油田修井作業現場低壓配電保護模式探討

摘 要：在油田修井作業工程中，伴隨著設備的更新改造，井場電氣設備大量增加，保障油田修井作業井場用電安全成為一項重要工作。本文通過對油田修井作業現場的低壓配電現狀進行分析，針對問題提出了規范配電保護模式的改進措施，提高現場用電的安全性。

關鍵詞：油田；低壓配電；安全；措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.150

0 引言

油田修井作業施工是一項高投入、高風險工作，存在野外作業、搬遷頻繁、電氣設備多、工藝復雜等特點。傳統的油田修井作業現場，主要由施工照明用電和生活用電構成，功率較小，近年來中國石化把綠色低碳發展作為企業的發展戰略，網電作業機作為綠色低碳設備，已逐步成為油田作業生產的主力設備。

由于修井作業機的類型多種多樣，電器設備配置也不盡相同，各種接地形式均有應用，造成作業現場配電模式散亂，職工操作困難，對設備及人身安全造成一定的安全隱患。

1 油田修井作業現場的低壓配電形式

目前，油田修井作業井場低壓配電采用兩種保護模式：IT模式、TT模式，兩種保護模式各有差異，下面針對它們的保護性能進行分析。

1.1 TT配電模式

以柴油機為主動力的作業設備和部分網電作業機采用TT模式進行配電，該種設備自帶配電變壓器，輸出電壓220V/380V，原邊接入電網。TT系統配電模式是變壓器中性點直接接地，電器設備全部采用保護接地，即金屬外殼通過接地體、接地線與大地做電氣連接，TT模式接線原理圖見圖1。

TT模式的保護原理為：在發生單相接地故障時，故障電流較大，可使漏電保護器等保護裝置迅速動作，切除接地故障；當發生單相碰殼漏電時，由于保護接地裝置的電阻小于人體的電阻（一般為2000Ω左右），當人接觸故障設備金屬外殼時，大部分的電流分流到接地裝置，降低了人體的接觸電壓，從而起到一定的保護作用。

1.2 IT配電模式

小噸位網電作業設備因電機功率小，多直接接在油井變壓器上使用，由于油井配電系統大多采用IT配電系統，因此，該部分網電作業機采用IT配電模式，且額定電壓為660V。

IT配電模式接線特點是變壓器中性點不接地，用電設備外殼及金屬構架全部采用保護接地，即金屬外殼及構架通過接地體與大地直接相連， IT模式原理見圖2。

IT配電模式的主要保護原理為：在IT配電系統中，由于設備與大地沒有直接的電聯系，當發生單相接地或發生單相碰殼漏電時，故障回路只包含接地阻抗、線路阻抗和分布電容，一般情況下形成的故障電流非常小，不會威脅到設備和人身的安全，可持續運行一段時間，供電可靠性高，理論上具有較高的安全性。

2 TT、IT配電模式優缺點分析

2.1 TT配電模式的優缺點

（1）TT配電模式優點：當發生接地故障時，故障電流通過系統接地和保護接地兩個接地電阻，故障設備外殼對地電壓僅為相電壓的一部分，降低了人員觸電危險。

同時TT配電系統內，當某一電氣設備發生接地故障時，其故障電壓不會像TN系統那樣沿PE線在電氣設備間傳導，這是TT配電系統優于TN配電系統之處。

（2）TT配電模式的缺點：TT配電系統的主要缺點是當某電氣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工作接地電阻的限制，故障電流值較小，不足以使開關及時斷開，切除故障設備，只能依靠漏電保護器來實現接地保護，但當漏電保護器失效時，則無法切除故障設備，增加了人身觸電危險性。例如，在220/380V配電中，如果系統接地電阻與保護接地電阻都為4Ω時，則接地故障電流只有27.5A，線路中的過電流保護裝置無法跳閘，從而使系統長時間帶故障運行。在復雜的井場環境中，工作人員有可能觸及帶電設備外殼，發生觸電事故。

另外，TT配電系統內當有過電壓串入系統中時，設備外殼與大地同為零電位，電氣設備的帶電部分和外殼之間將承受此過電壓，使絕緣擊穿的危險增大。

2.2 T配電模式的優缺點

（1）IT配電模式的優點：該系統主要優點是供電可靠性高，當發生單相接地故障時，可繼續運行一段時間；在絕緣良好、線路較短的情況下，理論上具有較高的安全性。

（2）IT配電模式的缺點：該系統只適合三相負載，不適合單相負載，而且系統中必須裝設對地絕緣監視裝置，接線使用禁忌較多，職工操作維修困難較大。

在IT配電系統中，當某相線接地后，其它相線對地電壓升高到倍，此時將增加觸電的危害程度和設備的承受電壓。

在線路較長或絕緣水平降低的情況下，當發生單相碰殼漏電故障時，有可能造成觸電危險，將失去理想狀態下的安全性能，因此對設備及線路的維護水平要求較高，現場職工的工作量較大。

