油田修井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)低壓配電保護(hù)模式探討

摘 要：在油田修井作業(yè)工程中，伴隨著設(shè)備的更新改造，井場(chǎng)電氣設(shè)備大量增加，保障油田修井作業(yè)井場(chǎng)用電安全成為一項(xiàng)重要工作。本文通過(guò)對(duì)油田修井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的低壓配電現(xiàn)狀進(jìn)行分析，針對(duì)問(wèn)題提出了規(guī)范配電保護(hù)模式的改進(jìn)措施，提高現(xiàn)場(chǎng)用電的安全性。

關(guān)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(yè)施工是一項(xiàng)高投入、高風(fēng)險(xiǎn)工作，存在野外作業(yè)、搬遷頻繁、電氣設(shè)備多、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的油田修井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，主要由施工照明用電和生活用電構(gòu)成，功率較小，近年來(lái)中國(guó)石化把綠色低碳發(fā)展作為企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，網(wǎng)電作業(yè)機(jī)作為綠色低碳設(shè)備，已逐步成為油田作業(yè)生產(chǎn)的主力設(shè)備。

由于修井作業(yè)機(jī)的類型多種多樣，電器設(shè)備配置也不盡相同，各種接地形式均有應(yīng)用，造成作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)配電模式散亂，職工操作困難，對(duì)設(shè)備及人身安全造成一定的安全隱患。

1 油田修井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的低壓配電形式

目前，油田修井作業(yè)井場(chǎng)低壓配電采用兩種保護(hù)模式：IT模式、TT模式，兩種保護(hù)模式各有差異，下面針對(duì)它們的保護(hù)性能進(jìn)行分析。

1.1 TT配電模式

以柴油機(jī)為主動(dòng)力的作業(yè)設(shè)備和部分網(wǎng)電作業(yè)機(jī)采用TT模式進(jìn)行配電，該種設(shè)備自帶配電變壓器，輸出電壓220V/380V，原邊接入電網(wǎng)。TT系統(tǒng)配電模式是變壓器中性點(diǎn)直接接地，電器設(shè)備全部采用保護(hù)接地，即金屬外殼通過(guò)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(hù)原理為：在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流較大，可使漏電保護(hù)器等保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，切除接地故障；當(dāng)發(fā)生單相碰殼漏電時(shí)，由于保護(hù)接地裝置的電阻小于人體的電阻（一般為2000Ω左右），當(dāng)人接觸故障設(shè)備金屬外殼時(shí)，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(hù)作用。

1.2 IT配電模式

小噸位網(wǎng)電作業(yè)設(shè)備因電機(jī)功率小，多直接接在油井變壓器上使用，由于油井配電系統(tǒng)大多采用IT配電系統(tǒng)，因此，該部分網(wǎng)電作業(yè)機(jī)采用IT配電模式，且額定電壓為660V。

IT配電模式接線特點(diǎn)是變壓器中性點(diǎn)不接地，用電設(shè)備外殼及金屬構(gòu)架全部采用保護(hù)接地，即金屬外殼及構(gòu)架通過(guò)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(hù)原理為：在IT配電系統(tǒng)中，由于設(shè)備與大地沒有直接的電聯(lián)系，當(dāng)發(fā)生單相接地或發(fā)生單相碰殼漏電時(shí)，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(huì)威脅到設(shè)備和人身的安全，可持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)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(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 TT配電模式的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）TT配電模式優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流通過(guò)系統(tǒng)接地和保護(hù)接地兩個(gè)接地電阻，故障設(shè)備外殼對(duì)地電壓僅為相電壓的一部分，降低了人員觸電危險(xiǎn)。

同時(shí)TT配電系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)某一電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，其故障電壓不會(huì)像TN系統(tǒng)那樣沿PE線在電氣設(shè)備間傳導(dǎo)，這是TT配電系統(tǒng)優(yōu)于TN配電系統(tǒng)之處。

（2）TT配電模式的缺點(diǎn)：TT配電系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是當(dāng)某電氣設(shè)備發(fā)生絕緣擊穿漏電時(shí)，接地故障電流因保護(hù)接地電阻和系統(tǒng)工作接地電阻的限制，故障電流值較小，不足以使開關(guān)及時(shí)斷開，切除故障設(shè)備，只能依靠漏電保護(hù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)，但當(dāng)漏電保護(hù)器失效時(shí)，則無(wú)法切除故障設(shè)備，增加了人身觸電危險(xiǎn)性。例如，在220/380V配電中，如果系統(tǒng)接地電阻與保護(hù)接地電阻都為4Ω時(shí)，則接地故障電流只有27.5A，線路中的過(guò)電流保護(hù)裝置無(wú)法跳閘，從而使系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行。在復(fù)雜的井場(chǎng)環(huán)境中，工作人員有可能觸及帶電設(shè)備外殼，發(fā)生觸電事故。

另外，TT配電系統(tǒng)內(nèi)當(dāng)有過(guò)電壓串入系統(tǒng)中時(shí)，設(shè)備外殼與大地同為零電位，電氣設(shè)備的帶電部分和外殼之間將承受此過(guò)電壓，使絕緣擊穿的危險(xiǎn)增大。

2.2 T配電模式的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）IT配電模式的優(yōu)點(diǎn)：該系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)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(diǎn)：該系統(tǒng)只適合三相負(fù)載，不適合單相負(fù)載，而且系統(tǒng)中必須裝設(shè)對(duì)地絕緣監(jiān)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(tǒng)中，當(dāng)某相線接地后，其它相線對(duì)地電壓升高到倍，此時(shí)將增加觸電的危害程度和設(shè)備的承受電壓。

