油田钻井电气安装的标准化探析

油田钻井电气安装的标准化探析
摘要：油田钻井的现场电气系统复杂，如果安装时不规范、不标准，轻者会对油田钻井工作的开展产生阻碍，重者会出现安全事故。

因此，不容小视。

笔者本文围绕着油田钻井过程中现场电气系统的布置与安装谈如何做到规范合理、标准统一。

关键词：钻井电气标准化油田
油田钻井的现场电气系统复杂，如果安装时不规范、不标准，轻者会对油田钻井工作的开展产生阻碍，重者会出现安全事故。

因此，不容小视。

笔者本文围绕着油田钻井过程中现场电气系统的布置与安装谈如何做到规范合理、标准统一。

一、油田钻井的现场电气防爆标准和电气设备、防爆形式的关系概述
油田钻井现场电气防爆标准主要有API和IEC两个标准。

API主要针对石油钻井现场，并将其防爆区域划分为一级一类和一级二类。

IEC标准主要针对所有的爆炸性气体环境，并将气体防爆环境区域划分为零、一和二区。

IEC标准还包括电气设备的防爆形式，IEC标准的防爆形式与IEC标准的防爆区域划分有比较成熟的对应关系。

因为引用的国际标准不同，导致API标准中石油设施不同等级的防爆区域与IEC标准中电气设备防爆形式的关系不确定，从而使电器设备防爆形式选用混乱，部分电气设备达不到防爆要求。

按照API钻井区域划分标准，参考国际上的作法，建立防爆区域与防爆设备防爆形式的对应关系，规定API的一级一类防爆区域，选用本质安全和隔爆形式，在API的一级二类防爆区域，选用增安或更高的防爆形式，增安形式为复合防爆，内部元件防爆形式为隔爆、本质安全或浇封防爆形式。

二、油田钻井的现场电气系统接地形式及安全技术要求
建立油田钻井的现场电气系统接地形式安全技术要求的目的是保障人和设备的安全。

系统接地的形式主要有TN系统、TT系统和IT系统。

TN系统是指电源端有一点接地，电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体（PEN）或保护导体（PE）连接到此接地点。

根据中性导体（N）与PE的组合情况，TN系统的形式有TN-S系统、TN-C系统和TN-C-S系统。

TN-S系统中的N和PE是分开的，TN-C系统中的N和PE是合一的，TN-C-S系统中一部分线路的N和PE是合一的。

TT系统电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。

IT系统电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地，电气装置的外露可导电部分直接接地。

油田钻井的现场电气系统接地的安全技术要求包括基本要求和TN、TT、IT
系统的要求。

其中，基本要求主要包括系统接地为采用自动切断供电这一间接接触防护措施提供必要的条件、系统中尽量实施等电位联结，PE回路连接点断开的限制、要求、串连过渡接点的要求及截面的要求，连接PEN的要求、保护电器的特性及回路阻抗的要求，TN系统电击防护的要求，TN-C和TN-C-S系统中PEN的要求。

根据石油钻井现场及电控系统的特点，规定600伏/690伏发电机组采用中性点不接地系统，380伏发电机组及380伏低压电网全面采取TN-S供电系统。

1.机械钻机及转盘电驱动钻机的供电系统安装标准化
现阶段，某些油气田采用TN-C-S供电系统，因为三相四线和三相五线混用会带来一些问题，笔者在油田钻井电气现场全面推广三相五线系统即TN-S系统，采用TN-S供电系统后，发电房并车柜上输出的PE电缆，现场、宿舍、联络、供水、排污、电台、井控、发电房用电、充电机用电及备用等回路都要采取TN-S 供电系统，即要通过相线、N线和PE线供电，虽然与三相四线系统相比，电气安装工程要增加一些工作量，但其优点是可以避免断N或N线阻抗过大造成单相设备大面积烧坏事故。

