石油钻井井场电器设备保护接地分析

王洪臣,李东波（.胜利石油工程公司渤海钻井一公司,山东　东营5737; .胜利油田分公司胜利采油厂水电讯大队,山东　东营　5705）

石油钻井井场电器设备保护接地分析

王洪臣1,李东波2
（1.胜利石油工程公司渤海钻井一公司,山东东营257237; 2.胜利油田分公司胜利采油厂水电讯大队,山东东营257051）

摘要：本文主要简述石油钻井井场电器设备保护接地的使用形式以及对存在的问题进行分析，并针对问题提出可行性措施建议。

关键词：接地形式存在问题；分析；措施建议

0　引言

石油钻井是一项高投入、高风险行业，存在野外作业、点多、面广、搬迁移动频繁、电器设备多、工艺复杂等特点。伴随着设备的更新改造，自动化程度也逐步提高，井场电器设备越来越多，由于石油钻井作业的特殊性，石油钻井井场电器设备保护接地可靠性、安全性显得更加突出。由于钻机类型多种多样，电器设备配置也不尽相同，尽管现在需要保护接地的电器设备在施工中也进行了接地，国家、行业也制订了相关标准，但由于管理方面和资金投入方面的原因，造成保护接地方式散而乱，许多接地方式可靠性差、标准低，电器设备长期安全可靠的运行和人身安全存在一定的安全隐患。本文针对目前石油钻井井场电器设备的保护接地形式及存在的一些问题进行分析和探讨，并提出相应的措施建议，以提高石油钻井井场电器设备保护接地可靠性和标准化水平。

1　石油钻井井场电器设备保护接地形式

目前，石油钻井井场用电区域主要包括生活区和动力区域，生活区域的用电电器主要是生活和照明用电，动力区域的用电电器及设备主要是三相异步电动机和钻井井架照明电器用电。电器及设备保护接地主要采用独立接地的TT系统进行保护。

现场的TT接地系统，电源侧中性点在总配电室进行系统接地，所有电器设备外壳单独接地，活动板房及所有的金属构架均单独接地，为此井队搬家后，需要安装近200根接地极和接地线，如图1所示。

2　TT接地系统优缺点分析

（1）TT接地系统优点。井场施工用电设备大部分露天工作，工作条件环境恶劣，其中大负荷动力设备较多。在线路老化、振动，环境潮湿等各种原因下容易发生漏电情况。目前，钻井井场低压系统保护接地通常采用TT系统，即系统中性点有一点直接接地，电器装置的外壳分别进行保护接地，其他装置设备再次进行保护接地，当系统内发生接地故障时，故障电流通过系统接地和保护接地两个接地电阻，根据串联分压原理，故障设备对地电压仅为相电压的一部分，降低了触电危险，在设备外壳漏电后通过保护接地地线使之与接地点处的大地电位接近，如果人站在此处触及用电设备外壳，由于接地点距人的落脚点距离很近电阻较小，外壳与接地点之间有接地线连接，所以分担的电压很小不致形成危害生命的电压。

同时TT系统内，当某一电器装置发生接地故障时，其故障电压不会像TN系统那样沿PE线在电器装置间传导，不会发生一装置的故障在另一装置内引发电击事故，这是TT系统优于TN系统处。

（2）TT接地系统缺点：TT系统的主要缺点是当某设备发生绝缘击穿漏电时，接地故障电流因保护接地电阻和系统接地电阻的限制，故障电流值不大，不足以使保护开关及时断开，切除故障设备，从而使接地故障长时间存在。在复杂的井场环境中，工作人员有可能触及带电设备外壳或金属构架，发生电击事故。

另外，TT系统内承受的过电压较TN系统大，当过电压串入系统中时，设备外壳与大地为零电位，电器设备的线路和外壳之间将承受此过电压，绝缘击穿的危险较大。

（3）从目前井队的施工环境来看，采用一对一接地法，所有用电设备加之配电防爆控制箱，整个井场大约要用近二百根地线，使用大量的接地极和导线，按要求每根接地极打入地面以下2.5米深，接地安装工作难度很大，时间长，对于浅井井队影响搬家施工进度，雷雨天气易发生绝缘击穿事故，危及人身及设备安全。在实际生产中很多职工对如何接地存在误区，甚至有人认为只有做到每个用电设备都有单独的接地极才是标准的，至于在什么地方入地并不重视。另外按照国家标准《GB14050－2008系统接地的形式及安全技术要求》的规定TT系统要和漏电保护器配合才能达到有效地保护水平，而为了保障钻井设备的供电可靠性，不能在动力回路安装漏电保护器，因此在防止电击的措施方面存在一定缺失。

