海洋石油平台电伴热漏电保护电路设计探讨.pdf

第 3 7 卷第 2期 石油工程建设 ★ 斗g矸 ★ 薯 誊 ★薯 囊 爨 ★薹 差 i ★ i_ i _ 。 _ _ j _ 毫 0 0 ll 海洋誊漓尊叠毫拌慧 耘穰 赡赣设计探讨 曩 _ j ～ 李建 球 中国石油集 团 青岛 海洋工程有] 艮 公司 ，山东青岛2 6 6 5 5 5 摘 要 电伴热在保证海洋石油平 台工艺流程正常运行 中起着重要的作 用，但其在实际应用中有可 能存在 漏 电风 险 ，给 海洋石 油 平 台的安 全 生产 带 来一 定 的 隐 患 ，因而 可 靠的供 电和保 护 电路 设 计是 确保 电伴 热安 全运 行 的前提 之 一 。文章 通 过 工程 实例 和 对标 准规 范的 分析 ，对 电伴 热漏 电保 护 电路 设计 进行 了探 讨 ，对不 同的设计 方 案进 行 了分析 比较 。指 出现有 设计 与标 准规 范存 在 的 差异 ，并对 电伴 热 漏 电保 护设 计和 国内外标 准提 出改进 建议 。 关键 词 海 洋石油 平 台 电伴 热 ；漏 电保 护 中图分 类号 T E 9 5 1 T M9 2 文 献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 1 - 2 2 0 6 2 0 1 1 0 2 0 0 1 1 0 9 0 引言 海洋 石油 平 台的管 道和设 备 在环境 温度 较低 时 一 般采用电伴热进行保温，由于海洋石油平台处于 高湿 度 、多盐雾 的恶 劣 环境并 工作 于 1区或 2区 易 燃 易爆 危 险物 品的场 所 ，电伴 热 出现漏 电可能会 危 及平 台 的安 全 ．因此 国内外一 些标 准对 海洋 石油 电 伴 热 的配 电和保 护均 有较 严格 的安 全要 求 ，如要 求 电伴 热每个 回路 配备 漏 电保护 装置 等 。 由于 目前 海 洋石油平 台广泛应用 的自调控 电伴热为近 3 0年来 发展 的技术 ，其 在我 国的推广 应用 和相 应标 准 的制 订 也较 晚 ，因此 在实 际工 程 中 出现 了对 漏 电保护 不 够 重 视 、部 分标 准制 订不 完善 以及 对标 准理 解存 在 差 异情 况等 ，这 导致 了某 些 电伴热 配 电和漏 电保 护 电路 设计 上 的不规 范 ，给海洋 石 油平 台 的安 全生 产 带来了一定的隐患。本文将结合实际工程案例 ，对 电伴 热配 电和 漏 电保 护 电路不 同的设计 方案 逐一 进 行 分 析 ，提 出合理 的设计 方案 ，并 对 国 内外 标准 提 出相应 的修 改建 议 。 1 电伴热 线路 需采 取漏 电保 护措 施的原 因 由于电伴热与热水伴热和蒸汽伴热相比具有节 能 、放 热均 匀 、换热 效率 高 、无泄漏 隐 患 、温度 控 制准确快捷 、占用空间小等优点 ，甚至可对管道和 阀门密集、拐弯较多而无法用热水和蒸汽进行伴热 的 区域 伴 热 ，并 可实 现 D C S监 控 和 遥 控 自动 化 管 理 ，因此 ，目前 在海 洋石 油平 台上一 般 采用 电伴 热 的方法 对管 道 和设备 进行保 温 。 ”一一一 -一一一一一一-- - 一一 一一一一一一 一一- - 一 仍然推荐在这些区域提供警示标志。 4结束语 在工程 实施 的过 程 中 ，一 些设 计 和生产 运行 人 员 对 C O 气 体 的危 害 认 识 不 足 ，对 C O 。 的 扩 散 不 以为 然 。麻 痹 大意会 带来 安全 隐患 ，为 确保 人员 的 健 康 安 全 ，对 C O 的扩散 分 析 还是 非 常 有 必要 的 。 然 而 ，C O 的扩 散 计 算 是 以设 定 的 气 象 条 件 为 前 提 ，随着 气 象 条 件 的变 化 ，计 算 结 果 肯 定 有 所 不 同 。所 以在 实 际运行 过程 中 ，还需要 考 虑各 种恶 劣 天气情 况 ，采取 相应 的 防护措 施 。 此 外 ，C O 作 为一 种对 环境 有严 重 影 响 的温 室 - - --一---”-- - 气体 ，它的连续放空对天然气处理厂来说 ，也是一 个很大的压力。