油田井下作业井场电源存在问题分析与措施.doc

1、1油田井下作业井场电源存在问题分析与措施摘要：本文针对油田井下作业系统广泛使用的 1140V 电源装置存在的问题进行了分析，对自耦变压器二次侧电压进行矢量计算，与现场测试结果进行比对一致。在此基础上提出了改进的 IT 供电系统，最大限度地减小流过人体的电流，并保证漏电保护器有足够的灵敏度。 关键词：1140V 电源装置、自耦变压器、矢量计算、IT 供电系统 中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号： 一、基本情况介绍 2010 年 8 月，临盘采油厂使用自耦变压器的作业井场曾经多次出现作业队配电柜接地极有打火现象，烧毁配电变压器及部分电气设备的现象。这引起了采油厂的高度重视，迅速组织相关

2、人员赶赴现场调研，提出整改方案。 自耦变压器组成的供电系统工作原理为： 10KV 电源变压器将 10KV 电压降为 1140V，供油井电机使用。当油井需要作业时，接入图一中虚线部分，即自耦变压器组成的供电系统。自耦变压器将 1140V 电压降为 380V 和 220V 电压，供井场作业设备使用。 但是现场表现出来的现象是： （1）声音异常：自耦压器中性点 N 一接地，接地处打火，自耦压器声音马上就不正常，变得异常响，将自耦压器中性点接地点断开，自耦2压器声音正常，我们分析这是两相绕组过电压尚未烧毁引发的声音。时间一长，自耦压器绕组将被烧毁，导致电源变压器短路，引起上一级保护动作跳闸。 （2）电

3、压异常：作业人员将自耦变压器中性点断开，测量零线对地电压为 500 多伏，火线对地电压为 790 多伏。 （3）设备损坏：自耦变压器中性点接地的作业现场电源系统，作业队配电柜接地极出现打火现象，变压器及零克烧毁。 为什么自耦变压器中性点接地处会出现打火现象，为什么自耦变压器中性点不接地系统没有出现设备烧毁现象？我们分析主要是由于井场1140V 主变压器单相绝缘降低，造成的。基于上述原因，我们对自耦变压器中性点接地和不接地两种情况均进行了分析如下。 二、自耦变压器中性点接地时的运行分析 由于井场 1140V 主变压器单相绝缘降低，设电源变压器 1140V 侧 A相发生单相接地故障，由于自耦压器中

4、性点 N 是接地的，N 点与 A 相电源相连，自耦压器其他两相（B 相、C 相）绕组电压升高（考虑到接地电阻、负载磁通交链 A 相绕组，电压升高应该是达不到 1140V，但绝对是高了，这就是自耦压器一上电就嗡嗡响的原因） 。此时由于自耦变压器中性点是接地的，所以中性点电位维持在大地电位，但是相电压由 220V 上升到接近 380V，对设备及人身安全已经构成威胁。 三、自耦变压器中性点不接地时的运行分析 如果自耦变压器的中性点没有接地，发生电源电源变压器单相接地故障（如 B 相接地） ，由于自耦变压器的中性点低压侧与高压侧共中性点3连接，则各相电压分析如下： 在正常负载对称情况下：UA=UB=U

5、C=660V Ua=Ub=Uc=220V； 当 B 相出现接地故障情况下：UA=Uc=UAB=1140V UB=0V； 低压侧电压由余弦定理知： b 相对地电压： Ub=660V-220V=440V；a 相、c 相对地电压由下式决定：Ua=Uc=793.22V 由此可知：低压侧对地电压已经超过了线电压（380V）达到 793V，这对设备及人身安全已经构成严重威胁，较自耦压器中性点接地的情况更为严重。 从上述分析，我们得到如下结论。 四、分析结论： （1）在三相三线电源系统中，自耦压器中性点接地危害很大，由前述分析知，可造成短路；自耦压器中性点不接地危害也很大，二次侧非故障相对地电压升高很多，达