（4）接地电阻值难以保证且影响到安全防爆。接地电阻与接地环境土壤电阻率有直接的关系，土壤电阻率受其所含的水分，酸碱度影响较大，从目前井队普遍使用的铁质接地极来看，在钻井井场电阻率难以达到接地电阻不大于4欧姆的标准。接地电阻阻值需要土壤酸碱度大、潮湿环境下保证，但这种环境下铁质接地极很快锈蚀，难以获得良好接地保护。此外接地极数量过多，给日常维护带来不便，易引起地线接线柱与下引线的接触不良，在设备发生漏电向大地泄电过程中产生电火花，影响到井场的安全防爆。

3　措施建议

（1）通过对石油钻井井场保护接地的形式分析，结合石油钻井施工环境特点，建议使用TN-S系统。（图2）

接线特点是电源中性点直接接地，用电设备外壳、电缆桥架、所有的金属构架与专用保护零线PE线相接，保护PE线与工作零线N分开设置。

由于TN-S系统中性线与保护PE线除在电源中性点处共同接地外，其他部分均为单独设置，因此PE线在任何时刻均不带电，与PE线相连的所有的设备外壳及构架均不带电，具有较高的安全性。

TN-S系统的N线和PE线是分开的。它的优点是当电器设备或线路发生接地短路故障时，故障电流大，可使电源开关的电流保护装置迅速动作，切断故障电源。PE线单独敷设，在正常情况下没有电流通过，因此不会对接在PE线上的其他设备产生电磁干扰。此外，由于N线与PE线分开，N线断线也不会影响PE线的保护作用。该系统多用于对安全可靠性要求较高的场所。

（2）逐步改进井场接地保护型式，没有MCC房的井场增设MCC房，井场电器控制系统集中到MCC房，所有区域照明、动力、控制、通讯接口全部由MCC房出线柜用防爆接插件引出，MCC房内设母联柜，主发电机、辅发电机、网电切换装置实现互锁（图3）。

（3）建立和规范井场接地网及等电位联结（图4）。具体实施方法是在井场分别装设两组三腿接地极，接地电阻≤4Ω，并通过接地干线联接成接地网，电源处引出的保护PE线直接与接地干线可靠连接，所有现场金属构架全部与接地干线可靠连接，同时实现等电位联结，各台直接安装在金属构架上的电器设备不再单独连接接地线（根据GB50169-2006接地装置施工及验收规范）。

此法的优点：一是实现了可靠地接地保护，各电器设备和金属构架、电缆桥架与接地干线直接连接，当发生接地故障时，故障电流通过接地干线形成零相短路，促使前端保护开关立即跳闸，切除故障设备，具有优良的保护性能；二是简化了井队搬家后的接地极安装工作量，接地极由进200根减少为6根，在保证接地电阻合格的情况下，工作量大大减少，提高了工作效率；三是通过接地干线将井场上的电器设备和金属构架全部实现等电位联接，当发生雷击和电器故障时，工作人员站在平台上工作，处于等电位环境，有效减轻触电危害程度，具有较高的安全性能。

4　结论

钻井井场配电系统现在主要采用的是TT接地系统，多点接地对现场的土壤电阻率、安装空间等客观条件要求较高，接地电阻值难以满足标准要求，施工安装难度较大，保护性能不够完善，安装不标准不规范的情况时有发生，而且大量的接地极给日常管理和维护带来困难，具有一定的安全隐患，所以通过采用TN-S系统接地型式，规范钻井井场接地安装方式，实现井场接地系统的标准化，能够更好的满足钻井井场防电击、防雷、防爆的要求，提高施工效率，具有较高的安全性和可操作性，在油田钻井井场具有较好的推广应用价值。

参考文献：

[1]王厚余.低压电器装置的设计安装和检验[M].中国电力出版社,2013.