为保护环境，各类天然气处理厂也 应 考虑 推 广 C O 回收 利 用 技 术 ， 以减 少 温 室 气 体 的排放 。 参 考 文献 [ 1 ] 张德义． 石 油化工危险化学 品实用 手册[ M] ． 北京 中国石化 出版 社 ． 2 0 0 6 ． 作 者简介 扈 滨 1 9 8 3 一 ，女 ，山 东利津人 ，助理 工程 师 ．2 0 0 6年毕业 于南京师范大 学景观设计 专业 ，现从 事文 档 控 制 工作 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 0 9；修 回 日期 2 0 1 1 - 0 2 2 2 羊 1 2 石油工程建设 2 0 1 1年 4月 一 般认 为 ，要 保证海 洋石油 平 台电伴 热安 全可 靠 地工作 。对其供 电线路 除采用 常用 的过载 、短路 保 护外 ，还 应采用漏 电保 护措施 。但 目前 在这 方面 也存在着不同的见解 ，有观点认为，电伴热电缆被 保温层覆盖而不易受到损害，同时人也不会触及 。 不必采 取漏 电保 护措施 ，万一 出现故 障 ，只要有 短 路 和过 载保护就 可以 了。也有 些初次 接触 电伴热 的 用户常常会提出为什么电伴热要采用漏 电保护的问 题 。 因此 ，只有认 识到海 洋石 油平 台电伴 热 漏电或 单相接地故障产生的原因和危害 ，并理解国内外主 要标准规范对电伴热配电和保护电路的要求，才能 在设计上予以重视 ，并采取有效的措施予以防范。 1 ． 1 电伴热在实际应用中存在漏电风险 尽 管电伴 热具有其 他伴热 不可 比拟的优 点 ，但 实践证 明这种伴热 方法也 存在一 定 的漏 电风 险 1 电伴热电缆敷设完毕后 ，需用保温岩棉对 管道、设备和容器进行包敷保温 ，在保温岩棉的施 工过程中，有可能损伤电伴热电缆护套和绝缘 ，留 下漏 电或接地 隐患 。 2 电伴 热 电缆 本身 为 发 热 源 ，即使 自调控 型电伴热 电缆具有正温度系数 电阻 P T C 特性 ， 从理论上讲不会因为过热而达到防爆场所的温度极 限或烧毁电缆 ，但在温度反复变化过程中，电缆绝 缘层相对来说会老化得快些 ，当电伴热电缆的允许 使用期限小于平台的服役期限而未对电伴热电缆及 时更换 时 ．就 可能发生 漏 电或接 地故 障。 3 伴热管道的法兰、阀门等设备连接处在长 期 工作 中可能 出现 少许液体 渗漏 现象 ，如未及 时发 现或维护不当，渗漏的液体将降低 电伴热电缆的绝 缘性能，如侵入其绝缘薄弱处或各接头处 ，也可能 导致漏电或接地故障。 4 伴热管道保温层的防水外罩因安装或维护 不当存在 雨水进 入的可 能 ，浸水 处 的电伴 热 电缆 的 绝缘 性能将 被减弱 ，如 电伴 热 电缆 长期在 此状 态下 工作 就可 能发生漏 电或接地 故 障。 因此从 实际情况 看 ，电伴热发 生高 阻接地 漏 电的情况多于导体直接接地 短路 的情况。当 发生 高阻接地 漏 电故 障时 ，普通 断路 器就会 因为 故 障 电流太 低而 不能脱扣 ，漏 电处就可 能产生 电弧或 电火花 ；或 温度会 不断升 高 ，达 到防爆 场所 的温度 极限。特别是当伴热管道内为可燃性液体时，如输 油管道 ，电伴热电缆的漏电或接地故障即使发生在 少 许 液体 渗 漏 处 也 可 能 导致 火 灾 和 爆 炸 事 故 的发 生 。 因此 ，对 电伴热电路的漏 电或接地故障保护 必须做到在其产生电弧或电火花之前就将其故障电 路切断。而漏电保护装置正好能满足这种要求 ，如 3 0 mA剩余 电流动作型漏电保护器在接地电流刚达 到 3 0 m A 时就 动 作 ，确保 了 电伴 热 电路 在 发 生 漏 电或接地故 障 时也不会 出现安 全隐患 。需进 一步 明 确说 明 的是 ，对 电伴热 采取漏 电保护措 施不 是用 于 防 止人 体触 电 ，而 是 防止 漏 电可 能 带 来 的火 灾危 险，而火灾危险主要来 自于高阻接地故障 易产生 拉弧和温升 ，因此 ，从海洋石油平 台电伴热的工 作特性和实际应用情况考虑 ，电伴热必须采用漏 电 保 护装置 进行保 护 。 