摘要：随着我国经济的发展，海洋油气勘探开发较快增长，投资不断增加，海上油气产量持续增长，勘探开采作业海域范围和水深不断扩大，海上油田规模越来越大。海上石油平台电力系统是海洋油气开采作业系统的一个重要组成部分，为整个海上石油开采系统提供能源和动力，保证正常的海底石油开采、输送和平台上的日常运行所需。本文分析了海上石油平台电网变压器中性点接地方式选择。
关键词：海上石油平台；电网变压器；中性点接地方式；选择；
随着油田规模的增大，海上石油平台电力系统的供电方式由最初的一台发电机供一个平台逐渐过渡到采用集中式供电，即由中心平台上的的几台大容量发电机供电，通过海底电缆将电能输送到各个平台，另外每个平台配备一台应急发电机。由于各平台间距离较远，一般采用较高电压等级来输送电能。
一、海上孤岛电网的特点
海上石油平台电力系统属于典型的孤岛系统嘲，随着大量电缆的使用，使之成为一个纯电缆网络，相比陆地电网来说有着其独特的特点：1)海上孤岛电网的系统容量相对于陆地电网非常小，整个油田群电力系统网络呈辐射状，单侧电源供电，所有线路都是单回线，系统网架比较薄弱。2)海上孤岛电网多采用35 kv电压等级电缆，电缆较多、距离较长，因海底电缆对地电容相对于架空线较大，而一条海缆的长度常常为几十米，其单相对地容性电流达到200 A以上。3)海上孤岛电网的变压器接地实际上是连接到平台，而平台本身就是一个良好的导体，中性点接地装置附近会产生接地电流以及跨步电压，容易发生人身安全事故，跨步电压越大，危险越大，跨步电压的大小取决于接地点接地故障电流的大小。4)海底电缆发生单相接地故障主要由于机械损伤、绝缘介质老化、化学腐蚀等原因造成，多为永久性故障。
二、海上石油平台电网变压器中性点接地方式选择
1.中性点经小电阻接地方式。中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。参考文献1在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有的控制在100A左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。其优缺点是：（1）系统单相接地时，健全相电压不升高或升幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。（2）接地时，由于流过故障线路的电流较大，零序过流保护有较好的灵敏度，可以比较容易检除接地线路。（3）由于接地点的电流较大，当零序保护动作不及时或拒动时，将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害，导致相间故障发生。（4）当发生单相接地故障时，无论是永久性的还是非永久性的，均作用与跳闸，使线路的跳闸次数大大增加，严重影响了用户的正常供电，使其供电的可靠性下降。
2.中性点经消弧线圈接地方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。参考文献1从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A时，电弧能自灭，因消弧线圈的电感的电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧能自灭。对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路，虽接地故障的概率有上升的趋势，但因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式，但中性点经消弧线圈接地方式也存在着以下问题： （1）当系统发生接地时，由于接地点残流很小，且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。（2）运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构，必须在退出运行才能调整，也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备，故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节，所以不能很好的起到补偿作用，仍出现弧光不能自灭及过电压问题。 中性点经消弧线圈接地方式存在的两大缺点，也是两大技术难题，多年来电力学者致力于解决这一技术难题，随着微电子技术、检测技术的发展和应用，我国已研制生产出自动跟踪消弧线圈及单相接地选线装置，并已投入实际运行取得良好效果，现在正处在推广应用阶段。
3.消弧装置自动控制消谐装置。人工调谐的消弧线圈，因不能随着电网的运行实时调整补偿量，这样就不能保证电网始终处于过补偿状态，甚至导致系统谐振，并难以将故障发生时入地电流限制到最小。参考文献2我国研制微机自动跟踪消弧装置始于80年代，现已不断完善形成系列产品，并配套接地自动选线环节，有效的解决了中性点经消弧线圈接地方式的电网，长期难以解决的技术问题。该装置的Z型结构接地变压器，具有零序阻抗小，损耗低，并可带二次负荷，其可调电抗器为无级连续可调铁芯全气隙结构，具有调节特性好、线性度高、噪声低等特点，装置采用消弧线圈串电阻接地方式，以抑制消弧线圈导致谐振的问题，其微机控制单元是实现自动跟踪检测、调节、选线的核心，系统的响应时间小于20 s，由过补、欠补、最小残流三种运行方式。装置在运行中计算机周期采样，以获得电网运行的适时参数，计算机对系统电容电流、残流进行计算，根据设定值与计算值的偏差自动调整电抗器的电感量，从而实现消弧线圈运行在设定值上。选线装置是通过计算机过对线路零序电流的采样，计算机根据采样电流的幅值和方向判断接地线路，可达到准确及时的检出有接地故障的线路。
4.变压器中性点直接接地方式。实际上，参考文献3在系统运行过程中，中性点通常是出于零电位的，当出现单相接地时，接地点与中性点之间便产生了短路，电流数值将发生大幅上升，此时就需要电力系统维护人员，及时采取解决措施，快速抢修，解决故障。在变压器中性点直接接地的情况中，如果发生单相电故障时，要果断切断送电线路，停止供电。在多年的实践中，许多单相电问题，特别是在架空线路较长状态下，大部分故障是暂时性的，一旦故障排除，便立即恢复正常，安全地位用户供电。当出现变压器中性点直接接地时，为了确保运行的安全性，通常会安装自动启闭闸装置，以提高系统可靠性、安全性和稳定性。在中压电网系统中，变压器中性点接地方式大部分属于直接接地类型，只有少数为了进一步提高系统稳定性而采取间接接地方式。但不管是间接的还是直接的，都可以有效提高系统运行的稳定性和可靠性。近年来，随着系统变压器容量的不断加大，一旦出现电力故障，很可能会带来严重损失，不仅会对硬件设备带来损害，而且会对电流路线带来影响。因此，一旦出现系统接线不合理或其他错误时，将会造成整个电力系统接地网络的崩塌，最终带来局部不接地问题。
5.将中性点经消弧线圈并联高电阻接地的方案应用于某海上油田孤岛电网。其最高电压等级为35 kv，且线路长度最长、最具代表性，通过PSCAD／EMTDC电磁暂态软件仿真分析变压器中性点分别经消弧线圈接地和消弧线圈短时并联电阻接地。参考文献3以补偿容性电流至10 A以内，且以消弧线圈过补偿为原则。只通高阻接地时其接地电流较大，接地电流较大且非故障相电压较高，对设备产生不利影响。高电阻投运的时间里，接地电流明显增大，有利于保护迅速动作。
根据我国多年的运行经验及科学技术的进步，解决了中压电网中性点经消弧线圈接地系统长期难以解决的技术难题。在选定变压器中性点接地方式时，应将接地故障的不良后果限制到最低程度，使运行费用最低和效益投资比最高。
参考文献：
[1]刘明岩．配电网中性点接地方式的选择叨．电网技术，2016，28(16)：86—89．
[2]金秋，张国忠．世界海洋油气开发现状及前景展望[J]．国际石油经济，2016，13(3)：43—44．
[3]王星，尚涛．海南联网海底电缆护套绝缘监测方法[J]．南方电网技术，2016，3(1)：62—65．
论文作者:黄猛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/20
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