海洋石油平台中压电力系统中性点接地方式研究
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摘要：随着海上石油工程的开发规模加大，建立与之相适应的海洋石油平台就成为必然。油气平台规模的增加，对平台电力系统的性能提出了考验。当前，大多数石油平台采用的都是电力系统中性点不接地的方式，这种方式容易出现电流故障、电压过高、高频振荡等问题。电力系统是否稳定，直接影响到石油平台海上作业的安全和效果。主要内容是对中压电力系统下的中性点接地方式进行探析。
关键词：海洋石油平台；中压电力；中性点；接地方式
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2012）07-0185-01
石油平台上电力系统是否采用中性点接地，以及采用何种方式进行接地，都对整个系统的设计会产生重要的影响。因为中性点的接地方式，关系到系统的电压等级、继电保护、电流大小等方面的设计和控制，对整体系统的发电机、变压器工作运行方式也会带来直接的影响。海上石油平台电流能源就是发电机，在发电机工作运行的过程中，会出现一些紧急状况，为了保持整个石油平台的运行正常，就要求发电机应该具备一定的突发故障处理和应变能力，而中性点的接地方式，会对发电机的经济事故应对能力产生影响。所以，我们应当重视对中压电力系统中中性点接地方式的研究。
1 传统低压电力系统中性点不接地方式
不接地是电力系统运行处理中性点的一种方式，在这种方式下，中性点是通过一定数值的容抗接地来实现系统的正常运行。在传统低压电力系统中，三相对地的电容在正常情况下是相同的C0，每相的电流分别流入地中，但是三相的总电流之和却是零。这样，就是即使不采用接地的方式，电力系统依旧能够正常的运行。如果采用不接地的方式出现单相故障，就会出现健全相的电压升高3倍，而故障相的电流电容就会是所有非故障相电流电容的总和。
在低压电力系统中，如果采用中性点不接地的方式，那么单相接地和其他相连电网的对地电容之间就会形成一个回路，在这个回路里接地点的总电流计算公式就是
Ijd∑=Ijdf+Ijd=j3ω（C0f+C0∑）αUex
在这个公式里，Ijdf代表的是三相电容电流，Ijd代表的是电压网络的接地电容电流，C0f为发电机相对地电容，C0∑为电网相对地电容，α为接地匝数占总匝数的百分数；Uex为发电机额定相电压。
发电机的外壳为绝缘装置，而绝缘外壳又是接地的，所以，当出现绝缘破坏时就会产生单相接地的现象。单相接地，就会产生故障点流经电流仅仅为接地的电流。如果定子绕组出现了单相接地的情况，那么在故障点流经的电流值就取决于整个发电机的电网与定子绕组接地的总电容电流。当产生的电流过大时，电力系统中的定子铁芯和绕组绝缘就有可能被烧坏。
采用这种不接地方式最大的特点就是对电网的安全能够起到比较好的控制作用，即使出现接地故障，产生的影响力度也属于可控范围内，不会对整个电网造成毁灭性的损害。正是基于它的这种优点，在当前国内众多的海洋石油平台上都是采用的这种方式。
2 中压电力系统下的中性点接地方式
随着海洋石油平台现代化设施的增加，对发电机的容量、电压都提出了更高的要求，单纯的采用不接地的方式已经不能满足平台上的电力系统建设的需求。传统的低压交流电系统不再满足现代石油平台运行的需求，为了将电力系统的容量提升到一个新的水平，我们就需要将传统的低压交流电改为中压交流电。随着电力系统的改变，我们在传统电力系统中使用的中性点不接地方式在新的系统中就不再适用，必须采用中性点接地的方式来保证系统运行的安全可靠。在电力系统中，是否对中性点进行接地，是我们设计平台电力系统必须解决的问题。一般来说，选择何种接地方式，需要综合考虑这些因素：平台供电的安全性、连续性以及中压系统的可靠性和整个电力系统的绝缘水平。由于石油平台的特殊性，我们在实际的操作中具有可行性的两种接地方式分别为高电阻接地与谐振接地。