1 ． 2 国 内外主 要标 准对 电伴 热配 电和 漏 电保 护 的 要 求 正因为电伴热漏 电或接地故障会给海洋石油平 台带来 安全 隐患 ，所 以 I E E E S t d 5 1 5 、A P I R P 1 4 F 、 N F P A 7 0 、 浅海固定平 台建 造与检验规 范和 海上 固定平台安全规则等 国内外标准均对 电伴 热 线路提 出 了漏 电保护 的要求 。 I E E E S t d 5 1 5标 准为 国际上应 用最 广 泛 的针对 电伴热试验 、设计 、安装和维护的专用标准 ，美国 石油协会 A P t 标准对电伴热的要求也引用 I E E E S t d 5 1 5作为标准依据。 浅海 固定平台建造与检 验规范是中国船级社 c o s 编制的标准 ，为国 内海洋石 油乎 台的设计 和检验 依据之 一 。这 两个标 准均提出电伴热负荷采用专用变压器供 电，变压 器二次侧应采用接地系统 ；每个电伴热电路应具有 高阻接地 即漏电和短路故障保护能力。在其漏 电电流超过 3 0 mA时 ，应 能 自动断开该 电伴热线 路电源。 海上固定平台安全规则也是国内海洋石油 平台的设计和检验依据之一，其中也提出 “ 电伴热 带及 配套使用 的控 制电气设 备应设 有过 载 、短 路及 漏电流的检测 、控制和保护装置”的要求。 上述三个标准均提出了对电伴热负荷采用漏电 保 护装 置的要求 。其 中 I E E E S t d 5 1 5和 浅海 固定 平 台建造 与检验 规范 对漏 电保护方案 提 出 了较 明 确 的要求 ，即采 用 专 用 变 压器 供 电 的 中性 点 接 地 T N S 供电系统 ，并配备漏电保护装置 。但 海 上固定平 台安全规则未对设计方案进行具体描 述 第 3 7卷第 2期 李建球 海洋石油平台电伴 热漏 电保护 电路设计探讨 1 3 根据 我 们 的理 解 ，I E E E S t d 5 1 5和 浅 海 固定 平 台建 造 与检验 规 范 中要求 加专 用 变压器 的作 用 有两个 1 无 论平 台整 体供 电 系统如 何 ，通过 变压 器 将 电伴 热 的供 电转 换 为 中点 接 地 T N S 供 电 系 统 ，保 证 了漏 电保 护器 在 电伴 热发 生漏 电或 单相 接 地 故障 时动作 。 2 使 电伴 热负荷 与其 他 负荷 隔离 ，限 制故 障 范 围 ，不 同类 负荷 的故 障彼 此不 受影 响 ，如 当需要 对 电伴热 二级 或三 级供 电保 护进 行脱 扣时 ，不 会对 照 明等其 他 电路 产 生影 响 。 2海洋 石油 平 台电伴 热供 电保 护 电路 实例分 析 通过 近年 建造 的海 洋石 油平 台项 目与 上述 国内 外标 准要 求 的对 比 ，我们 发 现在 目前 的一 部分 海洋 石油 平 台设 计 的 电伴 热漏 电保 护 方案 中出现 了与标 准要 求 不 符 的情 况 ，有 些 甚 至 存 在 一 定 的 安全 隐 患 ；同时 ，设计 图纸 与标 准条 文要 求 的不一 致也 给 海 洋石 油平 台建 造监 理方 的监 督和 检验 工作带 来 了 一 定 困难 。因此 有必 要对 目前应 用 的各设 计方 案加 以分析 ，以明确 其利 弊和设 计 可行性 。 2 ． 1 T N S供 电 系统 下 电伴 热供 电线 路 实例 分 析 设计 方 案一 图 1 是 曾为 泰 国建 造 的 海洋 石 油平 台上 T N ～ S 系统采用 的剩余电流型漏电断路器对电伴热供电保 护 的示 意 图 。 电伴 热 负 荷采 用 独 立 的变 压 器供 电 ， 所有负荷均采用剩余 电流型漏 电断路器进行保护 ， 具 有 过 载 、短 路 和 漏 电 保 护 功 能 。 为 便 于 电路 分 析 ，假设 电伴 热 负荷 3采用 不带漏 电保 护功 能 的普 通微 型 断 路器 MC B进行 保 护 ，仅 具 有 过 载 、短 路 保护 功能 。 ／ j J I -1 、 L 、 ．j _ ] 一． ． N P E 微 型 断 路 器 血 1． ‘ 电 断 路 器 一 ～ 漏 电 断 路 器 一 M C B IE LB E L B 替 代 E LB ， 用 于 电 路 问 环 节 卜 _ _ I I I 中 间 环 I ； 一 I黼；圃 B1 C2 A3 ● l B l l c 2 ／ A 3 电源接线盒 l l ‘ 电源接线盒 L ‘ 电源接线盒 - 电容泄放 电流 P T C 自调控热 电阻 P T C 自调控 热电阻 P T C 自调控热 电阻 勺 j 电容泄放电流电容泄放 电流 q } 她 容 n 电容泄放电流 产 C C B】一 ． B2 IJA3．_一 [三 一 卜 l 一 { 一 兰 i { c ‘[ ⋯阳 白 ； 图 3冀东油田某石油平台电伴 热供电保 护等效 电路 图 该设 计方 案 的特 点如下 1 电伴热与照明负荷共用一台变压器 ，未采 用 专用 变 压 器供 电 ，其 伴 热 负荷 取 自照 明 控 制盘 ， 当电伴热线路或照明线路发生故障时可能互相造成 影 响 ，与 I E E E S t d 5 1 5标 准 和 浅 海 固定 平 台建 造 与检验规 范 的要 求 不符 。 2 电伴热供 电未采用 中性点接 地 T N S 系统 ，当发 生一次 单相 绝缘 或 接地故 障时 ，剩余 电 流 型 漏 电 断 路器 E L B似乎 形 同虚 设 ，不 能 切 断 故 障电路 ，与 I E E E S t d 5 1 5标准和 浅海固定平 台建 造与检验规范的要求不符 。 3 没有 对每 路 电伴热 负荷 进行 漏 电流实 时 检 测监 控 ，不能 了解 漏 电流 的暂态 过程 。而绝缘 监 测 器 E F M 可 在单相 绝缘 或接 地 故障 时发 出报 警 信号 ， 但不 能 明确是 否为 电伴 热负 荷故 障 ，也不 能 明确所 在故 障 回路 ，需花 费一 定 时 间查 找故 障 。 当然 ，该设 计方 案 中 电伴 热供 电采 用 中性 点不 接地 I T 系统 ，由于在发生一次单相绝缘或接地 故障时无漏电流泄放 回路 ，虽然漏电断路器不能动 作 ，但该故障也不会产生有害的电弧和电火花 ，故 障电路可暂时继续工作 ，不会对生产造成影响。也 就是 说 ，上 述 特点 2 只 是 与现 行 标 准要 求 不一 致 ，并 不会 产 生 实 质性 的危 害 ，这 也 是 I T供 电 系 统安全可靠 的优点。 2 ． 2 ． 2 渤 海辽 东湾 某石 油平 台 电伴 热 电路 设计 实例 设计 方 案三 由于 I T系统在单相对地绝缘发生故障时无漏 电流 泄 放 回路 ，因此 在 一 些 专 著 和 标 准 中提 出 I T 系统 中不宜 安装漏 电保护 器 ，而通过 绝缘 监视 报警 器 对 线路 进 行 监 测 的观 点 ，这是 发 现 I T系 统单 相 绝缘 和接 地 故障 的一般 惯用 方 法 。 为 此 ，国 内 近 年设 计 的 一 些 海 洋 石 油 平 台对 1 6 石油工程建设 2 0 1 1年 4月 I T系统 中的 电伴 热 线路 似 乎 也 取 消 了漏 电保 护断 路器 。甚 至连 照 明和 电伴热 共 用变 压器 都 不设 置 ， 电伴热 负荷与众 多其他 同一 电压等级 的负荷无 隔离 地取 自同一配 电盘 ，通 过 电伴 热供 电盘柜上端 的配 电盘柜安装的绝缘监测器 E F M对整体线路进行绝 缘监 测 ，电伴热 的保 护 电路 实 际上与照 明等其 他负 荷无 任何 区别 。渤海 辽东湾 某石 油平 台电伴热供 电 系统 的设计 方案 即为 这种设 计方案 的典 型代表 。 图 4为渤海辽东湾某石油平台照明和电伴热供 电单 线 图 ，I T系 统供 电 ，电伴热 负 荷 虽 有独 立 配 电盘 。但每个电伴热配电盘的总 电源仍未设专用变 压器而直接取 自照明和小功率配电盘。 该 设 计 方案 的 特点 与 2 ． 2 ． 1 所 述冀 东 油 田某 平 台 电伴 热 电路 的最 大不 同点 在于设 计 中取 消 了漏 电 断路器 。