石油鉆井井場電器設(shè)備保護(hù)接地分析

王洪臣,李東波（.勝利石油工程公司渤海鉆井一公司,山東　東營5737; .勝利油田分公司勝利采油廠水電訊大隊,山東　東營　5705）

石油鉆井井場電器設(shè)備保護(hù)接地分析

王洪臣1,李東波2
（1.勝利石油工程公司渤海鉆井一公司,山東東營257237; 2.勝利油田分公司勝利采油廠水電訊大隊,山東東營257051）

摘要：本文主要簡述石油鉆井井場電器設(shè)備保護(hù)接地的使用形式以及對存在的問題進(jìn)行分析，并針對問題提出可行性措施建議。

關(guān)鍵詞：接地形式存在問題；分析；措施建議

0　引言

石油鉆井是一項高投入、高風(fēng)險行業(yè)，存在野外作業(yè)、點多、面廣、搬遷移動頻繁、電器設(shè)備多、工藝復(fù)雜等特點。伴隨著設(shè)備的更新改造，自動化程度也逐步提高，井場電器設(shè)備越來越多，由于石油鉆井作業(yè)的特殊性，石油鉆井井場電器設(shè)備保護(hù)接地可靠性、安全性顯得更加突出。由于鉆機類型多種多樣，電器設(shè)備配置也不盡相同，盡管現(xiàn)在需要保護(hù)接地的電器設(shè)備在施工中也進(jìn)行了接地，國家、行業(yè)也制訂了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但由于管理方面和資金投入方面的原因，造成保護(hù)接地方式散而亂，許多接地方式可靠性差、標(biāo)準(zhǔn)低，電器設(shè)備長期安全可靠的運行和人身安全存在一定的安全隱患。本文針對目前石油鉆井井場電器設(shè)備的保護(hù)接地形式及存在的一些問題進(jìn)行分析和探討，并提出相應(yīng)的措施建議，以提高石油鉆井井場電器設(shè)備保護(hù)接地可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化水平。

1　石油鉆井井場電器設(shè)備保護(hù)接地形式

目前，石油鉆井井場用電區(qū)域主要包括生活區(qū)和動力區(qū)域，生活區(qū)域的用電電器主要是生活和照明用電，動力區(qū)域的用電電器及設(shè)備主要是三相異步電動機和鉆井井架照明電器用電。電器及設(shè)備保護(hù)接地主要采用獨立接地的TT系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

現(xiàn)場的TT接地系統(tǒng)，電源側(cè)中性點在總配電室進(jìn)行系統(tǒng)接地，所有電器設(shè)備外殼單獨接地，活動板房及所有的金屬構(gòu)架均單獨接地，為此井隊搬家后，需要安裝近200根接地極和接地線，如圖1所示。

2　TT接地系統(tǒng)優(yōu)缺點分析

（1）TT接地系統(tǒng)優(yōu)點。井場施工用電設(shè)備大部分露天工作，工作條件環(huán)境惡劣，其中大負(fù)荷動力設(shè)備較多。在線路老化、振動，環(huán)境潮濕等各種原因下容易發(fā)生漏電情況。目前，鉆井井場低壓系統(tǒng)保護(hù)接地通常采用TT系統(tǒng)，即系統(tǒng)中性點有一點直接接地，電器裝置的外殼分別進(jìn)行保護(hù)接地，其他裝置設(shè)備再次進(jìn)行保護(hù)接地，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生接地故障時，故障電流通過系統(tǒng)接地和保護(hù)接地兩個接地電阻，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，故障設(shè)備對地電壓僅為相電壓的一部分，降低了觸電危險，在設(shè)備外殼漏電后通過保護(hù)接地地線使之與接地點處的大地電位接近，如果人站在此處觸及用電設(shè)備外殼，由于接地點距人的落腳點距離很近電阻較小，外殼與接地點之間有接地線連接，所以分擔(dān)的電壓很小不致形成危害生命的電壓。

同時TT系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)某一電器裝置發(fā)生接地故障時，其故障電壓不會像TN系統(tǒng)那樣沿PE線在電器裝置間傳導(dǎo)，不會發(fā)生一裝置的故障在另一裝置內(nèi)引發(fā)電擊事故，這是TT系統(tǒng)優(yōu)于TN系統(tǒng)處。

（2）TT接地系統(tǒng)缺點：TT系統(tǒng)的主要缺點是當(dāng)某設(shè)備發(fā)生絕緣擊穿漏電時，接地故障電流因保護(hù)接地電阻和系統(tǒng)接地電阻的限制，故障電流值不大，不足以使保護(hù)開關(guān)及時斷開，切除故障設(shè)備，從而使接地故障長時間存在。在復(fù)雜的井場環(huán)境中，工作人員有可能觸及帶電設(shè)備外殼或金屬構(gòu)架，發(fā)生電擊事故。

另外，TT系統(tǒng)內(nèi)承受的過電壓較TN系統(tǒng)大，當(dāng)過電壓串入系統(tǒng)中時，設(shè)備外殼與大地為零電位，電器設(shè)備的線路和外殼之間將承受此過電壓，絕緣擊穿的危險較大。

