海洋石油平台中压电力系统中性点接地方式研究

高宁州

北京沃利帕森工程技术有限公司

海洋石油平台中压电力系统中性点接地方式研究

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在电力系统不断发展的背景下，电力系统的规模以及复杂性也在逐渐提升，本文则主要介绍了海洋石油平台中压电力系统几种较为常见的接地形式以及特点，力求不断推进其进步。

海洋石油平台；电力系统；中性点接地

引言

海洋石油平台上电力系统是否采用中性点接地，以及采用何种方式进行接地，都对整个系统的设计会产生重要的影响。因为中性点的接地方式，关系到系统的电压等级、继电保护、电流大小等方面的设计和控制，对整个电力系统的发电机、变压器工作运行方式也会带来直接的影响。海上石油平台电流就是发电机，在发电机工作运行的过程中，会出现一些紧急状况，为了保持整个石油平台的运行正常，就要求发电机应该具备一定的突发故障处理和应变能力，而中性点的接地方式，会对发电机应对能力产生影响。所以，我们应当重视对中压电力系统中中性点接地方式的研究。

1 、传统的中性点不接地方式

电力系统的接地是指根据系统工作的需要特意把一个电路、一台变压器或发电机的导电中性点直接坚固的接地或经限流装置接地。电力系统中性点接地方式主要有：中性点不接地；中性点直接接地；中性点经低电阻接地；中性点经高电阻接地等其他接地方式。采用何种接地方式涉及电力系统很多方面，需要综合考虑 。

1.1 中性点不接地

该接地方式指电力系统的中性点是绝缘的，不需要接地设备和接地网，经济且工程简单。然而，电力系统中有大量的中压设备与中压电缆，在相邻导体和接地表面之间都存在耦合电容，使得中性点不接地系统变成一个由电容形成的“电容接地系统”。

1.2 中性点经低电阻接地

该接地方式指中性点经一阻值不大的电阻接地。按 DNV 规范故障电流一般限制在发电机或变压器的额定电流值的 20%～100%以内。单相接地时由于电阻性电流占极大的比例，因此电容电流所引起的危害因素下降，电感电容产生振荡的频率大大下降，其电压的振幅也会下降。因而可以说低电阻接地的过电压低，震荡的频率低，对发电机阻尼绕阻和槽铁芯的危害降低。但当发生单相故障时，中压发电机也可能因接地电流过大而严重烧毁绕组，因此低电阻接地一般不适用于海洋石油平台系统。

1.3 中性点经高电阻接地

该接地方式指电力系统的中性点经高电阻接至船体。采用高电阻接地的主要目的是限制单相接地故障电流，并可防止接地电弧重燃，中性点出现的积累性电压升高，从而降低电弧接地过电压。

2 、中压电力系统下的中性点接地方式

随着海洋石油平台现代化设施的增加，对发电机的容量、电压都提出了更高的要求，单纯的采用不接地的方式已经不能满足平台上的电力系统建设的需求。传统的低压交流电系统不再满足现代石油平台运行的需求，为了将电力系统的容量提升到一个新的水平，我们就需要将传统的低压交流电改为中压交流电。随着电力系统的改变，我们在传统电力系统中使用的中性点不接地方式在新的系统中就不再适用，必须采用中性点接地的方式来保证系统运行的安全可靠。

2.1 中性点采用高电阻接地

高电阻接地的模式，一个重要的基本准则就是满足Rn小于等于3Xc0的基本要求，这个要求的主要目的，就是因为这种高电阻的特性，会导致在系统出现接地故障的瞬间，整个电压的急剧增加，从而对整个系统造成损害，为了避免这种危害结果，这个准则对故障产生的瞬态电压做出了要求。一般采用接地故障电流小于10A。Rn是系统等值零序电阻，Xc0是每相的对地分布电容。实现高电阻接地的一般方式就是在变压器副边接上一个小欧姆的电阻，原边接在中性点和地之间。但是在使用高电阻技术前，我们必须保证整个电力系统实行的是配电制，这与石油平台通常使用的电制相吻合。采用这种接地方式的优点主要表现在以下几个方面：第一，能够保持供电的连续性。供电持续对于海洋石油平台的工作来说有着重要的意义，采用这种接地方式，使得在出现第一个接地故障时设备不会出现跳闸，一般将故障电流控制在5－10A之间。第二，接地电弧重燃的暂态过电压水平被抑制在2.6倍正常电压以下，非故障相的电容和接地电阻构成放电回路，将发生单相接地故障时在电容中积聚的电荷释放掉，使得过电压发生在一个较低的水平。第三，方便故障定位，采用高电阻接地的一个突出优势就是能够快速的判断电流故障的来源，出现的零序电流还是负序电流、漏电流都能用来作为故障判断的依据，并且能否据此对故障进行定位。第四，对人体危害较小，高电阻能够消除掉电弧对人体的伤害，同时使用这种接地方式并不需要太多的投入，不需要昂贵的继电器。

2.2 中性点谐振接地

经消弧线圈接地的电力系统，称为谐振接地系统。消弧线圈是一种铁心带有空气间隙的可调电感线圈。采用谐振接地模式的优点在于：第一，由于使用的是消弧线圈，所以在故障出现以后，接地电弧能够瞬间地自动熄灭，这样的快速应对使得用户和系统都对故障的发生无意识，而整个系统供电的持续性不会受到任何影响。第二，安全性能良好。采用谐振接地的方式，故障点的电流通常较小，不会导致故障的扩大，能够保证其他设备的安全。第三，人身安全有良好的保障，运行经验表明，因为残流甚小，所以接触电压低，即使电网短时间带故障运行，偶尔触电一般也无生命危险。当然，任何一种接地方式都会有着局限，谐振接地也不例外，它的缺点主要表现在：第一，相对与高电阻接地方式，这种谐振接地更加难以对故障进行判断。第二，会造成中性点的位移。如果采用三相接地的方式，产生的电容与消弧线圈的电感会形成一个串联的谐振电路，导致谐振过电压，这样会损害电气设备的使用寿命。

3 、结语

经过分析计算，在海洋石油平台中压系统宜采用高电阻接地，当发生单相接地故障时，继电保护能够瞬间切除故障回路，同时在每一个中压回路中增加零序电流保护，解决选线问题，增加了系统的可靠性。系统的各种接地方式都有其各自的特点和应用场合，需要根据不同项目和电力系统的特点，通过技术和经济上的比较，在理论分析和实际应用中作进一步的论证。

[1]侯永将.中压配电网中性点接地方式研究[D].郑州大学，2010.

[2]王燕.船舶中压电力系统中性点接地与过电压研究[D].武汉理工大学，2011.