海洋平臺接地電流計算分析

傅祥廉

（中海油能源發(fā)展裝備技術有限公司設計研發(fā)中心，天津 300452）

1 概述

近年來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)均已實現(xiàn)電力組網(wǎng)連接，普遍采用35kV 電壓等級作為聯(lián)絡母線電壓。在工程方案設計中，確定中性點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題。

電力系統(tǒng)中性點接地方式基本可以劃分為兩大類：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）中性點直接接地方式；

（2）中性點經(jīng)低電阻接地方式；

（3）中性點經(jīng)中電阻接地方式。

2.小電流接地方式有：

（1）中性點不接地方式；

（2）中性點經(jīng)高電阻接地方式；

（3）中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。

海上油田工程設計中10kV 及以下電壓等級通常采用三相三線制方式，中性點不接地，保證電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后能持續(xù)運行一定時間保證供電連續(xù)性；且10kV 及以下電壓等級電纜絕緣費用占總體費用相對較低，采用中性點不接地方式經(jīng)濟性上能夠接受。但是隨著供電平臺上機組裝機容量增加，10kV 母線的接地電容電流校核也成為設計人員重點關注問題。

2 工程實例計算

渤海油田某電網(wǎng)中將新建WHPB 井口平臺通過一條新建海纜3Cx185mm2，8.8km 海纜連接至已建CEPF 平臺，通過一條新建海纜3Cx185mm2，4.35km 海纜連接至已建CEP平臺。現(xiàn)有油田電網(wǎng)已通過海纜或棧橋電纜實現(xiàn)電力組網(wǎng)連接。

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

2.1 電容電流計算

2.1.1 基礎數(shù)據(jù)

油田電網(wǎng)35kV 海纜參數(shù)如表1所示。

表1 現(xiàn)有35kV 海纜參數(shù)

2.1.2 接地電容電流計算

1.計算說明

35KV 系統(tǒng)電纜電容電流計算公式：

其中：

Ue 為電纜線路額定線電壓，單位V；

L 為電纜長度，單位km；

C 為電容值，單位F/km。

2.35 kV 接地電容電流計算

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，接地電容電流計算值分為以下兩部分：

（1）CEPS 至CEPA1-1 平臺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)與民用供配電設計手冊》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)接地電容電流計算值為117.1A，根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設計手冊》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)接地電容電流計算值為132.3A。

2.2 接地設備容量確定及投切原則

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

6kV～35kV 主要由電纜線路構成的工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)，當單相接地故障電容電流較大時，采用中性點低電阻接地方式，當發(fā)生單相接地故障時，較大的接地電流使保護裝置動作，切斷電源，并將間歇性弧光過電壓倍數(shù)限制在2.5倍以內(nèi)。

2.2.1 電網(wǎng)35kV 接地設備容量校核

電網(wǎng)現(xiàn)有共三座電站平臺，各電站平臺并列運行的組網(wǎng)變壓器僅一臺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：

表2 電網(wǎng)35kV 接地電阻電流值

電阻接地系統(tǒng)單相對短路時地電阻電流：

IR 為單相對地短路時電阻電流，單位A；

IC 為單相對地短路時電容電流，單位A。

（1）對于CEPS 至CEPA1-1 平臺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 平臺配置1 臺200A接地電阻可滿足該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 平臺與電網(wǎng)實施電力組網(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 臺接地電阻均需投入，投入后電流值可滿足該電網(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足WHPB 平臺接入后接地電容電流要求，新建WHPB 平臺變壓器35kV 側無需新增接地電阻。

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

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

2.3.2 故障工況下接地電阻投切原則

當發(fā)生35kV 海纜或用于組網(wǎng)聯(lián)絡的棧橋電纜斷線導致電網(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足35kV 系統(tǒng)單線接地電容；本項目僅考慮電網(wǎng)開環(huán)運行情況，則依據(jù)新建WHPB 平臺進線開關VCB101/102及母聯(lián)開關VCB103 的閉合情況，共可按照以下兩種情況分別進行分析。

1.VCB101/102 閉合，VCB103 斷開

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 平臺和WHPA 平臺與錦州25-1電網(wǎng)解列。CEP 平臺投入一臺接地電阻以滿足本平臺及其供電負荷平臺使用要求；電網(wǎng)其余平臺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35kV 側投入2 臺接地電阻，電阻電流為150A，可滿足使用要求。

（2）故障工況2

在故障工況2 下，CEPF 平臺與其供電的井口負荷平臺和CEPS、CEP 等主站解列。CEPF 平臺區(qū)域僅能投入一臺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，可滿足使用要求；電網(wǎng)其余平臺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35kV 側投入2 臺接地電阻，電阻電流為150A，可滿足使用要求。

（3）故障工況3

在故障工況3 下，任一海纜斷線僅會導致部分終端負荷失電，并不會造成電網(wǎng)解列形成兩個獨立的接地系統(tǒng)，此工況下保證3 臺接地電阻均投入。

2.VCB101/102 任一斷開，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)不會解列形成兩個獨立的接地系統(tǒng)，此工況下保證3 臺接地電阻均投入。

根據(jù)以上針對各故障工況的校核結果，在發(fā)生35kV 海纜或棧橋電纜斷線時無需增加各電站平臺組網(wǎng)變壓器35kV側接地電阻的投入數(shù)量。

2.4 校核結果

（1）新建WHPB 平臺與油田電網(wǎng)組網(wǎng)后，電網(wǎng)35kV 接地電阻電流值滿足規(guī)范使用要求；WHPB 平臺35kV 母線側無需新增接地電阻；

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

（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，選擇中性點經(jīng)機電組方式接地，當發(fā)生單相接地故障后配合保護裝置動作，在一定時限內(nèi)切斷故障電源將間歇性弧光過電壓倍數(shù)限制在2.5 倍以內(nèi)，保證海上電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。