（3）從目前井隊的施工環(huán)境來看，采用一對一接地法，所有用電設(shè)備加之配電防爆控制箱，整個井場大約要用近二百根地線，使用大量的接地極和導(dǎo)線，按要求每根接地極打入地面以下2.5米深，接地安裝工作難度很大，時間長，對于淺井井隊影響搬家施工進(jìn)度，雷雨天氣易發(fā)生絕緣擊穿事故，危及人身及設(shè)備安全。在實際生產(chǎn)中很多職工對如何接地存在誤區(qū)，甚至有人認(rèn)為只有做到每個用電設(shè)備都有單獨的接地極才是標(biāo)準(zhǔn)的，至于在什么地方入地并不重視。另外按照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB14050－2008系統(tǒng)接地的形式及安全技術(shù)要求》的規(guī)定TT系統(tǒng)要和漏電保護(hù)器配合才能達(dá)到有效地保護(hù)水平，而為了保障鉆井設(shè)備的供電可靠性，不能在動力回路安裝漏電保護(hù)器，因此在防止電擊的措施方面存在一定缺失。

（4）接地電阻值難以保證且影響到安全防爆。接地電阻與接地環(huán)境土壤電阻率有直接的關(guān)系，土壤電阻率受其所含的水分，酸堿度影響較大，從目前井隊普遍使用的鐵質(zhì)接地極來看，在鉆井井場電阻率難以達(dá)到接地電阻不大于4歐姆的標(biāo)準(zhǔn)。接地電阻阻值需要土壤酸堿度大、潮濕環(huán)境下保證，但這種環(huán)境下鐵質(zhì)接地極很快銹蝕，難以獲得良好接地保護(hù)。此外接地極數(shù)量過多，給日常維護(hù)帶來不便，易引起地線接線柱與下引線的接觸不良，在設(shè)備發(fā)生漏電向大地泄電過程中產(chǎn)生電火花，影響到井場的安全防爆。

3　措施建議

（1）通過對石油鉆井井場保護(hù)接地的形式分析，結(jié)合石油鉆井施工環(huán)境特點，建議使用TN-S系統(tǒng)。（圖2）

接線特點是電源中性點直接接地，用電設(shè)備外殼、電纜橋架、所有的金屬構(gòu)架與專用保護(hù)零線PE線相接，保護(hù)PE線與工作零線N分開設(shè)置。

由于TN-S系統(tǒng)中性線與保護(hù)PE線除在電源中性點處共同接地外，其他部分均為單獨設(shè)置，因此PE線在任何時刻均不帶電，與PE線相連的所有的設(shè)備外殼及構(gòu)架均不帶電，具有較高的安全性。

TN-S系統(tǒng)的N線和PE線是分開的。它的優(yōu)點是當(dāng)電器設(shè)備或線路發(fā)生接地短路故障時，故障電流大，可使電源開關(guān)的電流保護(hù)裝置迅速動作，切斷故障電源。PE線單獨敷設(shè)，在正常情況下沒有電流通過，因此不會對接在PE線上的其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。此外，由于N線與PE線分開，N線斷線也不會影響PE線的保護(hù)作用。該系統(tǒng)多用于對安全可靠性要求較高的場所。

（2）逐步改進(jìn)井場接地保護(hù)型式，沒有MCC房的井場增設(shè)MCC房，井場電器控制系統(tǒng)集中到MCC房，所有區(qū)域照明、動力、控制、通訊接口全部由MCC房出線柜用防爆接插件引出，MCC房內(nèi)設(shè)母聯(lián)柜，主發(fā)電機、輔發(fā)電機、網(wǎng)電切換裝置實現(xiàn)互鎖（圖3）。

（3）建立和規(guī)范井場接地網(wǎng)及等電位聯(lián)結(jié)（圖4）。具體實施方法是在井場分別裝設(shè)兩組三腿接地極，接地電阻≤4Ω，并通過接地干線聯(lián)接成接地網(wǎng)，電源處引出的保護(hù)PE線直接與接地干線可靠連接，所有現(xiàn)場金屬構(gòu)架全部與接地干線可靠連接，同時實現(xiàn)等電位聯(lián)結(jié)，各臺直接安裝在金屬構(gòu)架上的電器設(shè)備不再單獨連接接地線（根據(jù)GB50169-2006接地裝置施工及驗收規(guī)范）。

此法的優(yōu)點：一是實現(xiàn)了可靠地接地保護(hù)，各電器設(shè)備和金屬構(gòu)架、電纜橋架與接地干線直接連接，當(dāng)發(fā)生接地故障時，故障電流通過接地干線形成零相短路，促使前端保護(hù)開關(guān)立即跳閘，切除故障設(shè)備，具有優(yōu)良的保護(hù)性能；二是簡化了井隊搬家后的接地極安裝工作量，接地極由進(jìn)200根減少為6根，在保證接地電阻合格的情況下，工作量大大減少，提高了工作效率；三是通過接地干線將井場上的電器設(shè)備和金屬構(gòu)架全部實現(xiàn)等電位聯(lián)接，當(dāng)發(fā)生雷擊和電器故障時，工作人員站在平臺上工作，處于等電位環(huán)境，有效減輕觸電危害程度，具有較高的安全性能。

4　結(jié)論

鉆井井場配電系統(tǒng)現(xiàn)在主要采用的是TT接地系統(tǒng)，多點接地對現(xiàn)場的土壤電阻率、安裝空間等客觀條件要求較高，接地電阻值難以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，施工安裝難度較大，保護(hù)性能不夠完善，安裝不標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范的情況時有發(fā)生，而且大量的接地極給日常管理和維護(hù)帶來困難，具有一定的安全隱患，所以通過采用TN-S系統(tǒng)接地型式，規(guī)范鉆井井場接地安裝方式，實現(xiàn)井場接地系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化，能夠更好的滿足鉆井井場防電擊、防雷、防爆的要求，提高施工效率，具有較高的安全性和可操作性，在油田鉆井井場具有較好的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王厚余.低壓電器裝置的設(shè)計安裝和檢驗[M].中國電力出版社,2013.