因此 ，有必要就其取消漏电断路器后的绝 缘 或接地 故障加 以分 析 。 电伴热负荷 图 4 渤海辽东湾某石油平台电伴热供电单线图 为方便 分析 ，图 5单 独画 出了在不 同 电伴 热配 电盘中的各两路电伴热负荷的等效电路图。电路采 用 I T系统 供 电 ，每个 电伴 热负 荷 回路 未 配置 漏 电 断路 器 ，而 采用 普通 微 型断 路 器 M C B对 电伴 热 提 供 过 载 和 两 相 短 路 保 护 ，通 过 采 用 绝 缘 监 测 器 E F M 对 整 体线 路 进 行单 相绝 缘 或 单 相接 地 故 障监 测 。 当电伴热负荷 2的 B相发生绝缘损坏甚至导 体直接接地故障时 一次接地故障 ，如前所述 ， 由于 电源 中性 点与接地 点元 电气连接 ，不 能形成 故 障 电流 泄放 回路 ，因此 该负荷 回路保 护断路 器不 会 跳 闸 ，但也 不会 产 生有 害 的 电弧 和 电火花 ，这 时 ， 电伴热 负荷 2可暂不停 电继续 工作 。但 进一 步分 析 就 会发 现 ，若在 电伴热 负荷 2故 障 回路 修 复之 前 ， 电伴 热 负荷 3的 C相 又发 生 绝缘 损坏 时 二 次接 地故障 ，接地故障电流就 由 B相 一 负荷 2的 B 相接 地故 障点 一 钢结 构 平 台地 一 负荷 3的 C 备用 备用 备用 相接地故障点 一 C相形成泄放 回路 ，接地泄放电 流 ， P 的大小为 LU ／ R2 3 丹L RE 式中 卜电伴热负荷 2 、负荷 3接地故障电流 有效值； 相电压有效值； 广电伴热 负荷 2漏 电电 阻 ； 电伴热负荷 3漏电电阻 ； R。 _接 地 回路 导线 电阻 很 小 ，可 忽略 不 计 R r两接地点间导体电阻 由于为钢结构 直接连接 ，所以很小 ，可忽略不计 。 假设 电伴 热负荷 2绝缘 电阻 因老化 等原 因降低 至 0 ． 0 0 2 MQ，即 R 2 2 0 0 0 Q，电伴 热负 荷 3为导 体直接接地故 障 ，即 ， 0 Q，当 U2 3 0 V时 ， 有 ／ ／ - 3 - RE 2 3 0 ／ 2 0 0 01 1 5 mA 第 3 7卷第 2期 李建球 海洋石油平 台电伴热漏 电保护 电路设计探讨 1 7 断蹯器 I E F 绝缘监测器 A A CC B 2 3 0 V 3 P H 3 W L 亍 T B 、 、I l C 、 一] 电伴热配 电盘 1 ＼ I ‘ M 塑 C 壳 C I 断路 I 、 I 1 5 1“ - 挚0 0 2 电 盘 、 l I E T P 一 0 0 1 、 一 l I I J J 一 麓 断 路 器 ＼ 一 断 路 器 l I ＼ 一 微 型 断 路 器 ＼ 一 微 型 断 路 器 { M C B 、 M C B 。 M C B M C B 一 ．．J L 一 A1 B2 C 3 ● B2 ● ， B 4 _ j 电 源 接 线 盒 『二 - 阳 电 源 接 线 盒 『二 -。 [ 电 源 接 线 盒 。 I } l ‘ 电 源 接 线 盒 一 _ 一 _ _ 电容泄放电流 P T C 自调控热电 阻 呲 自调控热 电阻 P l’ 自调控热电阻 司 电容泄放电流 q } 电容泄放电流电容泄放电流 i A 3一 电 蓬电 谷 泄 丛 里 况 。c C B4 一 电 B l 一 放 电 沓 砒 { } 产 { 一 1 {] ， { ； l占 一 1 i j ● { { ； f兰 } ’c { 厂 厂 占 占 ⋯． {] ] 上 图 5 渤海辽东湾某石油平 台电伴热供 电保护等效电路图 由于 电伴 热负 荷 2和负 荷 3的供 电保 护 断路器 不具 有漏 电保 护功 能 ，其 接 地故 障 电流太 小 而不足 以使断路器脱扣。这时在电伴热负荷 2和负荷 3的 漏 电处就 有可 能会产 生 电弧 或 电火 花 。如果 它们仍 然 采 用漏 电 断路 器 进 行 保 护 ，则 可对 线 路 进 行 保 护 ，避 免 可能存 在 的安全 隐 患 。 