虛擬接地在海洋平臺伴熱系統中的應用

仲躋峰+石作鋒

摘 要：海洋石油平臺的伴熱系統對于工藝管線及設備正常運行有著重要意義。伴熱帶由于緊貼著管線敷設，具有很高的漏電風險，因此可靠的配電及保護電路設計顯得尤為重要。文章對目前海洋石油平臺的伴熱系統設計做了簡要介紹，并針對目前平臺上常用的IT供電系統，采用虛擬接地的做法做了進一步的分析。

關鍵詞：虛擬接地；海洋平臺伴熱系統；應用

中圖分類號：U674.381 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0054-02

海上環境惡劣，特別是冬季，對于渤海地區而言，最低氣溫可達-20 ℃。在溫度極低的情況下，生產工藝流程可能會受到嚴重影響，還有可能發生石油凍凝，管線斷裂等現象。目前對于渤海地區石油平臺都設計了伴熱系統，對相關設備、管線進行伴熱保護。

伴熱方式有熱水、蒸汽、電伴熱等型式，鑒于電伴熱有諸多優點，目前電伴熱已成為海洋石油平臺伴熱的主流型式，其它伴熱方式都逐漸淘汰了。

1 電伴熱系統的優點

①電伴熱裝置簡單，發熱均勻，溫度準確，可遠程控制，實現自動化管理。

②可靠性高，具有防爆及全天候工作性能，使用壽命長，傳輸無泄漏，有利于環保，不像蒸汽熱水伴熱會產生“跑、冒、滴、漏”，污染環境的現象。

③電伴熱節省材料。

④電伴熱伴熱效率高，能大大節約能源。

⑤降低設計、施工和維修費用。電伴熱設計工作量小，施工簡單、周期短、維護方便、日常維護保養工作量小。

電伴熱與蒸汽熱水伴熱周期費用的一個簡單比較，見表1。

2 設計方案

由于供電系統、成本控制等各方面因素的限制，以往項目有多種伴熱系統設計方案，有TN-S系統供電，有IT系統供電無專用變壓器、不配漏電保護開關等等，具體見表2，這些方案中有些不滿足相關規范要求，多少存在一些不合理的地方。通過一些項目的實際運行經驗，以及進一步的設計優化，目前的系統設計顯得更加合理實用。

考慮到IT系統具有較可靠的供電穩定性，目前海洋石油平臺低壓配電主要采用IT系統。根據《淺海固定平臺建造與檢驗規范》及《海上固定平臺安全規則》的要求，目前海上石油平臺的伴熱、照明都有專用變壓器、配電盤供電。同時該規范還要求，用于電力、電熱和照明的絕緣配電系統，不論是一次系統還是二次系統，均應設有連續監測對地絕緣電阻的裝置，此裝置能在絕緣電阻異常低時發出聲或光的報警信號。為此目前海洋石油平臺的配電盤內均布置有絕緣監測系統，用于系統內接地故障監測，同時每個伴熱回路由漏電保護開關控制（整定剩余電流值為30mA），具體設計方案，如圖1所示。

對于IT系統而言，由于變壓器中性點不接地，在出現單相接地故障的情況時，無有效的電氣連接，每個回路僅存在微小的等效分布電容的泄放電流，《工業與民用配單設計手冊》中低壓電纜的泄漏電流值，見表2，可以提供參考。

目前海洋平臺的伴熱系統設計，伴熱電纜主要為3C*6 mm2電纜，每個回路電纜長度在100 m以內，即使考慮伴熱帶及盤柜部分泄露電流，泄漏電流值也還都是毫安級別的，這給漏電保護開關動作的可靠性增加了很大難度。漏電保護開關的零序CT所監測到的漏電磁通達不到設定整定值（30 mA）時，伴熱回路的漏電開關就不會動作。

為了能可靠的對伴熱回路進行保護，目前的設計方案針對IT系統的特點，對其進行了優化設計，在電伴熱配電盤內加裝電容，以三相電容（0.5μF）接地的方式設計，以獲取一定數值的單相故障接地電流如圖2所示。

根據計算，約為60 mA，使其達到>30 mA的剩余電流保護器（漏電保護器）動作值，進行電伴熱系統的單相接地保護。

因此，在伴熱回路發生單相接地故障時，通過接地電容的形式，可以增加一定的接地電流，提高了漏電保護開關動作的靈敏度和可靠性，為IT系統的漏電保護提供了一個較為可靠的設計思路。

3 結 語

目前海洋平臺采用IT系統，配備專用變壓器給伴熱系統供電，同時安裝有絕緣監測系統，并為每個伴熱回路配備了漏電保護功能，具備了可靠的保護性能。

同時，針對IT系統的特點，對伴熱盤做虛擬接地的做法，能較方便的解決了單相接地電容電流過小，漏電保護開關不動作的情況，具有較好的使用效果。

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