海洋平臺接地電流計算分析

傅祥廉

摘 要 單體海上油田多采用三相三線制供電方式，隨著海上油田電網的實施引入35kV電壓等級作為組網聯絡電壓，35kV側廣泛采用三相四線制形式，海上油田電網接地電流計算及接地裝置選擇成為設計重點之一。本文通過長距離海纜接地電容電流計算，選擇合適的接地電阻以限制間歇性弧光過電壓。同時對電網進行故障工況下校核，提出多個接地電阻的投切原則。

關鍵詞 接地電容電流 接地裝置 接地電阻計算

中圖分類號：P75 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）02-0058-03

1 概述

近年來隨著海上油田電力組網工程的普及，渤海灣內各油田電網均已實現電力組網連接，普遍采用35kV電壓等級作為聯絡母線電壓。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、連續性、安全性和絕緣水平等問題。

電力系統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）中性點經低電阻接地方式;

（3）中性點經中電阻接地方式。

2.小電流接地方式有：

（1）中性點不接地方式;

（2）中性點經高電阻接地方式;

（3）中性點經消弧線圈接地方式。

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，保證電網發生單相接地故障后能持續運行一定時間保證供電連續性;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。現有油田電網已通過海纜或棧橋電纜實現電力組網連接。

新建WHPB平臺接入油田電網后，全油田現有共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 基礎數據

油田電網35kV海纜參數如表1所示。

2.1.2 接地電容電流計算

1.計算說明

35KV系統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。

2.35kV接地電容電流計算

電網35kV電力系統接地電容電流考慮原有及新增35kV海纜。

依據電網總單線圖，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

該35kV電力系統接地電容電流值為133.2A，根據《工業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電力系統接地電容電流計算值為150.5A。

（2）其余電網35kV電力系統

電網35kV電力系統接地電容電流計算值為117.1A，根據《工業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值時，電力系統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：

3～6kV 電網 30A

10～35kV電網 20A

35～60kV 電網 10A

6kV～35kV主要由電纜線路構成的工業企業供電系統，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限制在2.5倍以內。

2.2.1電網35kV接地設備容量校核

電網現有共三座電站平臺，各電站平臺并列運行的組網變壓器僅一臺變壓器投入接地電阻。電網所配置組網變壓器及接地電阻電流如表2所示：

電阻接地系統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，其單相接地電容電流為150.5A，依據公式2，則該35kV電力系統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電力系統接地電容電流使用要求，且該接地電阻必須保持投入狀態。

（2）WHPB平臺與電網實施電力組網后，電網35kV系統單相接地電容電流為132.3A，依據公式2，則35kV系統所需要的電阻電流為145.6A。考慮一定的可靠系數，電網現有3臺接地電阻均需投入，投入后電流值可滿足該電網35kV電力系統接地電容電流使用要求。

因此電網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平臺組網變壓器CEP-T-010 /011的35kV側接地電阻必須保持投入狀態;CEP、CEPF和WHPAS平臺并列運行的組網變壓器至少一臺35kV側接地電阻投入。

2.3.2 故障工況下接地電阻投切原則

當發生35kV海纜或用于組網聯絡的棧橋電纜斷線導致電網出現解列，需要校核解列后電網的接地電阻電流值是否能滿足35kV系統單線接地電容;本項目僅考慮電網開環運行情況，則依據新建WHPB平臺進線開關VCB101/102及母聯開關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平臺區域僅能投入一臺75A接地電阻，該區域接地電容電流為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，并不會造成電網解列形成兩個獨立的接地系統，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，任一海纜或組網用棧橋電纜斷線后，電網不會解列形成兩個獨立的接地系統，此工況下保證3臺接地電阻均投入。

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

2.4 校核結果

（1）新建WHPB平臺與油田電網組網后，電網35kV接地電阻電流值滿足規范使用要求;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平臺組網變壓器CEP- T-010/011的35kV側接地電阻必須保持投入狀態;CEP、CEPF和WHPAS平臺35kV側接地電阻均需投入;

（3）在發生任一35kV海纜或棧橋電纜斷線工況下，需保證錦州25-1油田電網接地電阻均為投入狀態。

3 結論

海上油田電網35kV系統通常采用三相四線制，通常35kV系統接地電容電流由海纜單相接地電容電流疊加而成。隨著電網規模的增加，35kV系統接地電容電流快速增長，選擇中性點經機電組方式接地，當發生單相接地故障后配合保護裝置動作，在一定時限內切斷故障電源將間歇性弧光過電壓倍數限制在2.5倍以內，保證海上電網安全穩定

運行。

參考文獻：

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