石化項目中高土壤電阻率地區降阻措施

王予東 何 斌 凌 歡

（1.新捷股份城市燃氣有限公司，烏魯木齊 830011；2.成都桑萊特科技股份有限公司，成都 610045）

石油化工中的接地系統是維護石化項目安全可靠運行、保障運行人員安全和保護重要設備的安全的重要措施。石化系統發生接地短路故障或其它大電流入地時，如果接地電阻值比較大，就會造成接地網電位異常升高；如果接地網設計不合理，還會造成接地系統本身局部電位差超過安全值。致使高壓串入監控、控制設備等，造成嚴重的經濟損失和人員安全損害。

石油化工是我國發展國民經濟的支柱產業之一，現今越來越多的石化項目新建，都對接地系統提出了較高的要求，其中較多設施是建設在高土壤電阻率的多巖地區，從而在高土壤電阻率地區，怎樣在有限的地網面積上做好接地系統、達到設計要求、保證運行安全，成為設計與運行部門非常關注問題。

1 接地故障對石化項目危害

雷電流的危害：①雷電引起的接觸電壓與跨步電壓使運行人員受到傷害，以致死亡；②由于雷電流引起的機械、熱、化學或爆炸等效應對建筑物及其內部物體造成損害，這種物理損害的蔓延甚至還會影響環境，造成污染；③雷電電磁脈沖可導致建筑物內部電氣和電子系統出現故障。

故障電流的危害：故障電流對低壓電氣設備造成短路，以至破壞電氣設備的安全性，甚至損壞電氣設備。

靜電的危害：靜電的產生可以對爆炸、火災危險場所內可能產生靜電危險的設備和管道；可燃液體、氣體等管道、設備、建筑物、構筑物的金屬構件等產生爆炸危害。

2 高土壤電阻率條件下降低接地電阻分析

在高土壤電阻率地區，接地電阻一般很難達到要求，但為了降低接地裝置的接地電阻，保證石化系統的安全可靠運行，人們采取水平與垂直地網共同構成的三維網絡來實現降阻。

水平接地極主邊緣閉合的復合接地網的接地電阻計算公式為

式中，Rn為任意形狀邊緣閉合接地網的接地電阻，Ω；Re為等值（即等面積、等水平接地極總長度）方形接地網的接地電阻，Ω；S接地網的總面積，m2；d為水平接地極的直徑或等效直徑，m；h為水平接地極的埋設深度，m；L0為接地網的外緣邊線總長度，m；L為水平接地極的總長度，m。

根據此計算公式可推：地網面積S與水平接地電阻Rn成反比，S越小Rn越大，S越大Rn越小。

外延射線水平接地極的接地電阻計算公式為

式中，A為水平接地極的形狀系數。

表1

通過此計算公式可推：外延射線水平接地極形狀系數為一字時接地電阻最小，且Rh與L成反比，L越小Rh越大，L越大Rh越小。

新型材料垂直接地極的接地電阻計算公式為

式中，K為土壤調節系數。

通過此計算公式可推：新型材料垂直接地極的接地電阻值與接地極長度 L與接地極等效直徑相關，隨著L與D的增大R越小，L與D的減小R增大。

在對接地網接地電阻計算分析中，我們可以通過如下幾個方面來降低接地網接地電阻。

1）在地下較深處的土壤為低土壤電阻率時，可采用井式或者深鉆式深埋接地體。

2）當該項目附近有較低電阻率的土壤時，征地比較方便，可采用敷設引外接地網或者向外延伸接地體。

3）接地體直接與土壤接觸一般為剛性接觸，可在接地體周圍填充電阻率較低的物質或壓力灌注降阻劑等以改善土壤傳導性能和降低其接觸電阻。

4）采用新型接地裝置，如電解離子接地體。

5）敷設水下接地網，當利用自然接地體和引外接地裝置時，應采用不少于兩根導體在不同地點與接地網相連接。

6）采用多層地網接地措施。

7）采用擴大地網面積的方法。

針對不同地區、不同情況下的項目，只有采用相適宜的方法并且各種降低接地電阻措施不是相互獨立的，只有相互之間互相配合，才能獲得較好的效果。

3 工程實例

在某調壓加氣站降低接地電阻項目中，該站土壤電阻率為 4744.18Ω·m，接地電阻要求為 4Ω，地網長為78m，寬為77m，采用常規降阻方法敷設水平接地網并敷設低電阻率物質、在重要設備周圍埋設鋼管泄放電流，可實現降阻為13.94Ω，與實際要求接地電阻值 4Ω相差甚遠，通過分析，可知調壓加氣站外有一條長為100m的管道線，從而考慮沿著管道線敷設一條長為100m的外延射線，接地電阻降低為11.68Ω，還是未能滿足接地要求，在此情況下，考慮采用深井式深埋接地體或者采用新型接地裝置。從地勘報告可以得知，4m以下的土壤電阻率明顯偏高，采用深埋接地體對降低單體接地電阻效果不大，從而考慮使用新型接地材料離子接地體，通過計算并考慮地網實際大小，在接地網最外圈地網與外延射線上敷設53套3m離子接地體，計算得到接地電阻為3.9Ω，實際測得結果與計算值基本吻合，滿足接地要求，說明采用通過1）、2）、3）、4）種降阻方法在該項目中降低接地電阻值是有效的。

表2 采取各降阻措施后接地電阻降低情況

圖1 接地網示意圖

4 結論

本文分析了高土壤電阻率地區下石化項目中降低接地電阻的不同方法，通過理論分析與工程實例結合可以看到：敷設電阻率較低的物質、外延射線、采用新型接地材料離子接地體等方法能有效的降低地網接地電阻。通過實例知道各種降阻措施不是孤立的，在使用過程中需要相互配合，才能獲得較好的降阻效果。

[1] 李景祿,鄭瑞臣.關于接地工程中若干問題的分析與探討[J].高電壓技術, 2006(6)：36-38.

[2] 李景祿,等.關于大中型接地網降阻措施的經驗[J].高電壓技術, 2002, 28(9)：55-56.