在線路較長(zhǎng)或絕緣水平降低的情況下，當(dāng)發(fā)生單相碰殼漏電故障時(shí)，有可能造成觸電危險(xiǎn)，將失去理想狀態(tài)下的安全性能，因此對(duì)設(shè)備及線路的維護(hù)水平要求較高，現(xiàn)場(chǎng)職工的工作量較大。

3 低壓配電模式的改進(jìn)措施

作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備工作條件惡劣，搬遷頻繁，線路老化、振動(dòng)、環(huán)境潮濕等各種原因下容易發(fā)生絕緣破壞的情況，作業(yè)時(shí)間一般為2～7天，使用場(chǎng)合應(yīng)屬于臨時(shí)用電的范疇，所以為了適應(yīng)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，且根據(jù)《中國(guó)石化臨時(shí)用電作業(yè)安全管理規(guī)定》和《JGJ46施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》，臨時(shí)用電場(chǎng)所必須采用TN-S配電系統(tǒng)，因此我們?cè)谛蘧鳂I(yè)現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用了TN-S配電保護(hù)模式。

3.1 TN-S配電保護(hù)模式

TN-S配電保護(hù)模式特點(diǎn)是，配電變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，網(wǎng)電作業(yè)機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備外殼、金屬構(gòu)架與專用保護(hù)零線PE線相接，把工作零線 N 和專用保護(hù)線 PE 分別設(shè)置，其系統(tǒng)接線原理見圖3。

其原理是：當(dāng)發(fā)生漏電故障時(shí)，接地故障電流經(jīng)PE線，直接形成零相短路電流，其值很大，能使電源開關(guān)的過(guò)流保護(hù)裝置立即跳閘，切除故障，有效的保護(hù)人身安全和避免故障擴(kuò)散。

3.2 TN-S配電保護(hù)模式的優(yōu)點(diǎn)

由于TN-S模式中性線N與保護(hù)線PE除在變壓器中性點(diǎn)處共同接地外，其他部分均為單獨(dú)設(shè)置，PE線不通過(guò)工作電流，不會(huì)產(chǎn)生不平衡電壓，其電位接近地電位，只在發(fā)生接地故障時(shí)通過(guò)故障電流，因此PE線在任何時(shí)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，相比TT系統(tǒng)具有較高的安全性。

電源開關(guān)具備過(guò)流保護(hù)功能和漏電保護(hù)功能，對(duì)接地故障、短路故障和人身觸電進(jìn)行全方位保護(hù)，切斷電源動(dòng)作迅速，安全可靠。

TT模式改為TN-S模式也較為簡(jiǎn)單，PE線采用黃綠雙色專用地線，現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)對(duì)PE線和N線區(qū)別明顯，功能清晰，便于職工操作。

TN-S配電模式的缺點(diǎn)是較TT模式多一根共用PE線，相比投資稍有增加。

3.3 改進(jìn)措施

（1）在配電變壓器處設(shè)置工作接地一組，接地電阻值≤4Ω，在修井作業(yè)機(jī)處安裝接地極兩根，避免震動(dòng)造成接地松脫，接地電阻≤4Ω，用專用PE線連接變壓器中性點(diǎn)、系統(tǒng)接地極和作業(yè)車接地極，各電氣設(shè)備外殼和作業(yè)車體與接地干線進(jìn)行可靠的電氣連接，完善TN-S保護(hù)模式的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了井場(chǎng)上的電氣設(shè)備和金屬構(gòu)架的等電位聯(lián)接，當(dāng)發(fā)生雷擊和電氣故障時(shí)，工作人員站在平臺(tái)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。

（2）對(duì)于以柴油機(jī)為主動(dòng)力的作業(yè)設(shè)備，用電負(fù)荷較少，主要是生活用電和現(xiàn)場(chǎng)照明，因此配電變壓器容量小，且為單相變壓器，改造時(shí)將低壓?jiǎn)蜗嗬@組的一端直接接地，并引出工作零線N和保護(hù)零線PE，與相線L共同構(gòu)成一火一零一保護(hù)的單相TN-S配電模式。

（3）小噸位網(wǎng)電作業(yè)設(shè)備采用660V的IT配電模式，在《JGJ46施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》中并未對(duì)660V中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)作出規(guī)定，因此暫不更改。

（4）作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)箱以及配電變壓器側(cè)的總配電箱設(shè)置兩級(jí)漏電保護(hù)器，在末級(jí)開關(guān)箱內(nèi)的漏電保護(hù)器，其額定剩余動(dòng)作電流不大于30mA，額定漏電動(dòng)作時(shí)間應(yīng)不大于0.1S；總配電箱內(nèi)的漏電保護(hù)器額定剩余動(dòng)作電流應(yīng)大于30mA，額定漏電動(dòng)作時(shí)間大于0.1S。在總開關(guān)的電源側(cè)裝設(shè)隔離開關(guān)，保證檢修安全。

4 結(jié)論

油田修井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的配電保護(hù)模式直接影響到施工作業(yè)和工作人員的人身安全，隨著新型電驅(qū)作業(yè)設(shè)備的應(yīng)用，用電功率不斷增大，電氣安全問(wèn)題更加突出，采用TN-S配電保護(hù)模式，規(guī)范油田修井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)接地安裝方式和漏電保護(hù)措施，不但符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，且實(shí)現(xiàn)了井場(chǎng)臨時(shí)用電的標(biāo)準(zhǔn)化，提高安全防護(hù)水平和施工效率，便于職工操作和維護(hù)，在油田修井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有很好的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)[M].中國(guó)電力出版社 ，2013.

[2]沈陽(yáng)建筑大學(xué).JGJ46施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

作者簡(jiǎn)介：李東波（1970-），男，高級(jí)技師，主要從事油田電力設(shè)備維護(hù)工作。