石油鉆井井場電器設備保護接地分析

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備保護接地分析

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備保護接地的使用形式以及對存在的問題進行分析，并針對問題提出可行性措施建議。

關鍵詞：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、高風險行業，存在野外作業、點多、面廣、搬遷移動頻繁、電器設備多、工藝復雜等特點。伴隨著設備的更新改造，自動化程度也逐步提高，井場電器設備越來越多，由于石油鉆井作業的特殊性，石油鉆井井場電器設備保護接地可靠性、安全性顯得更加突出。由于鉆機類型多種多樣，電器設備配置也不盡相同，盡管現在需要保護接地的電器設備在施工中也進行了接地，國家、行業也制訂了相關標準，但由于管理方面和資金投入方面的原因，造成保護接地方式散而亂，許多接地方式可靠性差、標準低，電器設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備的保護接地形式及存在的一些問題進行分析和探討，并提出相應的措施建議，以提高石油鉆井井場電器設備保護接地可靠性和標準化水平。

1　石油鉆井井場電器設備保護接地形式

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

現場的TT接地系統，電源側中性點在總配電室進行系統接地，所有電器設備外殼單獨接地，活動板房及所有的金屬構架均單獨接地，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接地系統優缺點分析

（1）TT接地系統優點。井場施工用電設備大部分露天工作，工作條件環境惡劣，其中大負荷動力設備較多。在線路老化、振動，環境潮濕等各種原因下容易發生漏電情況。目前，鉆井井場低壓系統保護接地通常采用TT系統，即系統中性點有一點直接接地，電器裝置的外殼分別進行保護接地，其他裝置設備再次進行保護接地，當系統內發生接地故障時，故障電流通過系統接地和保護接地兩個接地電阻，根據串聯分壓原理，故障設備對地電壓僅為相電壓的一部分，降低了觸電危險，在設備外殼漏電后通過保護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，所以分擔的電壓很小不致形成危害生命的電壓。

同時TT系統內，當某一電器裝置發生接地故障時，其故障電壓不會像TN系統那樣沿PE線在電器裝置間傳導，不會發生一裝置的故障在另一裝置內引發電擊事故，這是TT系統優于TN系統處。

（2）TT接地系統缺點：TT系統的主要缺點是當某設備發生絕緣擊穿漏電時，接地故障電流因保護接地電阻和系統接地電阻的限制，故障電流值不大，不足以使保護開關及時斷開，切除故障設備，從而使接地故障長時間存在。在復雜的井場環境中，工作人員有可能觸及帶電設備外殼或金屬構架，發生電擊事故。

另外，TT系統內承受的過電壓較TN系統大，當過電壓串入系統中時，設備外殼與大地為零電位，電器設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境來看，采用一對一接地法，所有用電設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度，雷雨天氣易發生絕緣擊穿事故，危及人身及設備安全。在實際生產中很多職工對如何接地存在誤區，甚至有人認為只有做到每個用電設備都有單獨的接地極才是標準的，至于在什么地方入地并不重視。另外按照國家標準《GB14050－2008系統接地的形式及安全技術要求》的規定TT系統要和漏電保護器配合才能達到有效地保護水平，而為了保障鉆井設備的供電可靠性，不能在動力回路安裝漏電保護器，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。接地電阻與接地環境土壤電阻率有直接的關系，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接地極來看，在鉆井井場電阻率難以達到接地電阻不大于4歐姆的標準。接地電阻阻值需要土壤酸堿度大、潮濕環境下保證，但這種環境下鐵質接地極很快銹蝕，難以獲得良好接地保護。此外接地極數量過多，給日常維護帶來不便，易引起地線接線柱與下引線的接觸不良，在設備發生漏電向大地泄電過程中產生電火花，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接地的形式分析，結合石油鉆井施工環境特點，建議使用TN-S系統。（圖2）

接線特點是電源中性點直接接地，用電設備外殼、電纜橋架、所有的金屬構架與專用保護零線PE線相接，保護PE線與工作零線N分開設置。

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

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

（2）逐步改進井場接地保護型式，沒有MCC房的井場增設MCC房，井場電器控制系統集中到MCC房，所有區域照明、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房內設母聯柜，主發電機、輔發電機、網電切換裝置實現互鎖（圖3）。

（3）建立和規范井場接地網及等電位聯結（圖4）。具體實施方法是在井場分別裝設兩組三腿接地極，接地電阻≤4Ω，并通過接地干線聯接成接地網，電源處引出的保護PE線直接與接地干線可靠連接，所有現場金屬構架全部與接地干線可靠連接，同時實現等電位聯結，各臺直接安裝在金屬構架上的電器設備不再單獨連接接地線（根據GB50169-2006接地裝置施工及驗收規范）。

此法的優點：一是實現了可靠地接地保護，各電器設備和金屬構架、電纜橋架與接地干線直接連接，當發生接地故障時，故障電流通過接地干線形成零相短路，促使前端保護開關立即跳閘，切除故障設備，具有優良的保護性能；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備和金屬構架全部實現等電位聯接，當發生雷擊和電器故障時，工作人員站在平臺上工作，處于等電位環境，有效減輕觸電危害程度，具有較高的安全性能。

4　結論

鉆井井場配電系統現在主要采用的是TT接地系統，多點接地對現場的土壤電阻率、安裝空間等客觀條件要求較高，接地電阻值難以滿足標準要求，施工安裝難度較大，保護性能不夠完善，安裝不標準不規范的情況時有發生，而且大量的接地極給日常管理和維護帶來困難，具有一定的安全隱患，所以通過采用TN-S系統接地型式，規范鉆井井場接地安裝方式，實現井場接地系統的標準化，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用價值。

參考文獻：

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