技术文章

油田接地电阻测量分析

 油田接地电阻测量分析

摘要　塔中4油田地表土壤电阻率由地表向下随着沙土含水量和密实度的增加，呈明显减小趋势。在土壤电阻率不均匀的厚层流动沙丘中测量深井埋设金属接地体接地电阻值，采用将测试极打入足够的深度或在其周围洒水并利用辅助接地极的方法会造成较大投资。通过大量现场实测数据的分析，发现采用电流表校验法和在密实度较好的地带（井场或公路两侧）埋设测试极来进行测量，可用较短的测试极完成测量。解决了测试极的合理埋深、埋设位置及测量结果是否为接地电阻真值等一系列技术问题，达到了经济合理的测量目的。该方法现已在沙漠油田推广应用。
主题词　　塔中4油田　　土壤　　电阻率　　测量　　腐蚀

　　塔中4油田地处塔克拉玛干沙漠腹地，极端干旱，无地表水，流动沙丘大面积分布。地表沙成份以粉沙为主，混有少量粘土。主要成份为石英，长石质含云母。一般粒径0．075～0．1mm，最大粒径0．5mm。由地表向下，含粉土量呈增多趋势，湿度由干至湿再至饱和，密实度由松散至稍密再至饱和。可见，塔中4油田地表属极高土壤电阻率类型。地表土壤电阻率大多在3000Ω^。m以上，其干沙层厚度从几米到几十米不等。由地表向下随着沙土含水量和密实度的增加，土壤电阻率呈明显减小趋势。经现场取样测试表明：塔中4油田沙土电阻率受其含水量变化影响较大，由沙漠地表干沙层向下，当沙土含水量达到2％就能引起土壤电阻率的明显减小，在含水量达8％～10％以后，再增加沙土的含水量，土壤电阻率虽继续减小但已不显著。随沙土密实度的增加其土壤电阻率也相应减小。可见，塔中4油田地表又属不均匀土壤电阻率类型，土壤电阻率由地表向下逐渐变小。因此，塔中4油田绝大多数接地装置是采用打深井埋设金属接地体的方案。根据沙丘起伏不同和各接地装置所在处高度的差异，一般金属接地体埋设在地表以下10～30m之间。在较低土壤电阻率区域中埋设金属接地体，可减小工程投资。然而，这却给接地电阻值的测量造成了困难，理论上认为只有采用将测试时使用的电流极探棒打入足够的深度或在其周围洒水并利用辅助接地极的方法才能获得准确的测量结果。但是，当用这种方法对现场大量的接地装置多次进行的测量时，不仅会造成大量的投资，而且测试中电流极的合理埋入深度也很难确定。表1是一组现场实际中对生产上正使用的接地装置进行测量的结果数据。

表1　塔中4油田接地电阻现场实测原始数据

接地体规格型号及埋深	电流极规格型号及埋深	电位极规格型号及埋深	接地电阻值 （Ω）	电流极，电位极埋设位置
（6—17＃井场）高硅铸铁一支φ200mm×2m埋深25m	镀锌钢管φ27．5mm×1m埋深1m	镀锌钢管φ27．5mm×1m埋深1m	2．4	密实度好的石子下
	镀锌钢管φ27．5mm×1m 埋深1m	镀锌钢管φ27．5mm×1m 埋深1m	110	密实度较差的石子下
	镀锌钢管φ227．5mm×1m埋深1m	镀锌钢管φ227．5mm×1m 埋深1m	1000	疏松沙中
（7—56井试验接地装置）高硅铸铁一支φ200mm×2m 埋深27m	高硅铸铁一支φ200mm×2m　埋深27m	高硅铸铁一支φ200mm×2m　埋深27m	14	疏松沙中
	镀锌钢管φ27．5mm×5m埋深5m	镀锌钢管φ27．5mm×5m 埋深5m	70	疏松沙中
	镀锌钢管φ27．5mm×1m埋深1m	镀锌钢管φ27．5mm×1m埋深1m	110	疏松沙中

注：测量间距P＝20m　C＝40m

　　表1说明接地电阻测量中，电位极和电流极的规格型号及埋深，以及埋设的位置对接地电阻测量都有直接影响，对于不同海拔高度和不同埋深的接地体测量方法的正确与否将直接影响到测量结果。对不同埋深处的接地体，采用多长的测试极最经济合理，测量的结果是否是接地电阻的真值，都很值得研究。

1．测量原理分析

　　塔中4油田接地电阻测量具有两个明显的特点：一是接地电阻测量值常常出现超过常规接地电阻测试仪ZC—8表的最大量程（100Ω）；另一个特点是接地电阻测量工程量偏重于站外散布的小接地体。这就涉及到选用何种测量仪表和测量方法最经济合理的问题。

