油田修井作业现场低压配电保护模式探讨

摘 要：在油田修井作业工程中，伴随着设备的更新改造，井场电气设备大量增加，保障油田修井作业井场用电安全成为一项重要工作。本文通过对油田修井作业现场的低压配电现状进行分析，针对问题提出了规范配电保护模式的改进措施，提高现场用电的安全性。

关键词：油田；低压配电；安全；措施

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

0 引言

油田修井作业施工是一项高投入、高风险工作，存在野外作业、搬迁频繁、电气设备多、工艺复杂等特点。传统的油田修井作业现场，主要由施工照明用电和生活用電构成，功率较小，近年来中国石化把绿色低碳发展作为企业的发展战略，网电作业机作为绿色低碳设备，已逐步成为油田作业生产的主力设备。

由于修井作业机的类型多种多样，电器设备配置也不尽相同，各种接地形式均有应用，造成作业现场配电模式散乱，职工操作困难，对设备及人身安全造成一定的安全隐患。

1 油田修井作业现场的低压配电形式

目前，油田修井作业井场低压配电采用两种保护模式：IT模式、TT模式，两种保护模式各有差异，下面针对它们的保护性能进行分析。

1.1 TT配电模式

以柴油机为主动力的作业设备和部分网电作业机采用TT模式进行配电，该种设备自带配电变压器，输出电压220V/380V，原边接入电网。TT系统配电模式是变压器中性点直接接地，电器设备全部采用保护接地，即金属外壳通过接地体、接地线与大地做电气连接，TT模式接线原理图见图1。

TT模式的保护原理为：在发生单相接地故障时，故障电流较大，可使漏电保护器等保护装置迅速动作，切除接地故障；当发生单相碰壳漏电时，由于保护接地装置的电阻小于人体的电阻（一般为2000Ω左右），当人接触故障设备金属外壳时，大部分的电流分流到接地装置，降低了人体的接触电压，从而起到一定的保护作用。

1.2 IT配电模式

小吨位网电作业设备因电机功率小，多直接接在油井变压器上使用，由于油井配电系统大多采用IT配电系统，因此，该部分网电作业机采用IT配电模式，且额定电压为660V。

IT配电模式接线特点是变压器中性点不接地，用电设备外壳及金属构架全部采用保护接地，即金属外壳及构架通过接地体与大地直接相连， IT模式原理见图2。

IT配电模式的主要保护原理为：在IT配电系统中，由于设备与大地没有直接的电联系，当发生单相接地或发生单相碰壳漏电时，故障回路只包含接地阻抗、线路阻抗和分布电容，一般情况下形成的故障电流非常小，不会威胁到设备和人身的安全，可持续运行一段时间，供电可靠性高，理论上具有较高的安全性。

2 TT、IT配电模式优缺点分析

2.1 TT配电模式的优缺点

（1）TT配电模式优点：当发生接地故障时，故障电流通过系统接地和保护接地两个接地电阻，故障设备外壳对地电压仅为相电压的一部分，降低了人员触电危险。

同时TT配电系统内，当某一电气设备发生接地故障时，其故障电压不会像TN系统那样沿PE线在电气设备间传导，这是TT配电系统优于TN配电系统之处。

（2）TT配电模式的缺点：TT配电系统的主要缺点是当某电气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工作接地电阻的限制，故障电流值较小，不足以使开关及时断开，切除故障设备，只能依靠漏电保护器来实现接地保护，但当漏电保护器失效时，则无法切除故障设备，增加了人身触电危险性。例如，在220/380V配电中，如果系统接地电阻与保护接地电阻都为4Ω时，则接地故障电流只有27.5A，线路中的过电流保护装置无法跳闸，从而使系统长时间带故障运行。在复杂的井场环境中，工作人员有可能触及带电设备外壳，发生触电事故。

另外，TT配电系统内当有过电压串入系统中时，设备外壳与大地同为零电位，电气设备的带电部分和外壳之间将承受此过电压，使绝缘击穿的危险增大。

2.2 T配电模式的优缺点

（1）IT配电模式的优点：该系统主要优点是供电可靠性高，当发生单相接地故障时，可继续运行一段时间；在绝缘良好、线路较短的情况下，理论上具有较高的安全性。

（2）IT配电模式的缺点：该系统只适合三相负载，不适合单相负载，而且系统中必须装设对地绝缘监视装置，接线使用禁忌较多，职工操作维修困难较大。

在IT配电系统中，当某相线接地后，其它相线对地电压升高到倍，此时将增加触电的危害程度和设备的承受电压。

在线路较长或绝缘水平降低的情况下，当发生单相碰壳漏电故障时，有可能造成触电危险，将失去理想状态下的安全性能，因此对设备及线路的维护水平要求较高，现场职工的工作量较大。

