沙漠化地区接地性能改善方法探讨

张 力

中国石油天然气股份有限公司塔里木油田公司， 新疆 库尔勒 841000



沙漠化地区接地性能改善方法探讨

张 力

中国石油天然气股份有限公司塔里木油田公司， 新疆 库尔勒 841000

接地是电气安全技术中最重要的技术措施，关系到设备和人身的安全。接地分为工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地等,正确选择接地方式及合理安装非常重要。良好的接地系统在易燃易爆场所能有效减免火灾、爆炸的发生，保证生产安全。塔中Ⅰ号气田油气处理厂位于沙漠地区，土壤电阻率较高，传统接地方法不能达到预期效果，利用外引式接地装置和大型建(构)筑基础群联合接地则效果明显，满足施工及投产运行的需求，对沙漠干旱地区的接地安装方式有一定的参考价值。

接地系统；混凝土基础；深度；接地性能

0 前言

塔中Ⅰ号气田油气处理厂位于塔里木盆地中部，属塔克拉玛干沙漠区，为极度干旱的大陆性气候。

塔中Ⅰ号气田油气处理厂原设计采用约10 000 m的接地体敷设于全厂，形成一个大的联合接地体来保证接地系统的性能，接地极和接地线大部分位于地下水位较低的地方，接地线远离大型建(构)筑物的深基础，未充分利用地下水较丰富及地下水位较高的地方；同时为改善接地效果，设计要求在每个接地极中使用降阻剂，共计50 t左右。根据以往沙漠地区的施工经验，该设计方案难以达到理想的接地效果，即使施工时达到设计要求，也不能保证油气处理厂长期生产运行的安全。为证明设计方案的接地效果，建设单位、设计单位、监理单位及施工单位共同在厂区内进行了一组接地(3根L 50 mm×5 mm×2 500 mm热镀锌角钢做接地极，直角三角形排列，2直角边接地极间距均6 m，接地极间采用50 mm×5 mm热镀锌扁钢焊接，顶部埋深1.3 m)试验，测量结果显示接地电阻值高达110 Ω，根据四极电测深法计算当地土壤电阻率约3 500 Ω·m；按照设计要求，增加降阻剂再次测量，接地电阻值为25 Ω，远大于设计要求的10 Ω。这是因为沙漠地区土壤干燥、湿度小、土壤电阻率大造成的，湿度和土壤电阻率直接影响接地电阻值[1-2]。

如何有效降低沙漠地区高接地电阻值是接地工程实施前必须解决的一个问题，结合现场勘察情况及类似工程的施工经验，提出了几种降低接地电阻值的方法。

1 降低接地电阻值的方法

1.1 外引式接地装置

根据塔中Ⅰ号气田油气处理厂厂区土方开挖情况，厂区低洼处地表以下3～6 m即可见到潮湿的沙层，将接地极敷设于这一沙层即可保证良好的接地效果。施工单位经过实地勘察后确定了几处低洼处，设置接地装置引向厂区，即采用外引式接地装置[3-4]。选取其中一处低洼处设置一组外引接地装置，实测接地电阻值仅0.2 Ω，普通区接地电阻值与外引式接地装置区接地电阻值测试数据对比见表1。工程设计要求接地电阻值不大于10 Ω，工作接地、安全保护接地、避雷器接地、建筑物的防雷接地共用联合接地网，接地电阻值不大于4 Ω，需要多设置几组外引式接地装置与接地主网等电位连接，以降低接地电阻值，并将接地电流导入大地。

1.2 大面积建(构)筑物基础群接地

混凝土是介于绝缘体和导体之间的一种物质[5]，干燥时是不良导体，电阻率较大，但在施工过程中加入水并储存一部分，成型后结构中密布着很多毛细孔洞，当埋入地下后，潮气通过毛细管作用吸入混凝土中，保持了一定的湿度，就成了导电体，电阻率100～200 Ω·m，这是因为混凝土中的硅酸盐与水形成了导电的盐基性溶液。混凝土湿度对电阻率的影响[6]见图1。