1．1　接地电阻测量仪的原理
　　ZC—8型接地电阻测量仪测量范围为0．01～100Ω，现场实际使用时不太实用。许多接地电阻测量值超过100Ω，只得在接地电阻测量值一栏中填上∞，无法给工程施工提供依据。此外，由于电力系统三相负载不平衡及电力线路三相几何位置不完全对称，在中性点直接接地系统中就有不平衡电流经发变电站的接地网入地而成闭合回路，形成了在接地电阻测量时的50Hz干扰电流。干扰电流取决于电力系统的容量、电压和三相的不对称程度，一般为几安培，有的达20安培。而ZC29B型接地电阻测量仪除了具有ZC—8型接地电阻测量仪体积小重量轻携带及使用方便等优点外，其量程可达0．01Ω～1000Ω。不但满足了测量范围要求，而且ZC29B型表采用相敏整流装置，利用105～120Hz的测量电流与50Hz干扰电流的频率相位的不同，来消除干扰对读值的影响。对塔中4油田站外的小接地体，其干扰电流很小，经现场测试表头指针无晃动，基本满足测量要求。
　　需要强调的是：一般接地电阻测量仪都是采用电压比较式和恒流输出的原理。如ZC—8型接地电阻测量仪输出电流为60～80mA，ZC29B—l型接地电阻测量仪输出电流为15～20mA，ZC29B—2型接地电阻测量仪输出电流为40～50mA等等。常规测量时若仪表检流计灵敏度过低，须在测试棒周围注水或注盐水以湿润，说明此时仪表输出端加在被测接地体与电流极之间的电流回路不够畅通，仪表输出电流将小于仪表恒流输出值，测量结果是假值。

1．2　接地电阻测量方法
　　接地电阻测量方法很多，常见的有三极法———主要用于小接地体和工频干扰电流小于几安培接地电阻的测量；四极法———主要用于发、变电站接地电阻的测量；瓦特表法———主要用于大型变电站接地电阻的测量。对塔中4油田，宜采用三极法，即电位降法。
　　用三极法测接地电阻时，接地极、电位极和电流极的位置通常如图1所示。

　　在一系列假设条件下（被测量电极是半球体，电位和电流极均是点电极，土壤电阻率理想均匀，电压表内阻无穷大，三个电极位于一直线上）可推导出接地极至电位极的电位差为

式中：U———测量表输出的全部电位（忽略电位极自身电阻），V；
　　　I———沿电路通过的电流，A；
　　　P———电位极至接地电极的距离，m；
　　　C———电流极至接地电极的距离，m；
　　　r———接地电极的外半径，m。

　　这表明将电位极置于0．618C处即可测得真值。亦即保证电位极所在点位置的电位等于零，就不会影响到测量结果的准确性，一般取P＝1／2C，同时保证C的距离足够大。对于一些大型接地网，为了保证电位极真正置于远处大地的零电位点，国际大电网有关专家建议取C＞10km，对于塔中4油田的小接地体，据现场验证，取C≥40m，P≥20m，即完全符合测量要求。

2．电流表校验法

　　通过上面分析和对塔中4油田接地电阻的现场测量知，采用电流表校验法来确立合理的电位极、电流极的合理埋深和合理埋设位置，能测量出接地电阻的真值。
　　电流表校验法就是利用接地电阻测试仪在被测接地体和电流极之间流过恒流的原理来确定布设的电流极是否符合测量要求，即在常规测量方法的基础上，在接地电阻测试仪输出端加在被测接地体和电流极之间的回路上串入一毫安表，来观察测试时该回路的电流值。若流过电流极与接地体回路电流在仪表恒流输出值范围内，则说明电流极布设达到测量要求，否则测量结果将不准确，需改变电流极的布设位置或改变电流极规格长度。然后再去掉回路中串联的校验毫安表，以消除毫安表内阻的影响，从而测得接地电阻的真值。
　　现场用0．4m，1m，5m，10m等不同长度的钢管和对不同埋设深度的接地体在其周围不同的沙漠地表（井口、公路边和疏松沙表）中进行测量，具体的测量结果见表2。

表2　塔中4油田接地电阻现场实测原始数据

注：测量间距P＝20m　C＝40m

　　综合表2和表1可知：除在7—56井试验接地装置和161供电35kV线路32＃杆位这类条件恶劣的地带处，其接地电阻测量结果同电流极和电位极长度有直接关系外，其它地带尽管测量结果相差较大，只要用电流表校验法，其电流极回路电流在测试仪表允许范围，其测量结果均真实可靠，成为衡量电流极是否达到测试要求的重要标志。
　　由于测试极埋设在井场、公路边、有车轮痕迹的位置等密度较好的环境中，因为在施工时遗留有大量的水份，砂子的密实度也相应增加，故而其测试极长度变化对测试结果影响不大。这种方法避免了在疏松沙土上采用过长的电流极和多次更换位置来测量接地电阻值造成的浪费，结果自然是大幅度地减轻了测试的工作量和因测试而造成的投资。

3．结论

　　由于接地电阻测量涉及诸多因素，仪表测量原理差别，或土壤潮湿，温度湿度和土质的变化，接地极的状态、向大地漏电流的变化等情况都对电阻值产生影响。因此，对于塔中4油田极个别较恶劣环境接地电阻测量，须埋设长期固定的电位极和电流极，作为多次测量的依据，以免造成浪费和避免多次测量值之间的误差。对于常规接地电阻测量，采用电流表校验法和在井场等密实度较好的位置埋设测试极来测量接地电阻的方法现已在沙漠油田中广泛推广使用，较好地满足了生产需要，取得了明显的经济效益。在7—34井和161升压站接地极施工中，由于较准确及时地测量出接地电阻真值，至少节约材料费和施工费10万元，大大提高了施工效率。

发布日期：2008-6-14　【返回】