2.1 高电阻接地
采用中性点高电阻接地的模式，一个重要的基本准则就是满足Rn小于等于3Xc0的基本要求，这个要求的主要目的，就是因为这种高电阻的特性，会导致在系统出现接地故障的瞬间，整个电压的急剧增加，从而对整个系统造成损害，为了避免这种危害结果，这个准则对故障产生的瞬态电压做出了要求。一般采用接地故障电流小于10A。Rn是系统等值零序电阻，Xc0是每相的对地分布电容。实现高电阻接地的一般方式就是在变压器副边接上一个小欧盟的电阻，原边接在中性点和地之间。但是在使用高电阻技术前，我们必须保证整个电力系统实行的是配电制，这与石油平台通常使用的电制相吻合。
采用这种接地方式的优点主要表现在以下几个方面：第一，能够保持供电的连续性。供电持续对于海洋石油平台的工作来说有着重要的意义，采用这种接地方式，使得在出现第一个接地故障时设备不会出现跳闸，一般将故障电流控制在5-10A之间。第二，接地电弧重燃的暂态过电压水平被抑制在2.6倍正常电压以下，非故障相的电容和接地电阻构成放电回路，将发生单相接地故障时在电容中积聚的电荷释放掉，使得过电压发生在一个较低的水平。第三，方便故障定位，采用高电阻接地的一个突出优势就是能够快速的判断电流故障的来源，出现的零序电流还是负序电流、漏电流都能用来作为故障判断的依据，并且能否据此对故障进行定位。第四，对人体危害较小，高电阻能够消除掉电弧对人体的伤害，同时使用这种接地方式并不需要太多的投入，不需要昂贵的继电器。
但是采用这种接地方式同样存在着缺点，主要表现在：第一，对故障电流有要求，当接地故障电流超过10A时将不再适用。第二，故障电流经过电阻，会加重电阻的负荷，接地以后电阻器需要消耗的能量能够达到几十KW，这样要保证电阻的使用寿命，就必须解决电阻的散热问题。
通过以上的分析我们可以知道，采用高压电阻的接地方式，能够保证海洋石油平台有较好的供电连续性。并且由于其构造简单，比较适合与石油平台这种使用中压电力系统的环境使用。
2.2 谐振接地
中性点经消弧线圈接地的电力系统，称为谐振接地系统。消弧线圈是一种铁心带有空气间隙的可调电感线圈。
采用谐振接地模式的优点在于：第一，由于使用的是消弧线圈，所以在故障出现以后，接地电弧能够瞬间地自动熄灭，这样的快速应对使得用户和系统都对故障的发生无意识，而整个系统供电的持续性不会受到任何影响。第二，安全性能良好。采用谐振接地的方式，故障点的电流通常较小，不会导致故障的扩大，能够保证其他设备的安全。第三，人身安全有良好的保障，运行经验表明，因为残流甚小，所以接触电压低，即使电网短时间带故障运行，偶尔触电一般也无生命危险。基于以上优点，谐振接地方式被IEEEStd142 2007认为是最适合在中压独立供电系统中使用的接地方式。
当然，任何一种接地方式都会有着局限，谐振接地也不例外，它的缺点主要表现在：第一，相对与高电阻接地方式，这种谐振接地更加难以对故障进行判断。同时，对其进行继电保护也非常的困难，这曾经是国际上的一个长期技术难题，直到微机接地保护技术的出现，才缓解了对谐振接地继电保护的困难。第二，会造成中性点的位移。如果采用三相接地的方式，产生的电容与消弧线圈的电感会形成一个串联的谐振电路，导致谐振过电压，这样会损害电气设备的使用寿命。但是如果增大失谐度，虽然说可以有效地降低位移，但是故障点的残留也会增大。这就需要对消弧线圈进行合理调整。
由此可见，谐振接地效果好，适应范围广，但实现的技术复杂，同等条件下可靠性低于高电阻接地方式。
参考文献
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