沙漠化地區接地性能改善方法探討

張 力

中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田公司， 新疆 庫爾勒 841000

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沙漠化地區接地性能改善方法探討

張 力

中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田公司， 新疆 庫爾勒 841000

接地是電氣安全技術中最重要的技術措施，關系到設備和人身的安全。接地分為工作接地、保護接地、防雷接地、防靜電接地等,正確選擇接地方式及合理安裝非常重要。良好的接地系統在易燃易爆場所能有效減免火災、爆炸的發生，保證生產安全。塔中Ⅰ號氣田油氣處理廠位于沙漠地區，土壤電阻率較高，傳統接地方法不能達到預期效果，利用外引式接地裝置和大型建(構)筑基礎群聯合接地則效果明顯，滿足施工及投產運行的需求，對沙漠干旱地區的接地安裝方式有一定的參考價值。

接地系統；混凝土基礎；深度；接地性能

0 前言

塔中Ⅰ號氣田油氣處理廠位于塔里木盆地中部，屬塔克拉瑪干沙漠區，為極度干旱的大陸性氣候。

塔中Ⅰ號氣田油氣處理廠原設計采用約10 000 m的接地體敷設于全廠，形成一個大的聯合接地體來保證接地系統的性能，接地極和接地線大部分位于地下水位較低的地方，接地線遠離大型建(構)筑物的深基礎，未充分利用地下水較豐富及地下水位較高的地方；同時為改善接地效果，設計要求在每個接地極中使用降阻劑，共計50 t左右。根據以往沙漠地區的施工經驗，該設計方案難以達到理想的接地效果，即使施工時達到設計要求，也不能保證油氣處理廠長期生產運行的安全。為證明設計方案的接地效果，建設單位、設計單位、監理單位及施工單位共同在廠區內進行了一組接地(3根L 50 mm×5 mm×2 500 mm熱鍍鋅角鋼做接地極，直角三角形排列，2直角邊接地極間距均6 m，接地極間采用50 mm×5 mm熱鍍鋅扁鋼焊接，頂部埋深1.3 m)試驗，測量結果顯示接地電阻值高達110 Ω，根據四極電測深法計算當地土壤電阻率約3 500 Ω·m；按照設計要求，增加降阻劑再次測量，接地電阻值為25 Ω，遠大于設計要求的10 Ω。這是因為沙漠地區土壤干燥、濕度小、土壤電阻率大造成的，濕度和土壤電阻率直接影響接地電阻值[1-2]。

如何有效降低沙漠地區高接地電阻值是接地工程實施前必須解決的一個問題，結合現場勘察情況及類似工程的施工經驗，提出了幾種降低接地電阻值的方法。

1 降低接地電阻值的方法

1.1 外引式接地裝置

根據塔中Ⅰ號氣田油氣處理廠廠區土方開挖情況，廠區低洼處地表以下3～6 m即可見到潮濕的沙層，將接地極敷設于這一沙層即可保證良好的接地效果。施工單位經過實地勘察后確定了幾處低洼處，設置接地裝置引向廠區，即采用外引式接地裝置[3-4]。選取其中一處低洼處設置一組外引接地裝置，實測接地電阻值僅0.2 Ω，普通區接地電阻值與外引式接地裝置區接地電阻值測試數據對比見表1。工程設計要求接地電阻值不大于10 Ω，工作接地、安全保護接地、避雷器接地、建筑物的防雷接地共用聯合接地網，接地電阻值不大于4 Ω，需要多設置幾組外引式接地裝置與接地主網等電位連接，以降低接地電阻值，并將接地電流導入大地。

1.2 大面積建(構)筑物基礎群接地

混凝土是介于絕緣體和導體之間的一種物質[5]，干燥時是不良導體，電阻率較大，但在施工過程中加入水并儲存一部分，成型后結構中密布著很多毛細孔洞，當埋入地下后，潮氣通過毛細管作用吸入混凝土中，保持了一定的濕度，就成了導電體，電阻率100～200 Ω·m，這是因為混凝土中的硅酸鹽與水形成了導電的鹽基性溶液?；炷翝穸葘﹄娮杪实挠绊慬6]見圖1。

表1 普通區接地電阻值與外引式接地裝置區接地電阻值測試數據

圖1 混凝土濕度對電阻率的影響

塔中Ⅰ號油氣處理廠內大量鋼筋混凝土設備基礎連接成片，埋深較深，混凝土性質和土壤含水率滿足GB 50074-2010《建筑物設計防雷規范》4.3.5條規定，可以利用基礎內的鋼筋作為接地裝置。從現場對比試驗來看，在電阻率高的沙漠地區利用埋深較深、數量較多的設備基礎是改善接地性能的好方法。塔中Ⅰ號油氣處理廠廠區可利用的基礎較多，廠區內可利用的建(構)筑物鋼筋混凝土基礎群統計見表2。