表1 普通区接地电阻值与外引式接地装置区接地电阻值测试数据

图1 混凝土湿度对电阻率的影响

塔中Ⅰ号油气处理厂内大量钢筋混凝土设备基础连接成片，埋深较深，混凝土性质和土壤含水率满足GB 50074-2010《建筑物设计防雷规范》4.3.5条规定，可以利用基础内的钢筋作为接地装置。从现场对比试验来看，在电阻率高的沙漠地区利用埋深较深、数量较多的设备基础是改善接地性能的好方法。塔中Ⅰ号油气处理厂厂区可利用的基础较多，厂区内可利用的建(构)筑物钢筋混凝土基础群统计见表2。

1.2.1 利用集气站基础

集气站的钢筋混凝土基础多，深度5 m，底层钢筋密切相连，基础容积276 m3，本身就是良好的接地体。将人工接地装置与集气站钢筋混凝土基础钢筋连接后，既可以节省材料，又可以达到良好的接地效果。

表2 塔中Ⅰ号油气处理厂建(构)筑物钢筋混凝土基础群统计

1.2.2 利用管廊架基础

管廊架基础贯穿整个厂区，深度3 m。将人工接地装置与管廊架基础连接，可以增强接地效果。

1.2.3 利用地下罐坑基础

地下罐坑处于厂区低洼处，离地下水层较近，地下罐坑深度8.6 m，为整个厂区最深处。将人工接地装置与地下罐坑基础同深度敷设，用接地体引出后与厂内接地相连，可增强接地效果。

1.2.4 利用污水处理装置区基础

污水处理装置区基础最大埋深3 m，基础容积246 m3，离地下水层较近。将人工接地装置与污水处理装置基础同深度敷设，与厂区内接地连接起来后接地效果良好。

1.2.5 利用增压站基础

增压站基础容积295 m3，附近有临时线路的接地。将临时线路的接地与增压站基础连接后，与厂区联合接地相连就可以增强接地效果，确保临时线路的接地处于较低的电阻值，保证临时用电的安全。

采用外引式接地装置及大面积建(构)筑物基础群联合接地后，实测接地网的各引出断接卡，电阻值为0.2～0.8 Ω，符合设计与规范要求。

1.3 管沟和基坑敷设接地

由于厂区所在地冻土层为1.3 m，设计要求的接地体埋深在1.3 m以下，开挖接地沟难度大。为减少接地沟的开挖量，可充分利用其他专业开挖的管沟(主要是给排水管线管沟)和基础。大部分管沟和基础基坑较深，可以进一步降低接地电阻值。

1.3.1 利用管廊架基础基坑

管廊架总长约1 000 m，利用管廊架基础施工时开挖的基坑将接地体同时敷设，既节省人力物力又避免开挖深度带来的不便。

1.3.2 利用污水处理装置区基础基坑

污水处理装置区占地面积3 000 m2，设备基础较多。利用污水处理装置区设备基础回填前将接地体安装，可节省较多人工。同时基础宽广表面积增加了接地接触面，能有效提升接地效果。

1.3.3 利用管沟

2 同类型区域普通接地系统的对比

在同类区域未利用建(构)筑物基础的工程中普遍使用大量降阻剂和接地模块。单一使用较多的降阻剂和接地模块后电阻值约15 Ω，即使使用再多的降阻剂和接地模块，效果甚微。这是沙漠地区干旱缺水造成的。据统计，普通接地施工完成后大概2～3年后接地模块开始失效，接地电阻值反弹[12]。使用降阻剂和接地模块的成本较大,4根接地极所使用的降阻剂和接地模块需增加成本约2 000元。

而在充分利用各类钢筋混凝土基础并敷设较深接地极后能使接地电阻值<4 Ω，且可省去约20 t降阻剂和接地模块。

3 结论

接地系统广泛应用于油气田各类工程中，对设备和人身安全以及设备的正常运行起着至关重要的作用。近年来，很多国内外标准推荐采用共用接地系统，在高电阻率的环境下，选用联合接地系统作为接地方式，并在此基础上进一步优化形成改良式联合接地系统，接地效果甚佳。在塔中Ⅰ号油气处理厂接地工程建设中，利用外引式接地装置克服沙漠地区土壤干燥、湿度小的问题；同时采用大面积建(构)筑物基础群接地的方式，通过增大接地体接触面积和深度形成联合式接地系统。这种联合式接地系统满足工程对较低接地电阻的需求，对沙漠干旱地区的接地安装方式具有一定的参考价值。

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2015-02-20

张 力(1982-)，男，湖南常德人，工程师，学士，主要从事油气田地面建设工程质量监督工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.06.018