3 低压配电模式的改进措施

作业现场用电设备工作条件恶劣，搬迁频繁，线路老化、振动、环境潮湿等各种原因下容易发生绝缘破坏的情况，作业时间一般为2～7天，使用场合应属于临时用电的范畴，所以为了适应作业现场的恶劣环境，且根据《中国石化临时用电作业安全管理规定》和《JGJ46施工现场临时用电安全技术规范》，临时用电场所必须采用TN-S配电系统，因此我们在修井作业现场推广应用了TN-S配电保护模式。

3.1 TN-S配电保护模式

TN-S配电保护模式特点是，配电变压器低压侧中性点直接接地，网电作业机及现场用电设备外壳、金属构架与专用保护零线PE线相接，把工作零线 N 和专用保护线 PE 分别设置，其系统接线原理见图3。

其原理是：当发生漏电故障时，接地故障电流经PE线，直接形成零相短路电流，其值很大，能使电源开关的过流保护装置立即跳闸，切除故障，有效的保护人身安全和避免故障扩散。

3.2 TN-S配电保护模式的优点

由于TN-S模式中性线N与保护线PE除在变压器中性点处共同接地外，其他部分均为单独设置，PE线不通过工作电流，不会产生不平衡电压，其电位接近地电位，只在发生接地故障时通过故障电流，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構架均不带电，相比TT系统具有较高的安全性。

电源开关具备过流保护功能和漏电保护功能，对接地故障、短路故障和人身触电进行全方位保护，切断电源动作迅速，安全可靠。

TT模式改为TN-S模式也较为简单，PE线采用黄绿双色专用地线，现场操作时对PE线和N线区别明显，功能清晰，便于职工操作。

TN-S配电模式的缺点是较TT模式多一根共用PE线，相比投资稍有增加。

3.3 改进措施

（1）在配电变压器处设置工作接地一组，接地电阻值≤4Ω，在修井作业机处安装接地极两根，避免震动造成接地松脱，接地电阻≤4Ω，用专用PE线连接变压器中性点、系统接地极和作业车接地极，各电气设备外壳和作业车体与接地干线进行可靠的电气连接，完善TN-S保护模式的同时，实现了井场上的电气设备和金属构架的等电位联接，当发生雷击和电气故障时，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。

（2）对于以柴油机为主动力的作业设备，用电负荷较少，主要是生活用电和现场照明，因此配电变压器容量小，且为单相变压器，改造时将低压单相绕组的一端直接接地，并引出工作零线N和保护零线PE，与相线L共同构成一火一零一保护的单相TN-S配电模式。

（3）小吨位网电作业设备采用660V的IT配电模式，在《JGJ46施工现场临时用电安全技术规范》中并未对660V中性点不接地的系统作出规定，因此暂不更改。

（4）作业现场开关箱以及配电变压器侧的总配电箱设置两级漏电保护器，在末级开关箱内的漏电保护器，其额定剩余动作电流不大于30mA，额定漏电动作时间应不大于0.1S；总配电箱内的漏电保护器额定剩余动作电流应大于30mA，额定漏电动作时间大于0.1S。在总开关的电源侧装设隔离开关，保证检修安全。

4 结论

油田修井作业现场的配电保护模式直接影响到施工作业和工作人员的人身安全，随着新型电驱作业设备的应用，用电功率不断增大，电气安全问题更加突出，采用TN-S配电保护模式，规范油田修井作业现场接地安装方式和漏电保护措施，不但符合标准规定，且实现了井场临时用电的标准化，提高安全防护水平和施工效率，便于职工操作和维护，在油田修井作业现场具有很好的推广价值。

参考文献：

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

[2]沈阳建筑大学.JGJ46施工现场临时用电安全技术规范[M].中国建筑工业出版社，2005.

作者简介：李东波（1970-），男，高级技师，主要从事油田电力设备维护工作。