海洋平台接地电流计算分析

傅祥廉

摘 要 单体海上油田多采用三相三线制供电方式，随着海上油田电网的实施引入35kV电压等级作为组网联络电压，35kV侧广泛采用三相四线制形式，海上油田电网接地电流计算及接地装置选择成为设计重点之一。本文通过长距离海缆接地电容电流计算，选择合适的接地电阻以限制间歇性弧光过电压。同时对电网进行故障工况下校核，提出多个接地电阻的投切原则。

关键词 接地电容电流 接地装置 接地电阻计算

中图分类号：P75 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）02-0058-03

1 概述

近年来随着海上油田电力组网工程的普及，渤海湾内各油田电网均已实现电力组网连接，普遍采用35kV电压等级作为联络母线电压。在工程方案设计中，确定中性点接地方式需综合考虑供电可靠性、连续性、安全性和绝缘水平等问题。

电力系统中性点接地方式基本可以划分为两大类：大电流接地方式和小电流接地方式;其中大电流接地方式需断路器切断接地电流故障，小电流接地方式产生的接地电弧可自行瞬间熄灭。

1.大电流接地方式有：

（1）中性点直接接地方式;

（2）中性点经低电阻接地方式;

（3）中性点经中电阻接地方式。

2.小电流接地方式有：

（1）中性点不接地方式;

（2）中性點经高电阻接地方式;

（3）中性点经消弧线圈接地方式。

海上油田工程设计中10kV及以下电压等级通常采用三相三线制方式，中性点不接地，保证电网发生单相接地故障后能持续运行一定时间保证供电连续性;且10kV及以下电压等级电缆绝缘费用占总体费用相对较低，采用中性点不接地方式经济性上能够接受。但是随着供电平台上机组装机容量增加，10kV母线的接地电容电流校核也成为设计人员重点关注问题。

2 工程实例计算

渤海油田某电网中将新建WHPB井口平台通过一条新建海缆3Cx185mm2，8.8km海缆连接至已建CEPF平台，通过一条新建海缆3Cx185mm2，4.35km海缆连接至已建CEP平台。现有油田电网已通过海缆或栈桥电缆实现电力组网连接。

新建WHPB平台接入油田电网后，全油田现有共7条35kV海缆;因此基于以上7条长距离输电海缆对油田电网35kV接地装置进行计算校核。

2.1 电容电流计算

2.1.1 基础数据

油田电网35kV海缆参数如表1所示。

2.1.2 接地电容电流计算

1.计算说明

35KV系统电缆电容电流计算公式：

其中：

Ue为电缆线路额定线电压，单位V;

L为电缆长度，单位km;

C为电容值，单位F/km。

2.35kV接地电容电流计算

电网35kV电力系统接地电容电流考虑原有及新增35kV海缆。

依据电网总单线图，接地电容电流计算值分为以下两部分：

（1）CEPS至CEPA1-1平台35kV电力系统

该35kV电力系统接地电容电流值为133.2A，根据《工业与民用供配电设计手册》中变电所增加的接地电容电流值，再考虑13%的附加值，35kV电力系统接地电容电流计算值为150.5A。

（2）其余电网35kV电力系统

电网35kV电力系统接地电容电流计算值为117.1A，根据《工业与民用供配电设计手册》中变电所增加的接地电容电流值，再考虑13%的附加值，35kV电力系统接地电容电流计算值为132.3A。

2.2 接地设备容量确定及投切原则

当单相接地故障的电容电流大于下列数值时，电力系统的中性点不能使用不接地的方式，而应采取其它的接地方式：

3～6kV 电网 30A

10～35kV电网 20A

35～60kV 电网 10A

6kV～35kV主要由电缆线路构成的工业企业供电系统，当单相接地故障电容电流较大时，采用中性点低电阻接地方式，当发生单相接地故障时，较大的接地电流使保护装置动作，切断电源，并将间歇性弧光过电压倍数限制在2.5倍以内。

2.2.1电网35kV接地设备容量校核

电网现有共三座电站平台，各电站平台并列运行的组网变压器仅一台变压器投入接地电阻。电网所配置组网变压器及接地电阻电流如表2所示：

电阻接地系统单相对短路时地电阻电流：

IR为单相对地短路时电阻电流，单位A;

