李红星

中国石油吐哈油田分公司工程监督中心 （新疆 鄯善 838202）

近些年，电伴热带在油田得到了大量的应用，如管道、泵体、阀门使用电伴热带进行保温，可起到防冻和防凝作用，但它的应用也存在一些不安全因素。

1 影响电伴热带运行的不安全因素

1.1 电伴热带接地装置不完整，保护装置不动作，影响安全运行

电伴热带不规范使用，会造成设备损伤、电气短路、发生火灾、系统停电等事故，主要原因是不能及时切断故障电源。现电源大部分是TN-C系统，如果接地装置不完整（图1，负荷2），很难保证开关能及时切除故障电源。

1.1.1 接地现状

某油田接地装置近20年的运行，局部出现镀锌扁铁截面明显减小，甚至断裂。主要原因是当地气候干燥，夏季气温高，雨水、地下水蒸发快，浅表层积聚了大量的盐渍土。在潮湿环境下这种土电阻率低，对金属腐蚀性强。按照碳钢腐蚀率0.2mm/a计算[1]，经过20年，40mm×4mm埋地扁铁，很可能消耗殆尽。通过埋地接地装置开挖情况来看,严重区域接地扁铁95%已经被腐蚀。当地专业检测部门提供的接地阻值是合格的,但其机械强度和热稳定性有待进一步验证。

图1 TN-S系统中电伴热带保护接零、重复接地示意图

1.1.2 危害分析

如图1，负荷2未采用漏电保护，仅具有过载、短路保护功能，且接地装置不完整，未设置保护零线（PE 线）。

由于断路器短路脱扣电流一般都在额定工作电流的5倍以上，虽过载保护具有反时限特性，其脱扣电流也在额定电流的1.05倍以上。一般负荷2漏电电流不足以让断路器脱扣。因此，不设置保护零线、未设置漏电保护装置、重复接地电阻达不到规定要求，当电伴热带漏电时，普通断路器不能及时切断电源，系统正常不带电的导电部分长期带电，可能造成人体触电、电弧损伤设备、火灾等事故。

1.2 电伴热带设计、安装、验收、维护保养、日常检查不到位，留下安全隐患

例如，2009年12月4日，某油田天然气管线流量计引压管折弯处，电伴热带因安装不规范，漏电造成引压管破损，天然气泄漏发生着火事故 （简称“12.4”着火事故）。事故直接原因：电伴热带绝缘层损伤，带电线芯与金属引压管接触放电，高温电弧造成引压管破损，导致天然气泄漏着火。事故间接原因：①电伴热带未接地，且未设置漏电保护器；②保温作业造成电伴热带绝缘损伤；③未按要求在电伴热带保温前后进行绝缘测试；④维护保养不到位，未定期进行绝缘测试和检查。

2 电伴热带安全运行措施

2.1 把好设计、施工、验收、维护、检查关

首先，保证使用符合标准的电伴热带，并满足油气场所防火防爆要求。施工应在其他工序结束后进行，以免损伤伴热带。施工过程中，要严格按照相关规范进行施工，如一般要求每个开关控制电伴热带总长度小于100m[2]；缠绕电热带时应避开介质易泄漏的法兰正下方；接线时，必须将电伴热带编织网连接起来，并保证可靠接地[3]；使用尾端盒，防止尾端芯线短路。电热带敷设完毕，保温防水作业结束前后，均应对伴热系统进行检查和测试[1]。电伴热带日常维护要注意：管道扫线时应关闭电伴热带。每年重新开启电伴热带系统前，要进行例行电气检查，以便及早发现问题，及时处理。