由此 可见 ，该设 计方 案 表面 看似 乎合 理 ，其实 存在 着更 多 的问题 。其特 点 如下 1 电伴热未采用专用变压器供 电，电伴热 负荷与其他负荷未进行有效隔离 ，不同控制箱 内的 各类 负荷 接地故 障都可 能彼 此互 相影 响 导致 二次 接地故障 ，存在安全隐患 ，与 标准 和 浅 海 固定平 台建 造 与检验 规范 的要求 不 符 。 2 电伴 热 供 电未 采 用 中性 点 接 地 一 系统 ，与 标 准和 浅 海 固定 平 台建造 与检 验规 范 的要求 不符 。 电伴 热 每 路供 电 回路 取 消 了漏 电断 路 器 ， 不能 满足 标 准 、 浅海 固定平 台建造 与检验规范和 海上固定平台安全规则的要求。 4 在 电伴 热负荷 发生一 次单 相 绝缘或 单相 接 地故障时，若暂不停电继续工作 ，则线路不能对二次 单相绝缘或单相接地故障进行保护，存在安全隐患。 电 伴 热 负 荷 既 未 设 置 专 用 绝 缘 监 测 器 ，也 未对 每 路 负 荷进 行 漏 电 流实 时 检测 监 控 ． 其 保 护 电路 与其 他 负 荷 没 有 任 何 区 别 。 在 单 相绝缘或接地故障时发出报警信号。但不能区分是 电伴 热还 是照 明 等线路 的故 障 ，也不 能 明确 所在 故 障 回路 ， 由于其 监 测 的负荷 太多 ，需 花费大 量 时间 查找 故 障 。 因 此 ，在取 消 了各 路漏 电保 护装 置 的情况 下 ， 若 要保 证 平 台无 安 全 隐 患 ，当绝 缘监 测 器 监 测到系统单相绝缘和单相接地故障时，要求必须对 电伴热的故障电路立即进行修复 ，这将导致该设计 方 案不 但 不 能 发挥 I T系 统可 连 续 供 电 的优 点 ，同 时与 一 系 统相 比 ，还增 加 了查找 故障 所在 负荷 回路 的 时间 ，势必 对生 产造 成较 大 的影 响 。 受维 修材 料供 货周期 或 海况 以及施 工条 件等 因 素的影响，在需要更换电伴热电缆等情况下 ，绝缘 故 障并不 能 马上得 到修 复 。另外 ，有些 电伴 热 负荷 并不 希望 在发 生一 次接 地故 障时立 即停 电 ，比如 在 不能停 产 的情 况下 ，从 安全 角度考 虑 必须保 证 消防 管道 不 因 电伴 热 的单 相 接地 故 障停 电而 导 致 冻结 。 但 若 该设 计方案 中电伴热 负荷 在一 次接 地故 障时不 停 产继 续 工作 ，则 它 将 工 作 在 无 漏 电保 护 的状 态 下 ，存 在 产生 电弧 或 电火 花 的安全 隐患 。特 别是在 取消 了 电伴 热专 用 变压器 的情 况下 ，不 同 的电伴热 l 8 石油工程建设 2 0 1 1 年 4月 配电盘之间、电伴热配电盘与照明配电盘之间等均 未进行 电气 隔离 ，大大增 加 了发生 二次接 地故 障的 概率 。因此 ，该设计方 案在 实际生产 应用 中在一定 时期 内存 在保 护盲 区。 2 ． 2 ． 3 陆丰 油 田某石 油平 台 电伴 热 设 计 实例 设 计 方案 四 图 6为陆丰油 田某石油平 台电伴热供 电单线 图，I T系统供 电。电伴热既采用了独立的变压器 和 配 电盘 ，同时 每个 电伴 热负 荷 回路 又配备 了漏电 断 路器 E L B和独立 的零序 电流互感 器 Z C T 。 结合前述其他几个设计方案的分析 ，我们不难 得 出该 设计 方案具 有如下 特点 伴热负荷 I伴热负荷 2 伴热负荷 3 伴热负荷 4 伴热负荷 5 伴熟负荷 6 伴熟负荷 7 伴热负荷 8 伴熟负荷 9伴热负荷 j O 图 6 陆丰油 田某石油平台电伴热供电单线 图 1 电伴热采用专用变压器供电，电路发生故 障时与照明等其他线路彼此不会影响。 2 虽然采 用 了△／ Y专用变压 器供 电 ，但 并 未从 中性点 引 出中性线 ，即 电伴热 供 电未采 用 中性 点 接 地 T N S 系 统 ，与 I E E E S t d 5 1 5 标准 和 浅海固定平 台建造与检验规范 的要 求 不 符 。 