海洋平台接地电流计算分析
2021-07-27傅祥廉
傅祥廉
(中海油能源发展装备技术有限公司设计研发中心,天津 300452)
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)中性点经高电阻接地方式;
(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。
表1 现有35kV 海缆参数
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。
2.35 kV 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:
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:
表2 电网35kV 接地电阻电流值
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,可满足使用要求。
(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。