2.2 重复接地、设置保护零线、安装漏电保护器

设置重复接地，可以让接触带电体的人与大地形成等电位，消除接触电压，避免触电事故。

所以，重复接地能避免人员触电事故发生，而设置了PE线，在接地电阻不满足4Ω的情况下，它将故障电流足够大地反馈给短路、过载、漏电保护装置，及时切断故障电源[3]。

3 建议方案

鉴于目前电伴热带运行实际情况和对其存在问题的危害因素分析，建议在电源侧加装“1：1”隔离变压器。

3.1 隔离变压器

3.1.1 “1:1隔离变压器”的含义

所谓1:1隔离变压器，就是指变比如式（1）的变压器：

由法拉第电磁感应定律得：

其中N1、N2为线圈匝数，dΦ 磁通量变化量，dt为变化时间。

将（2）、（3）代入（1）式，得：

即输出电压相同、一次侧匝数和二次侧匝数比相同的变压器（图2）。

3.1.2 隔离原理

隔离变压器就是在电气上进行隔离的变压器。实质上是将接地的电网转换为范围很小的不接地电网。图3（2）是电气隔离的原理图。

3.2 隔离变压器安全性分析

3.2.1 隔离变压器有效防止人体触电

隔离变压器系统因降低了接触电压和电网对地漏电流，有效控制对心脏的直接漏电流，故人身触电危险被降到最小程度。

当用电设备对人体心脏直接漏电大于10uA时，会造成微电击事故。而在一般场所采用的漏电保护器，其动作响应值是mA级，如：15mA、30mA。

图2 1:1隔离变压器

图3 普通供电方式和改造后供电方式对比图

2种供电方式危害性分析：如图3，假设a、b2人分别接触带电导线，a、b 2人人体电阻R1=R3=2 000Ω，接地电阻R2=4Ω（R2为工作接地与重复接地并联电阻），隔离变压器输入电压U1=220V，输出电压U2=220V。

（1）220V市电危害分析。如图3的普通供电方式：正常情况下，由于N线(或PEN线)在电源处直接接地，使流经a的电流沿系统的工作接地和重复接地构成回路。

3.2.2 隔离变压器提高了供电可靠性

隔离变压器系统在电网负载端出现第一个绝缘故障点时，不会引起上一级电源空开动作跳闸，保证了特殊场所供电的连续性。

普通供电方式，如果在负载端出现绝缘故障时，故障电流将经过电源中性点对地构成回路 （或经PEN、PE线），如果保护装置不可靠，故障电流可能导致越级跳闸。如果在某些特殊场所使用了隔离变压器系统，当负载端出现第一点绝缘故障时，因其对地不能构成回路，只会产生1个很小的容性漏电流，既对人体不会造成伤害，也不会导致上级空开动作，从而保证了供电的连接性。

3.2.3 隔离变压器消除了漏电接触电流，提高了防火安全性

故障电弧是引起电气火灾的罪魁祸首之一。仅0.5A的电弧电流就足以引起火灾,而2～10A的电弧电流就可以产生2 000～4 000℃的局部高温。电伴热带故障电弧可能造成设备损坏、人身伤亡、火灾、爆炸等事故。某油田普遍市电供电的电伴热带，如果单相绝缘损伤，伴热带及其附件接地不可靠的情况下，带电体与可靠接地的金属接触，往往会产生电弧。某油田“12.4”着火事故，就是因为连续不断的电弧，灼伤天然气引压管，导致引压管破损，发生火灾。

而采用隔离电源供电后，如果电伴热带发生漏电，其与可靠接地的金属设备或管道之间消除了电位差，即便是伴热带带电体与金属设备或管道接触，也不会产生故障电流，有效提高了电伴热带防火安全性。

3.3 隔离变压器系统安全使用条件

（1）隔离变压器电源开关具有短路、过载保护功能外，还须安装漏电保护器[3]，同时被隔离的负载电源开关应具有短路、过载保护功能，按规定的时间自动切断故障回路。

（2）隔离变压器必须具有加强绝缘的结构。

（3）被隔离回路的带电部分应保持独立，严禁与其他电气回路连接，以防止从隔离回路以外引入故障电压。

图4 不同相线供电的电伴热带

（4）不同相线供电的电伴热带，必须用绝缘和不接地的等电位联结导体将屏蔽层等正常不带电金属部分相互连接，如图4所示，以防止不同相的电伴热带之间形成电位差。

3.4 安装施工

在原来电源开关下侧安装隔离变压器和短路、过载保护装置即可结束施工（图5）。方法简单、易于实现、经济成本不高。

图5 安装施工图

经济成本说明：一般场所电伴热带按25W/m计算，每路开关控制100m电伴热带[2]，其功率为2 500 W,单个场所5kVA隔离变压器应该能够满足要求，其市场价1 200元左右。其中短路、过载保护开关，市场价大概60元。

4 结论

为防止因使用电伴热带发生着火、爆炸、触电等事故，把好设计、施工、验收、维护、检查关是基础，设置保护接零、重复接地、安装漏电保护器是关键。同时，油田现有电伴热带系统，为确保其安全可靠运行，防止人体触电、提高供电可靠性和满足防火要求，使用隔离电源供电也是经济、可靠且易于实施的有效方法。

[1]SYJ7-84钢质管道及储罐防腐蚀工程设计规范[S].

[2]SLDI 333C06-2001电伴热设计导则[S].

[3]SH 3126-2001石油化工仪表及管道伴热和隔热设计规范[S].