IC为单相对地短路时电容电流，单位A。

（1）对于CEPS至CEPA1-1平台35kV电力系统，其单相接地电容电流为150.5A，依据公式2，则该35kV电力系统所需要的电阻电流为165.55A。CEPS平台配置1台200A接地电阻可满足该35kV电力系统接地电容电流使用要求，且该接地电阻必须保持投入状态。

（2）WHPB平台与电网实施电力组网后，电网35kV系统单相接地电容电流为132.3A，依据公式2，则35kV系统所需要的电阻电流为145.6A。考虑一定的可靠系数，电网现有3台接地电阻均需投入，投入后电流值可满足该电网35kV电力系统接地电容电流使用要求。

因此电网接地电阻电流容量可满足WHPB平台接入后接地电容电流要求，新建WHPB平台变压器35kV侧无需新增接地电阻。

2.3 接地电阻投切原则

2.3.1 正常工况下接地电阻投切原则

在正常运行工况下，CEPS平台组网变压器CEP-T-010 /011的35kV侧接地电阻必须保持投入状态;CEP、CEPF和WHPAS平台并列运行的组网变压器至少一台35kV侧接地电阻投入。

2.3.2 故障工况下接地电阻投切原则

当发生35kV海缆或用于组网联络的栈桥电缆断线导致电网出现解列，需要校核解列后电网的接地电阻电流值是否能满足35kV系统单线接地电容;本项目仅考虑电网开环运行情况，则依据新建WHPB平台进线开关VCB101/102及母联开关VCB103的闭合情况，共可按照以下两种情况分别进行分析。

1.VCB101/102闭合，VCB103断开

依据海缆及栈桥电缆断线故障，共需考虑以下3种工况。

（1）故障工况1

在故障工况1下，CEP平台和WHPA平台与锦州25-1电网解列。CEP平台投入一台接地电阻以满足本平台及其供电负荷平台使用要求;电网其余平台35kV单相接地电容电流为92.1A，所需接地电阻电流为101.3A，而电网其余平台35kV侧投入2台接地电阻，电阻电流为150A，可满足使用要求。

（2）故障工况2

在故障工况2下，CEPF平台与其供电的井口负荷平台和CEPS、CEP等主站解列。CEPF平台区域仅能投入一台75A接地电阻，该区域接地电容电流为41.8A，所需接地电阻电容电流为46A，可满足使用要求;电网其余平台35kV单相接地电容电流为90.5A，所需接地电阻电流为99.6A，而电网其余平台35kV侧投入2台接地电阻，电阻电流为150A，可滿足使用要求。

（3）故障工况3

在故障工况3下，任一海缆断线仅会导致部分终端负荷失电，并不会造成电网解列形成两个独立的接地系统，此工况下保证3台接地电阻均投入。

2.VCB101/102任一断开，VCB103闭合

在该情况下，任一海缆或组网用栈桥电缆断线后，电网不会解列形成两个独立的接地系统，此工况下保证3台接地电阻均投入。

根据以上针对各故障工况的校核结果，在发生35kV海缆或栈桥电缆断线时无需增加各电站平台组网变压器35kV侧接地电阻的投入数量。

2.4 校核结果

（1）新建WHPB平台与油田电网组网后，电网35kV接地电阻电流值满足规范使用要求;WHPB平台35kV母线侧无需新增接地电阻;

（2）在正常运行工况下，CEPS平台组网变压器CEP- T-010/011的35kV侧接地电阻必须保持投入状态;CEP、CEPF和WHPAS平台35kV侧接地电阻均需投入;

（3）在发生任一35kV海缆或栈桥电缆断线工况下，需保证锦州25-1油田电网接地电阻均为投入状态。

3 结论

海上油田电网35kV系统通常采用三相四线制，通常35kV系统接地电容电流由海缆单相接地电容电流叠加而成。随着电网规模的增加，35kV系统接地电容电流快速增长，选择中性点经机电组方式接地，当发生单相接地故障后配合保护装置动作，在一定时限内切断故障电源将间歇性弧光过电压倍数限制在2.5倍以内，保证海上电网安全稳定

运行。

参考文献：

[1] 李福寿.中性点非有效接地电网的运行[M].北京：水利电力出版社，1993.

[2] 周守为.海洋石油工程工程设计指南[M].北京：石油工业出版社印刷厂，2007.

[3] 杨淑英.电力系统概论[M].北京：中国电力出版社，2009.

[4] 韩振祥.电力系统分析[M].浙江：浙江大学出版社，2009.