǎng)聯(lián)絡(luò)的棧橋電纜斷線導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)解列，需要校核解列后電網(wǎng)的接地電阻電流值是否能滿(mǎn)足35kV系統(tǒng)單線接地電容;本項(xiàng)目?jī)H考慮電網(wǎng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行情況，則依據(jù)新建WHPB平臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)VCB101/102及母聯(lián)開(kāi)關(guān)VCB103的閉合情況，共可按照以下兩種情況分別進(jìn)行分析。

1.VCB101/102閉合，VCB103斷開(kāi)

依據(jù)海纜及棧橋電纜斷線故障，共需考慮以下3種工況。

（1）故障工況1

在故障工況1下，CEP平臺(tái)和WHPA平臺(tái)與錦州25-1電網(wǎng)解列。CEP平臺(tái)投入一臺(tái)接地電阻以滿(mǎn)足本平臺(tái)及其供電負(fù)荷平臺(tái)使用要求;電網(wǎng)其余平臺(tái)35kV單相接地電容電流為92.1A，所需接地電阻電流為101.3A，而電網(wǎng)其余平臺(tái)35kV側(cè)投入2臺(tái)接地電阻，電阻電流為150A，可滿(mǎn)足使用要求。

（2）故障工況2

在故障工況2下，CEPF平臺(tái)與其供電的井口負(fù)荷平臺(tái)和CEPS、CEP等主站解列。CEPF平臺(tái)區(qū)域僅能投入一臺(tái)75A接地電阻，該區(qū)域接地電容電流為41.8A，所需接地電阻電容電流為46A，可滿(mǎn)足使用要求;電網(wǎng)其余平臺(tái)35kV單相接地電容電流為90.5A，所需接地電阻電流為99.6A，而電網(wǎng)其余平臺(tái)35kV側(cè)投入2臺(tái)接地電阻，電阻電流為150A，可滿(mǎn)足使用要求。

（3）故障工況3

在故障工況3下，任一海纜斷線僅會(huì)導(dǎo)致部分終端負(fù)荷失電，并不會(huì)造成電網(wǎng)解列形成兩個(gè)獨(dú)立的接地系統(tǒng)，此工況下保證3臺(tái)接地電阻均投入。

2.VCB101/102任一斷開(kāi)，VCB103閉合

在該情況下，任一海纜或組網(wǎng)用棧橋電纜斷線后，電網(wǎng)不會(huì)解列形成兩個(gè)獨(dú)立的接地系統(tǒng)，此工況下保證3臺(tái)接地電阻均投入。

根據(jù)以上針對(duì)各故障工況的校核結(jié)果，在發(fā)生35kV海纜或棧橋電纜斷線時(shí)無(wú)需增加各電站平臺(tái)組網(wǎng)變壓器35kV側(cè)接地電阻的投入數(shù)量。

2.4 校核結(jié)果

（1）新建WHPB平臺(tái)與油田電網(wǎng)組網(wǎng)后，電網(wǎng)35kV接地電阻電流值滿(mǎn)足規(guī)范使用要求;WHPB平臺(tái)35kV母線側(cè)無(wú)需新增接地電阻;

（2）在正常運(yùn)行工況下，CEPS平臺(tái)組網(wǎng)變壓器CEP- T-010/011的35kV側(cè)接地電阻必須保持投入狀態(tài);CEP、CEPF和WHPAS平臺(tái)35kV側(cè)接地電阻均需投入;

（3）在發(fā)生任一35kV海纜或棧橋電纜斷線工況下，需保證錦州25-1油田電網(wǎng)接地電阻均為投入狀態(tài)。

3 結(jié)論

海上油田電網(wǎng)35kV系統(tǒng)通常采用三相四線制，通常35kV系統(tǒng)接地電容電流由海纜單相接地電容電流疊加而成。隨著電網(wǎng)規(guī)模的增加，35kV系統(tǒng)接地電容電流快速增長(zhǎng)，選擇中性點(diǎn)經(jīng)機(jī)電組方式接地，當(dāng)發(fā)生單相接地故障后配合保護(hù)裝置動(dòng)作，在一定時(shí)限內(nèi)切斷故障電源將間歇性弧光過(guò)電壓倍數(shù)限制在2.5倍以?xún)?nèi)，保證海上電網(wǎng)安全穩(wěn)定

運(yùn)行。

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