3 低壓配電模式的改進措施

作業現場用電設備工作條件惡劣，搬遷頻繁，線路老化、振動、環境潮濕等各種原因下容易發生絕緣破壞的情況，作業時間一般為2～7天，使用場合應屬于臨時用電的范疇，所以為了適應作業現場的惡劣環境，且根據《中國石化臨時用電作業安全管理規定》和《JGJ46施工現場臨時用電安全技術規范》，臨時用電場所必須采用TN-S配電系統，因此我們在修井作業現場推廣應用了TN-S配電保護模式。

3.1 TN-S配電保護模式

TN-S配電保護模式特點是，配電變壓器低壓側中性點直接接地，網電作業機及現場用電設備外殼、金屬構架與專用保護零線PE線相接，把工作零線 N 和專用保護線 PE 分別設置，其系統接線原理見圖3。

其原理是：當發生漏電故障時，接地故障電流經PE線，直接形成零相短路電流，其值很大，能使電源開關的過流保護裝置立即跳閘，切除故障，有效的保護人身安全和避免故障擴散。

3.2 TN-S配電保護模式的優點

由于TN-S模式中性線N與保護線PE除在變壓器中性點處共同接地外，其他部分均為單獨設置，PE線不通過工作電流，不會產生不平衡電壓，其電位接近地電位，只在發生接地故障時通過故障電流，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，相比TT系統具有較高的安全性。

電源開關具備過流保護功能和漏電保護功能，對接地故障、短路故障和人身觸電進行全方位保護，切斷電源動作迅速，安全可靠。

TT模式改為TN-S模式也較為簡單，PE線采用黃綠雙色專用地線，現場操作時對PE線和N線區別明顯，功能清晰，便于職工操作。

TN-S配電模式的缺點是較TT模式多一根共用PE線，相比投資稍有增加。

3.3 改進措施

（1）在配電變壓器處設置工作接地一組，接地電阻值≤4Ω，在修井作業機處安裝接地極兩根，避免震動造成接地松脫，接地電阻≤4Ω，用專用PE線連接變壓器中性點、系統接地極和作業車接地極，各電氣設備外殼和作業車體與接地干線進行可靠的電氣連接，完善TN-S保護模式的同時，實現了井場上的電氣設備和金屬構架的等電位聯接，當發生雷擊和電氣故障時，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。

（2）對于以柴油機為主動力的作業設備，用電負荷較少，主要是生活用電和現場照明，因此配電變壓器容量小，且為單相變壓器，改造時將低壓單相繞組的一端直接接地，并引出工作零線N和保護零線PE，與相線L共同構成一火一零一保護的單相TN-S配電模式。

（3）小噸位網電作業設備采用660V的IT配電模式，在《JGJ46施工現場臨時用電安全技術規范》中并未對660V中性點不接地的系統作出規定，因此暫不更改。

（4）作業現場開關箱以及配電變壓器側的總配電箱設置兩級漏電保護器，在末級開關箱內的漏電保護器，其額定剩余動作電流不大于30mA，額定漏電動作時間應不大于0.1S；總配電箱內的漏電保護器額定剩余動作電流應大于30mA，額定漏電動作時間大于0.1S。在總開關的電源側裝設隔離開關，保證檢修安全。

4 結論

油田修井作業現場的配電保護模式直接影響到施工作業和工作人員的人身安全，隨著新型電驅作業設備的應用，用電功率不斷增大，電氣安全問題更加突出，采用TN-S配電保護模式，規范油田修井作業現場接地安裝方式和漏電保護措施，不但符合標準規定，且實現了井場臨時用電的標準化，提高安全防護水平和施工效率，便于職工操作和維護，在油田修井作業現場具有很好的推廣價值。

參考文獻：

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

[2]沈陽建筑大學.JGJ46施工現場臨時用電安全技術規范[M].中國建筑工業出版社，2005.

作者簡介：李東波（1970-），男，高級技師，主要從事油田電力設備維護工作。