6、到 793V，对设备及人身安全已经构成严重威胁。 （2）过电压是导致自耦压器烧毁，继而导致电源变压器烧毁的主要原因。 （3）由于我们不知道电源变压器 1140V 侧何时发生单相接地故障，所以自耦压器中性点 N 接地的接线方式，将导致短路故障，后果是极其严重的。 （4）如果自耦压器中性点 N 采用不接地的接线方式，除了上述危害，还存在中性点电压在三相负载不平衡情况下的位移，导致各相电压不正4常，有高有低。 （5）自耦压器中性点一处（如 M 点）断线，将导致这一相电压抬高到电源电压，这是很危险的。 （6）因为高压和低压绕组有直接电联系，所以运行中自耦变压器的中性点不管接不接地，均有危害。即使自耦变

7、压器中性点接地，自耦变压器不能满足现场安全要求。 五、整改措施 将自耦变压器更换成 1.14KV/0.4 KV 隔离变压器，配电变压器与作业电源之间采用符合电压等级的电缆连接，由于绝大部分配电变压器无中性点引出，漏电保护无法设置。此部分采取如下安全方案： （1）配电变压器外壳接地保持良好。 （2）作业电源变压器及外壳接地保持良好。 （3）配电变压器与作业电源之间的连接电缆（一次电缆）电压等级符合要求。 （4）经常检查一次电缆绝缘情况。 对于 400V 侧的接线方式及安全方案，我们先要作如下分析： 临盘采油厂作业井场配电方式在取消自耦变压器之后，采用的是 TT系统，分别设置工作接地和保护接地，即

8、采用星形接法的低压中性点直接接地构成工作接地，用电设备外壳单独接地构成保护接地的配电系统。为了在线路的泄漏电流超过设定值时及时分断电源，TT 系统的特点决定其必须与漏电保护装置配合使用，当发生相线触碰用电设备的外壳或人身触电时泄漏电流流经保护接地极 RE 和工作接地极 RN 回到中性点，漏5电保护器中的零序电流互感器探测到这部分泄漏电流驱动开关跳闸，从而实现漏电保护。 此系统存在如下缺陷： 在漏电保护失灵情况下，当工作人员碰触到任何一相相线时，人体将有电流流过，电流大小与相电压和人体电阻有关。 由于人体电阻的非线性，此电流可达数十安培，若无措施将造成极其严重的后果。鉴于上述隐患，必须限制人体流

9、过的电流，若将人体电阻与一外加电阻串联，将限制流过人体的电流，人体电阻取为 0，外加电阻为 1000 欧姆时，流过人体的电流为 mA， 此时漏电保护器动作灵敏度 k=7。 依据上述原理可知， ，当工作人员碰触到任何一相相线时，人体将流过的电流能够使漏电保护器将可靠动作，起到保护作用，同时减轻流经人体的电流对人体的伤害。即便是漏电保护器损坏，生还的可能性也较不加限流电阻时大。其构成原理如图八所示。 临盘去年下半年将所有自耦变压器更换为双绕组变压器，采用改进的 TT 供电方式，即：A、B、C 三相火线、直接从变压器二次测中性点引出的零线 N 和中性点经电阻接地的地线 E。 地线 E 一端与电阻可靠

10、连接，另一端与大地作可靠多点连接（重复接地） 。变压器中性点电阻 1k，人体触电后，其泄漏电流将超过 30mA,漏电保护器能够可靠动作，而人体触电电流较无电阻系统小得多，限制了对人体的损害，尽最大可能避免触电死亡事故。 这种做法具有 TT 系统的优点，又能限制流过人体电流，值得在全油田推广。上述结论临盘采油厂向局专家组作了汇报，专家组一致认为自6耦变压器不适用于作业井场，作业井场应使用双绕组变压器，变压器低压侧中性点可靠接地，确保井场漏电保护装置可靠动作，同时加强电缆和变压器的绝缘监测，防止发生击穿及漏电事故。 参考文献： 1俞大光编，电工基础，人民教育出版社出版 1999 2周长源编，电路，高等教育出版社 2005 3康华光编，电子技术基础，高等教育出版社 2006 4高电压试验方法与电气设计，水利电力出版社 2007