3 绝缘监测装置 E F M可在单相绝缘或接地 故障时发 出报警信号 ，配合零序 电流互感 器 Z C T 对每个电伴热负荷回路进行实时漏电流的监控，通 过对接地故障瞬态电流进行分析 ，可帮助判断故障 所 在 回路 。 4 电伴 热供 电 采 用 中 性 点 不接 地 I T 系 统 ，由于在 发生一 次单相绝 缘或 接地故 障时无漏 电 流泄放回路 ，虽然漏电断路器不能动作 ，但也不会 产生 有害 的电弧和 电火花 ，故障 电路可暂 时不断 电 继续工作 。在一次单相绝缘或接地故障排除之前， 线路对二次单相绝缘或接地故障仍具有保护作用 ． 因此 ，既不会对生 产造 成影 响 ，也不会 留下任何 安 全隐患 。 3电伴热 漏 电保 护设计 方案综 合对 比评估 和建议 以 上 所列 方 案 基 本 可 覆 盖 目前 海 洋石 油 平 台 电伴热漏 电保护设计方案 。为更 加直观对 比各设 计方案 ，现将其特点进行综合对比归纳 ，见表 l 。 通过对以上实际工程中出现的电伴热保护电路 的分析 ，并对 比标准规范的要求 ，我们发现方案 一 既满足标准和规范的要求 ，同时又不存在安全隐 患 ；方案二和方案三既不满足标准和规范的要求 ， 同时又存在安全隐患方案四虽无安全隐患 ，与方 案 一相 比还 具 有单 相绝 缘 或 接 地 故 障不 断 电 的优 点 ，然而却不 能完 全满足 I E E E S t d 5 1 5和 浅海 固 定平台建造与检验规范的要求。因此 ，我们认为 就电伴热漏电保护而言，不仅其中有些设计方案存 在问题 ，而且现行国内外标准和规范也有待于进一 步细化和完善 ．以确保海上石油平台的高效 、安全 生 产 。 为使设 计合理 规 范 ，监理 方在建造 和检验 过程 中有 据可 寻 ，现 对海洋 石油平 台电伴 热漏 电保 护设 计方 案和现行 标准 规范提 出如下 建议 ，供以后 的设 计和 标准规 范修订参 考 第 3 7卷第 2期 李建球 海洋石油平 台电伴热漏 电保护 电路设计探讨 1 9 表 1 电伴 热 配 电和 漏 电保 护 电 路 设 计 方 案 综 合 对 比 评估 对 比项 目 方案一 方案二 方 案三 方案四 供 电方式 T N S I T I T I T 专用变压器 有 尢 无 有 漏 电断路器 有 伺 尢 伺 绝缘监测 不需要 有 非专用 有 非专用 有 专用 I EEE S t d 5l 5 满 足 不 满 足 不 满 足 不 满 足 浅海 固定平 台建造与检验规范 满足 不满足 不满 足 不满足 海上 固定平 台安全规则 满足 满足 不 满足 满足 安全可靠性 无安全隐患 存 在安全 隐患 存在安全隐患 无安全隐患 设计合理性 合理 不合理 不合理 合理 1 I E E E S t d 5 1 5和 浅 海 固定 平 台建 造 与 检 验 规范 目前 只认 可 电伴热 中性 点 接地 系 统 T N S 的设 计方 案 ，而 中性 点 不 接 地 系 统 I T下 的 方案四更具优点 ，建议 以后修订 时予以考 虑采纳 。 如果 I E E E S t d 5 1 5和 浅 海 固定平 台建 造 与检 验规 范制订机构有充分理由证明方案 四不合理 ，那 么 ．设计 部 门就不 应再 采用 。总之 ，应保 证设 计 和 标 准规 范一致 。 2 建 议 I E E E S t d 5 1 5 、 浅 海 固定 平 台建 造 与检 验规 范 和 海上 固定 平 台安全 规则 在 以后 的修 订 版 中 能 按 T N S和 r r供 电 系统 分 别 对 电伴 热的漏电／ 绝缘保护提出明确要求 ，如增加在 I T供 电系统时采用 电伴热专用绝缘监测装置的要求 ，明 确规定 I T系统下每路 电伴热负荷是否还应装设漏 电断路 器 的条 款 等 。但 我们 从生 产 和安全 的 角度 考 虑 认 为 ，海 上 石油 平 台的 电伴 热 在 I T供 电 情况 下 仍应保留漏电断路器。 3 目前 国内设计 的海 洋石油平台 的整体供 电方案 一 般 为 I T系统 ，电伴 热 的供 电 方 式 通 常也 就与其一致而采用 了 I T系统 。