海洋平台接地电流计算分析

2022年5月11日08:35:23海洋平台接地电流计算分析已关闭评论
摘要

傅祥廉摘 要 单体海上油田多采用三相三线制供电方式,随着海上油田电网的实施引入35kV电压等级作为组网联络电压,35kV侧广泛采用三相四线制形式,海上油田电网接地电流计算及接地装置选择成为设计重点之一

    傅祥廉

    

    

    摘 要 单体海上油田多采用三相三线制供电方式,随着海上油田电网的实施引入35kV电压等级作为组网联络电压,35kV侧广泛采用三相四线制形式,海上油田电网接地电流计算及接地装置选择成为设计重点之一。本文通过长距离海缆接地电容电流计算,选择合适的接地电阻以限制间歇性弧光过电压。同时对电网进行故障工况下校核,提出多个接地电阻的投切原则。

    关键词 接地电容电流 接地装置 接地电阻计算

    中图分类号:P75 文献标识码:A 文章编号:1007-0745(2021)02-0058-03

    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)中性點经高电阻接地方式;

    (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。

    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。

    2.35kV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:

    3~6kV 电网 30A

    10~35kV电网 20A

    35~60kV 电网 10A

    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:

    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,可滿足使用要求。

    (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。

    参考文献:

    [1] 李福寿.中性点非有效接地电网的运行[M].北京:水利电力出版社,1993.

    [2] 周守为.海洋石油工程工程设计指南[M].北京:石油工业出版社印刷厂,2007.

    [3] 杨淑英.电力系统概论[M].北京:中国电力出版社,2009.

    [4] 韩振祥.电力系统分析[M].浙江:浙江大学出版社,2009.