油气加工装置电力系统接地方式浅析

油气加工装置电力系统接地方式浅析

黄敦凯

大庆油田有限责任公司天然气分公司苏一油气处理厂黑龙江大庆163714

摘要：大庆油田有限责任公司天然气分公司管辖的油气加工装置属于“三高”装置，无论装置还是员工，都时刻处于爆炸和火灾的危险环境中，装置运行安全是天然气分公司一直以来生产经营的头等大事，而供电安全是各项安全的基本前提。

低压供电系统的接地制式和配套设备的安装接线不容忽视，设计和安装都应符合《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》等国家标准和相关行业标准的明确。从防火和防爆的角度来看，加强低压配电系统单相接地短路的保护措施更为重要，在分析大型石油化工企业发生的火灾和爆炸事故原因时，资料统计表明，电气原因所占比例最大，可见电气防爆在石油化工企业的安全工作中占有重要的地位，而低压供配电的接地制式以及配套设备接地保护就是值得重视的一个实际问题。

关键词：油气加工装置；电力系统；接地方式

正文

一、目前普遍应用的接地方式及适用条件

按IEC的标准，石油天然气行业装置目前采用的接地的形式分为IT系统、TT系统和TN系统，每种接线方式都具有各自的特点和一定的适用条件以及不足之处，下面逐一进行介绍。

第一，IT系统。

IT系统的电源中性点是对地绝缘或经高阻抗接地，而用电设备的金属外壳直接接地。适用于环境条件不良、容易发生单相接地故障的场所，以及易燃、易爆的场所。

实践证明这种接地方式符合《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的要求，IT接地方式在装置生产运行过程中是安全可靠的。

第二，TT系统。

TT系统的电源中性点直接接地，与用电设备接地无关。PE为保护接地，设备的金属外壳也直接接地，且与电源中性点相连。这种接地方式不符合《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的要求，在生产运行过程中是不建议使用的。

第三，TN系统。

在变压器或发电机中性点直接接地的三相四线低压电网中，将正常运行时不带电的用电设备的金属外壳，经公共的保护线和电源的中性点直接与电气连接。

TN系统又分为：TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统。

二、TT系统接地方式不适用于油气加工装置的原因分析

第一，采用TT系统的电气设备发生单相碰壳故障时，接地电流并不很大，往往不能使保护装置动作，这将导致线路长期带故障运行。

第二，当TT系统的用电设备只是由于绝缘不良引起漏电时，因漏电电流往往不大，不可能使线路的保护装置动作，这也导致漏电设备的外壳长期带电，增加了出现故障的可能性。

三、TN系统接地方式以及对比分析

第一，接地方式图

在TN-C系统中，变电所低压配电系统的主接线的实际接线方式如下图所示。

而TN-S系统（三相五线制），整个系统的Ｎ线和ＰＥ线是分开的。其优点是PE线在正常情况下没有电流通过，不会对其他设备产生电磁干扰；另外Ｎ线断开也不会影响PE线的保护作用。但是系统耗用的导电材料多，投资较大。

TN-C-S系统是以上两种系统的混合系统，它兼有两种系统的特点。根据双回线双变压器单母线分段互为备用的供电方式，这些变电所低压供电系统主接线的实际安装接线如图所示。

第二、接地方式适用性对比分析

TN-C接地方式，即传统的三相四线制，不符合《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》要求。TN-C接地方式在进入爆炸和火灾危险区域以后，用电设备单相接地保护接线在电气设备（低压电动机）正常运式，经过长时间的运行表明，从变电所引出PEN线（即Ｎ线）接到电动机接线盒里的接地端子上，Ｎ线是用来传输电能的一根电源线，它是带电导体，相当于把电源引到了装置区里，再经过电动机外壳接地，外壳上有微弱电流通过，容易产生火花。

同时PEN线在本装置区内有电气连接，当PEN线断线或发生单相对地短路时，都将呈现相对高的对地故障电压，就会扩大事故接地范围。《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》规定，爆炸性气体环境ｌ区内的所有电气设备以及爆炸性气体环境２区内除照明灯具以外的其他电气设备，应采用专门的接地线。

该接地线与相线敷设在同一保护管内时，应具有与相线相等的绝缘。工程上在爆炸和火灾危险环境内用三相四芯电缆给电动机供电，就是保留一芯作为专门地线。不过这根专门的地线是PE线，而不是PEN线，更不是Ｎ线。因此，在爆炸和火灾危险区域内采用TN-C接地方式不符合国家规范。

四、油气加工装置爆炸和火灾危险区域接地方式的正确连接

为满足《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》和《接地装置安装》中的要求，同时，充分考虑天然气行业特点和油气加工装置生产运行的需求，具体的接线方法是：从变压器低压侧引出线到低压成套设备的进线柜进线断路器之前这一段包括封闭式母线桥采用TN-C方式，变压器的中性点在变压器处直接接地，N排和PE排共用一根，即PEN排。

从进线柜以后PE排和Ｎ排分成两路，一路为N排，加绝缘件支撑，以后再不能与PE排连接，也不能与地连接。另一路为专用PE排，与室内接地干线相连接，以后应重复接地，《爆炸和火灾危险环境电力装置优点，设计规范》中规定的专门接地线就是从这根PE排引出。

在低压配电柜内PE排和N排应同等截面和材质，接线形式如图所示。

五结束语及建议

实践证明，单相短路故障在各类短路故障中占90％以上，往往是先发生单相短路故障然后扩大成多相短路故障。当用电设备发生三相短路和两相短路故障时，短路电流达几千安培甚至几万安培，控制电器瞬时起动切断供电电源。最主要的是这两种短路电流经过相线传递，不经过电路外部，不对爆炸和火灾危险环境造成更大危害。

当用电设备发生单相对地短路时，短路电流也很大，但远远小于相短路电流，依靠控制电器过流延时切断电源，容易引发拒动、越级和多相短路。关键问题还在于单相对地短路故障电流返回路径，单相短路故障电流流经爆炸和火灾危险环境中的爆炸和火灾危险环境中的金属外壳、装置的金属构架返回到变压器中性点，容易产生火花和电压蔓延。

针对油气加工装置区域安全特质和实际工作需要考虑，建议采用TN-C-S方式进行电力系统接地。

参考文献：

[1]李雪峰.电力设备安装与保护调试.华北电力大学学报，2002.2

[2]田太明.电力设备管理中的寿命周期费用分析.电力安全技术，