建议 电伴热负荷 的 供 电 和漏 电保 护方 案 应 按 照整 个 平 台的供 电方 式 、 伴热管道的工艺要求 、平 台的维修保养 能力 和管 理水平等多种 因素综合考虑 。例如 电伴热 负荷 发 生一次漏 电接地故障 。希望能立 即切断故 障 回路 时 ．则 应 采 用 专 用 变 压 器 将 电伴 热 的供 电 电 路 转 换 为 中性 点 接 地 系 统 ，然 后 通 过 每 个 负 荷 回路 的 漏 电断 路 器 进 行 保 护 ；当 电伴 热 负 荷 发 生 一 次 漏 电接 地 故 障 ，不 希 望 立 即 切 断 故 障 回路 时 ，如 消 防管道或其他工艺流程 因生产需要 必须保持线路 连 续 工作 时 ，则应 采 用 上 述 实 例 分 析 中设 计 方 案 四的设 计 方法 。 4 I T供 电 系 统 虽 然 具 有 安 全 可 靠 的特 点 ， 但 对于 海洋石 油平 台电伴 热工作 的实 际情 况 ，如果 设计考虑不周 ，仍然存在一定 的安全隐患 。I T供 电系统 下 ，一 个完 善 的电伴 热供 电 系统应 该包括 如 下部 分 a ． 独立 的 电伴热 专用 变压 器供 电。 b ． 每个 电伴 热变压 器 负荷端 应装 设一套 绝缘 监 测报 警装 置 以实现 对各 负荷 线路 的整体 绝缘 水平 的 监测 。 c ． 每个 独立 电伴 热 回路宜 装设 零序 电流 互感 器 对漏 电流进行实时监控 ，以帮助判断该回路一次漏 电或接 地故 障 。 d ． 每个 独立 电伴 热 回路 应装 设漏 电断 路器 以达 到对 该 回路 二次 漏 电或接 地故 障的保 护 。 参 考文 献 I11 ]I E E E S t d 5 1 5- 1 9 9 7，I E E E S t a n d a r d f o r t h e T e s t i n g ，D e s i g n ， I n s t a l l a t i o n ，a n d Ma i n t e n a n c e o f El e c t ri c a l Re s i s t a n c e He a t Tr a c i n g f o r I n d u s t ri a l Ap p l i c a t i o n s [ S ] ． API RP 1 4 F 一1 9 9 9， Re c o mme n d e dP r a c t i c e for De s i g n a n dI n s t a l l a t i o n o f E l e c t r i c a l S y s t e ms f o r Fi x e d a n d F l o a t i n g Of f s h o r e P e t r o l e u m F a c i l i t i e s f o r Un c l a s s i f i e d a n d Cl a s s I ，Di v i s i o n 1 a n d Di v i s i o n 2 L o c a t i o n s [ S ] ． 113 ]N F P A 7 0 - 2 0 0 8 ， Na t i o n al E l e c t r i c al C o d e 2 0 0 8 E d i t i o n [ S ] ． 【 4 】中国船级社 ， 浅海 固定平台建造与检验规范 2 0 0 4 [ S ] ． I．5 ] 国家经济贸易委员会 ， 海上 固定平台安全规则 2 0 0 0 [ 1 ． J 6 1顾月英． 漏 电保护器应m[ MJ ． 上 海 上海科学技术出版社 ， 1 9 9 3 ． 作者 简介 李建球 1 9 6 4 一 ，男 ，湖 南茶 陵人 ，电气工 程 师，1 9 8 4年毕业 于中原工学院 ，现从事 海洋石油平 台电气 设计 工 作 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 3 0 ，修 回日期 2 0 1 1 0 1 1 4