海洋石油平臺中壓電力系統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中性點接地方式研究

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在電力系統不斷發展的背景下，電力系統的規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；中性點接地

引言

海洋石油平臺上電力系統是否采用中性點接地，以及采用何種方式進行接地，都對整個系統的設計會產生重要的影響。因為中性點的接地方式，關系到系統的電壓等級、繼電保護、電流大小等方面的設計和控制，對整個電力系統的發電機、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電機，在發電機工作運行的過程中，會出現一些緊急狀況，為了保持整個石油平臺的運行正常，就要求發電機應該具備一定的突發故障處理和應變能力，而中性點的接地方式，會對發電機應對能力產生影響。所以，我們應當重視對中壓電力系統中中性點接地方式的研究。

1 、傳統的中性點不接地方式

電力系統的接地是指根據系統工作的需要特意把一個電路、一臺變壓器或發電機的導電中性點直接堅固的接地或經限流裝置接地。電力系統中性點接地方式主要有：中性點不接地；中性點直接接地；中性點經低電阻接地；中性點經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的中性點是絕緣的，不需要接地設備和接地網，經濟且工程簡單。然而，電力系統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變成一個由電容形成的“電容接地系統”。

1.2 中性點經低電阻接地

該接地方式指中性點經一阻值不大的電阻接地。按 DNV 規范故障電流一般限制在發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，對發電機阻尼繞阻和槽鐵芯的危害降低。但當發生單相故障時，中壓發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。

1.3 中性點經高電阻接地

該接地方式指電力系統的中性點經高電阻接至船體。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 、中壓電力系統下的中性點接地方式

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

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，會導致在系統出現接地故障的瞬間，整個電壓的急劇增加，從而對整個系統造成損害，為了避免這種危害結果，這個準則對故障產生的瞬態電壓做出了要求。一般采用接地故障電流小于10A。Rn是系統等值零序電阻，Xc0是每相的對地分布電容。實現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點主要表現在以下幾個方面：第一，能夠保持供電的連續性。供電持續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，使得在出現第一個接地故障時設備不會出現跳閘，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勢就是能夠快速的判斷電流故障的來源，出現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，并且能否據此對故障進行定位。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

經消弧線圈接地的電力系統，稱為諧振接地系統。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點在于：第一，由于使用的是消弧線圈，所以在故障出現以后，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都對故障的發生無意識，而整個系統供電的持續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，運行經驗表明，因為殘流甚小，所以接觸電壓低，即使電網短時間帶故障運行，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，產生的電容與消弧線圈的電感會形成一個串聯的諧振電路，導致諧振過電壓，這樣會損害電氣設備的使用壽命。

3 、結語

經過分析計算，在海洋石油平臺中壓系統宜采用高電阻接地，當發生單相接地故障時，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，增加了系統的可靠性。系統的各種接地方式都有其各自的特點和應用場合，需要根據不同項目和電力系統的特點，通過技術和經濟上的比較，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.船舶中壓電力系統中性點接地與過電壓研究[D].武漢理工大學，2011.