海洋石油平台中性点接地系统的研究

研究中心应届毕业生实习期技术论文论文题目：海洋石油平台发电机中性点接地的研究单位:工程研究设计院姓名:李雪导师:魏澈2012年5月25日目录第1章引言...................................................................................11.1选题背景...........................................................................................................11.2发电机中性点接地方式国内外研究概况.......................................................11.3本文的主要研究内容和章节安排...................................................................2第2章发电机中性点接地理论研究...............................................32.1发电机组中性点接地方式...............................................................................32.2中性点不接地系统...........................................................................................32.2.1故障分析.................................................................................................32.2.2适用范围.................................................................................................42.3发电机中性点经低电阻接地...........................................................................52.4发电机中性点经高电阻接地...........................................................................52.4.1故障分析.................................................................................................62.4.2IEEE相关标准.......................................................................................72.5发电机经消弧线圈接地...................................................................................8第3章发电机中性点接地系统选型分析........................................83.1中性点经接地变压器高阻接地方式...............................................................83.1.1接地变压器.............................................................................................83.1.2接地电容计算.........................................................................................93.1.3接地电容电流计算...............................................................................103.1.4变压器容量选择....................................................................................113.1.5接地变二次侧负载电阻器选择............................................................113.2中性点经消弧线圈接地方式..........................................................................113.2.1消弧线圈容量的选择............................................................................113.2.2消弧线圈安装地点的选择...................................................................13第4章SZ36-1CEPN平台中性点接地系统分析..........................144.1系统介绍.........................................................................................................144.2平台10.5kV中压系统接地电阻计算...........................................................14第5章结论与展望......................................................................18参考文献..........................................................................................19致谢.............................................................................................21摘要发电机是海上油气田开发工程设施上唯一的动力源，作用十分重要。发电机在运行时，必须具备对突发性故障的应对能力，而发电机的中性点的接地方式与此有密切的关系。本文介绍了不同的发电机中性点接地系统在发生单相接地短路时的短路电流大小和应用范围，区分了不同中性点接地系统的优缺点，主要介绍了中性点不接地系统、中性点经低阻接地系统、中性点经高阻接地系统以及中性点经消弧线圈接地系统的研究。在中性点接地方式理论分析的基础上，研究了中性点经接地变高阻接地方式及中性点经消弧线圈接地方式的选型原则及分析方法。在海洋石油平台中性点接地系统的实际设计中，以SZ26-1CEPN平台接地电阻计算为例，计算了该平台发电机组的接地电容和接地电容电流以及10.5kV中压系统的接地电容电流，进行了中性点接地系统的选择，同时进行了接地电阻数值的计算以及接地变压器容量选择。本文的主要研究成果对海洋石油平台中性点接地系统的设计和计算有非常重要的意义，在理论上提出了从选择海洋石油平台中性点接地系统，到计算中性点接地系统参数计算的一套方法，为各种软件计算的结果提供平行计算方法，便于验证计算机计算结果和搭建模型的正确性。关键词：海洋石油平台，发电机中性点接地系统，中性点接地系统选型分析1第1章引言1.1选题背景在进行海上油气田开发工程电力系统设计时，电力和配电系统的中性点接地与否以及如何接地等问题，与系统的电压等级、过电压水平、接地电容电流的大小及继电保护的装置等都有关系[1]，直接影响电力系统的绝缘水平、发电机和变压器的运行方式及供电的可靠性。发电机是电力系统中最重要的设备之一，发电机定子绕组单相接地，是发电机最常见的一种电气故障。发电机定子接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。当接地电流较大时，能在故障点引起电弧，造成定子绕组和定子铁心烧伤，甚至扩大为相间或匝间短路。因此，为了确保发电机的安全，发电机发生定子接地时，接地电流必须限制在一定范围内，使故障点不产生电弧或者电弧瞬间熄灭、避免单相接地故障发展成为相间或匝间短路，烧坏定子铁芯和绝缘绕组。目前海洋石油平台发电机多采用中性点不接地方式，存在过电压高、高频振荡电流大及故障定位难等问题。为适应海洋油气平台规模不断扩大的趋势，不同的中性点接地方式也被应用到设计和工程建设中。1.2发电机中性点接地方式国内外研究概况随着电力系统发电机装机容量和单机容量的不断快速增大，发电机中性点的接地方式经历了以下五种方式的变化和发展[2]：①中性点直接接地；②中性点经低电阻接地；③中性点不接地；④中性点经高电阻接地；⑤中性点经消弧线圈（谐振）接地。第①、②两种接地方式，使用在电力系统发展初期，其明显的缺点是当发电机内部发生单相接地故障时，即使继电保护能够快速动作跳开发电机，但由于暂态电流和稳态电流太大，严重烧损铁芯，所以世界各国现已基本废弃不用。对于第③种不接地方式，由于发电机的中性点不接地运行，当定子绕组发生单2相接地时，流过故障点的电流仅为很小的电容电流，有效地限制了接地电流的破坏作用。但是，随着机组容量的增大和运行电压的升高，当电容电流接近或达到某一临界值时，接地电弧不能自行熄灭，电弧接地过电压又会产生新的危害。随着机组容量的增大，铁芯烧损后果严重，允许的接地故障电流日趋减少。所以这一不接地方式的应用，受到接地电容电流的限制。对于300MVA及以上的大容量发电机组，目前世界各国普遍采用的是第④种或第⑤种接地方式。采用第④种接地方式，中性点经高电阻接地的主要目的是限制接地电弧重燃，中性点出现的积累性电压升高，从而降低电弧接地过电压。发电机中性点经高电阻接地方式有许多方案，其中以单相配电变压器电阻的方案为最优。由于此种装置简单且易于配置，故得到广泛的应用，在欧美国家已经形成一种使用惯例，在国内许多大型汽轮发电机和水轮发电机也都采用配电变压器的接地形式。在我国对于电容电流高达18～24A的水轮发电机，通常采用第⑤种接地方式，即中性点经消弧线圈接地方式，以便将接地故障电流保持在较低的水平。1.3本文的主要研究内容和章节安排第一章主要介绍了发电机中性点接地的原因及必要性，以及发电机中性点接地的国内外研究现状；第二章主要讨论了发电机中性点不同接地方式的种类，包括中性点不接地、中性点经低阻接地、中性点经高阻接地和中性点经消弧线圈接地，同时针对每种接地系统研究了各自的接地方式特点、系统故障分析及使用范围等；第三章主要研究了中性点经接地变高阻接地方式以及中性点经消弧线圈接地方式的选型原则及分析方法；第四章主要完成了以SZ26-1CEPN平台接地电阻计算为例，采用中阻接地的方式，计算了接地电阻数值的选取以及接地变压器容量选择等参数；第五章总结了本文的主要结论和展望。3第2章发电机中性点接地理论研究2.1发电机组中性点接地方式发电机是电力系统中唯一的动力源，作用十分重要。发电机在运行时，必须具备对突发性故障的应变能力，而发电机的中性点接地方式与此有密切的关系。电力系统中的发电机组中性点的接地方式有：(1)中性点不接地；(2)中性点经低电阻接地；(3)中性点经高电阻接地；(4)中性点经消弧线圈接地。在以上的中性点接地方式中，中性点不接地、中性点经低电阻接地及中性点经高电阻接地的方式被经常应用在海上油气田开发工程电力系统设计