采用TN-S系统后，当电气装置中发生带电部分与外露可导电部分之间的故障时，如“相碰壳”时，相线通过PE返回电源形成回路，所配置的保护电器能自动切断发生故障部分的供电，确保人身安全。

同时电气装置的外露可导电部分，当发生断N或断PE时，通过N或PE返回电源，形成故障回路，确保系统可以自动切断供电。

发电房PEN导线不得装设保护装置和开关，但允许设置只有用工具才能断开的连接点。

电气装置的外露可导电部分不能用作PE导体的串联过渡接点。

PE导体截面可用计算法或查表法确定以保证在电气装置内的任何地方发生相导体与PE导体之间的阻抗可以忽略不计的故障时，保护电器能在规定的时间内切断其供电。

2.电动钻机TN-S供电系统安装标准化
电动钻机600伏/690伏柴油发电机组通常为三相三线制的中性点不接地系统，按照柴油发电机组调速调压柜的位置或按并车柜的位置，电动钻机的供电系统有两种方式。

为实现TN-S系统，需要在电控房出线柜处设置公共PE母排，便于PE电缆的连接。

等电位联结规范化GB14050—1993中对系统接地的安全技术要求规定，系统中尽量实施总等电位联结，根据石油钻井现场的特点，把通常意义的总等电位联结母排，“延伸”为一根很长的总等电位联结母线，它是集工频接地、防雷接地、防静电接地于一体的总等电位联结。

现场等电位联结分为400伏、600伏/690伏总等电位联结母线和辅助等电位联结两种。

其一，400伏总等电位联结。

400伏总等电位是将沿钻机底座、机房、泵房、伏FD房、顶驱房、固控系统、发电房以及综合录井房等主要金属构件的等电位联结，定义为石油钻井现场400伏总等电位联结，它将现场内所有400伏电气区域的PE线、金属构件、以及部分活动房内的局部等电位联结箱联结起来，以防范雷电危害及满足弱电设备抗干扰要求。

同样，将沿生活区营房、锅炉房等金属构件等的等电位联结电缆定义为生活区400伏总等电位联结母线，将营房及其房内的局部等电位联结箱联结起来，形成生活区总等电位联结。

当发生接地故障时，等电位联结可降低由此引起的接触电压。

当金属构件引入的电源线路发生接地故障时，可消除沿PE线导入的对地电压在金属构件内形成的电位差而引起的电气事故。

进行总等电位联结后，电气装置接地系统的接地电阻包括PE的重复接地的接地电阻阻值大小意义不大，人体接触电压只与接地故障电流和PE线阻抗有关，而与电气装置的接地电阻无关。

其二，600伏/690伏总等电位联结
将600伏/690伏发电机房、电控房内600伏/690伏电气设备外壳、连接用等电位电缆定义为600伏/690伏总等电位联结。

将转盘电驱动钻机顶驱、转盘的600伏/690伏升压变压器负载侧后的总等电位联结电缆定义为600伏/690伏总等电位联结。

按定义区分等电位联结类型，正确连接，对设备安全使用和人身安全至关重要。

3.油田钻井现场电气辅助等电位联结
在所有房体内采取400伏辅助等电位联结，其方法是通过辅助等电位箱与400伏总等电位联结母线相连，然后将室内固定设备的所有能同时触及的外露可导电部分、PE以及装置外的可导电部分进行互连。

钻机辅助等电位的联结还包括钻机井架与钻台、偏房、司控房、底座、梯子之间的互连，电缆槽之间的互连、外侧钻井液罐与内侧钻井液罐之间的互连等等。

现场供电接口的规范化
三、结束语
综上，笔者围绕着油田钻井过程中现场电气系统的布置与安装谈了如何做到规范合理、标准统一。

油田钻井的现场电气系统复杂，只有安装时做到规范合理、标准统一，才会对油田钻井工作的开展提供保证，才会避免出现安全事故。

参考文献
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