1.2.1 利用集氣站基礎

集氣站的鋼筋混凝土基礎多，深度5 m，底層鋼筋密切相連，基礎容積276 m3，本身就是良好的接地體。將人工接地裝置與集氣站鋼筋混凝土基礎鋼筋連接后，既可以節省材料，又可以達到良好的接地效果。

表2 塔中Ⅰ號油氣處理廠建(構)筑物鋼筋混凝土基礎群統計

1.2.2 利用管廊架基礎

管廊架基礎貫穿整個廠區，深度3 m。將人工接地裝置與管廊架基礎連接，可以增強接地效果。

1.2.3 利用地下罐坑基礎

地下罐坑處于廠區低洼處，離地下水層較近，地下罐坑深度8.6 m，為整個廠區最深處。將人工接地裝置與地下罐坑基礎同深度敷設，用接地體引出后與廠內接地相連，可增強接地效果。

1.2.4 利用污水處理裝置區基礎

污水處理裝置區基礎最大埋深3 m，基礎容積246 m3，離地下水層較近。將人工接地裝置與污水處理裝置基礎同深度敷設，與廠區內接地連接起來后接地效果良好。

1.2.5 利用增壓站基礎

增壓站基礎容積295 m3，附近有臨時線路的接地。將臨時線路的接地與增壓站基礎連接后，與廠區聯合接地相連就可以增強接地效果，確保臨時線路的接地處于較低的電阻值，保證臨時用電的安全。

采用外引式接地裝置及大面積建(構)筑物基礎群聯合接地后，實測接地網的各引出斷接卡，電阻值為0.2～0.8 Ω，符合設計與規范要求。

1.3 管溝和基坑敷設接地

由于廠區所在地凍土層為1.3 m，設計要求的接地體埋深在1.3 m以下，開挖接地溝難度大。為減少接地溝的開挖量，可充分利用其他專業開挖的管溝(主要是給排水管線管溝)和基礎。大部分管溝和基礎基坑較深，可以進一步降低接地電阻值。

1.3.1 利用管廊架基礎基坑

管廊架總長約1 000 m，利用管廊架基礎施工時開挖的基坑將接地體同時敷設，既節省人力物力又避免開挖深度帶來的不便。

1.3.2 利用污水處理裝置區基礎基坑

污水處理裝置區占地面積3 000 m2，設備基礎較多。利用污水處理裝置區設備基礎回填前將接地體安裝，可節省較多人工。同時基礎寬廣表面積增加了接地接觸面，能有效提升接地效果。

1.3.3 利用管溝

2 同類型區域普通接地系統的對比

在同類區域未利用建(構)筑物基礎的工程中普遍使用大量降阻劑和接地模塊。單一使用較多的降阻劑和接地模塊后電阻值約15 Ω，即使使用再多的降阻劑和接地模塊，效果甚微。這是沙漠地區干旱缺水造成的。據統計，普通接地施工完成后大概2～3年后接地模塊開始失效，接地電阻值反彈[12]。使用降阻劑和接地模塊的成本較大,4根接地極所使用的降阻劑和接地模塊需增加成本約2 000元。

而在充分利用各類鋼筋混凝土基礎并敷設較深接地極后能使接地電阻值<4 Ω，且可省去約20 t降阻劑和接地模塊。

3 結論

接地系統廣泛應用于油氣田各類工程中，對設備和人身安全以及設備的正常運行起著至關重要的作用。近年來，很多國內外標準推薦采用共用接地系統，在高電阻率的環境下，選用聯合接地系統作為接地方式，并在此基礎上進一步優化形成改良式聯合接地系統，接地效果甚佳。在塔中Ⅰ號油氣處理廠接地工程建設中，利用外引式接地裝置克服沙漠地區土壤干燥、濕度小的問題；同時采用大面積建(構)筑物基礎群接地的方式，通過增大接地體接觸面積和深度形成聯合式接地系統。這種聯合式接地系統滿足工程對較低接地電阻的需求，對沙漠干旱地區的接地安裝方式具有一定的參考價值。

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2015-02-20

張 力(1982-)，男，湖南常德人，工程師，學士，主要從事油氣田地面建設工程質量監督工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.06.018