煉化一體化項目儀表控制系統接地探討

蔡云興(浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000)

1 概述

隨著煉化產能的更新換代，超級聯合煉化項目紛紛上馬投產，煉化裝置配備的儀表控制系統如DCS、SIS、CCS、GDS、PLC等等種類繁多，正確可靠的儀表接地是儀表控制系統安全平穩運行的前提條件之一。自SH/T 3081—2019《石油化工儀表接地設計規范》新版發布以來，該規范內容發生了巨大變化，在很多細節上有著顛覆性的變化，比如：(1)新規范引用了GB 50057—2010《建筑物防雷設計規范》內容；(2)在術語和定義部分，將2003版規范表述在正文部分的內容，根據現行標準編制規定增加了原定義和術語；(3)在新規范中將接地功能分類和接地方法合并，在接地系統結構部分明確了分支集中結構，增加網型結構、組合結構；接地電阻和連接電阻部分，除了把接地電阻和連接電阻概念移到術語里，電阻值沒有變化；(4)增加了2個規范性附錄：屏蔽電纜接地圖，一張附錄四種接線方式解決了困擾屏蔽電纜選擇的難題；網型接地結構設計參考圖，在工程施工建設過程中更加實用，具有可操作性和指導意義。文章解讀了SH/T 3081—2019《石油化工儀表接地設計規范》變化部分內容，同時以某石化4 000萬噸/年煉化一體化項目2#380萬噸/年連續重整裝置因接地引起的儀表控制系統故障為例，討論了儀表及控制系統接地的抗干擾作用、相關的接地原則、項目建設施工過程中應注意的事項等。

2 新接地規范變化

(1)新規范對名詞定義更加清晰，舊規范儀表及控制系統工作接地包括：儀表信號回路接地和屏蔽接地。本規定中的工作接地，均指儀表及控制系統工作接地。新規范將工作接地和屏蔽接地分開，而且對屏蔽接地做了詳細表述。

(2)在舊規范中，齊納式安全柵的本安系統接地與儀表信號回路接地不應分開；新規范表述為：從電路連接上，齊納式安全柵是串聯在儀表回路中的，因此接地是分不開的，本安系統接地的作用和工作原理與儀表工作接地不同，類似于設備保護接地，所以單節討論。

(3)保護接地不受單點接地限制，對于體積和長度較大的設備還需要多點接地，和網型結構相呼應。①儀表及控制系統的外露導電部分，均應實施保護接地。②裝有儀表或控制系統的金屬儀表盤、臺、箱、柜、架等宜實施保護接地。主要變化：與已經接地的金屬儀表盤、臺、箱、柜、架等電氣接觸良好，或者與其實施了導電連接的儀表和控制系統的外露導電部分可不再另外實施保護接地；條文中做了說明：儀表及控制系統的外露導電部分，正常時不帶電，在故障、損壞或非正常情況時可能帶危機人身或設備安全的危險電壓。

(4)供電電壓低于36 V供電的現場儀表金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱，可不做保護接地，明確了是在非爆炸性氣體環境中這一前提下。本質安全系統的儀表金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱，可不實施保護接地。

(5)保護接地方法，新規范實施更加簡單，要實施保護接地的，能就近接到接地體或已經連接到接地體的，就近連接；金屬電纜槽、電纜保護管應作保護接地，每隔20 m重復接地。

(6)新規范中把工作接地和屏蔽接地分開，明確了非金屬電纜槽的屏蔽層連接線或靜電釋放線應接到保護接地。

(7)工作接地方法中，明確了信號回路中應避免產生多點接地，信號回路的接地應采用單點接地方式，信號回路中應避免產生多點接地，如果一條線路上的信號源和接收儀表都不可避免接地，則應采用隔離器將兩點接地隔離開。

(8)屏蔽接地新增四種方式，單層屏蔽電纜、單層屏蔽鎧裝電纜、分屏總屏電纜、分屏總屏鎧裝電纜，接地方式又分為內屏蔽層、外屏蔽層、鎧裝層及金屬保護管。

(9)防靜電接地，條文解釋中特殊說明，儀表及控制系統的防靜電接地比較簡單，很多相應的規范、資料規定用于靜電接地的電阻為100 Ω。對于需要做防靜電的設備、應該連接到保護接地上，保護接地有防靜電、屏蔽接地作用。

(10)防雷接地，網型結構是新規范的一個重大變化。由于儀表防雷接地有特別需要注意的地方，舊規范不能涵蓋，鑒于當時的技術人員背景，主要解決采用共用接地的問題，避免混亂，回避了防雷接地[1]。新規范條文中特殊說明：儀表及控制系統防雷接地僅是儀表及控制系統防雷工程的一個組成部分，本規范不是儀表及控制系統防雷工程規范，不對儀表及控制系統防雷接地作詳細規定，也就是說儀表及控制系統防雷接地需要去找儀表及控制系統防雷工程規范。

(11)接地線及接地材料的要求，將接地線、接地干線、接地總干線說法更加明確。其中明確了接地導線的截面可根據連接儀表的數量和接地線的長度按給出數值選用，明確說法如下：室內安裝的單臺儀表的接地導線、室內儀表或接線箱的接地連接導線、機柜內匯流排或匯流導軌之間的連接導線、機柜到接地匯總板或匯總板之間的接地干線、接地裝置引出線；同時也明確闡述接地連接導體材料和類型。

3 接地系統故障案例

3.1 電儀信號接地系統干擾情況說明

2#380萬噸/年連續重整裝置CCS系統采用的是Triconex系統，其中自開工以來，CCS系統的多塊AO卡均陸續出現故障報警(Voter flags mismatch)，手動切換備用卡后故障報警依舊，將所有AO信號做出歷史趨勢組后發現，整塊AO卡投用的AO輸出信號均出現過同步瞬間波動甚至失電的情況，由此得出該系統可能存在外部干擾源。

3.2 故障排查

在檢查外部干擾源時，重點對2#重整CCS各機柜工作地、保護地回路進行排查，各機柜工作地、保護地均先接到各自接地銅排后匯流到各自主接地銅排，最后匯流至主接地網。工作地、保護地無交叉混接，且接地牢靠無松動。檢查工作地、保護地回路電壓與電阻時發現，保護地與主接地排間電壓為0 V，而工作地與主接地排之間普遍存在0.1 V(AC)以上交流電壓。另外，系統接地連接電阻≤1 Ω，工頻接地電阻≤4 Ω。

檢查工作地接地排，上面接有各機柜24 V電源OV端、各儀表信號線屏蔽層。對鎧裝分支電纜、總屏分屏多芯主電纜屏蔽層接地檢查，其中主電纜分屏蔽層在機柜間側通過接地匯流排接工作地，在接線箱側分屏蔽層通過端子與分支電纜屏蔽層連接，不接地。總屏蔽層在機柜間側通過接地匯流排接保護地，在接線箱側總屏蔽層通過接地匯流排接保護地。而鎧裝分支電纜在接線箱側屏蔽層通過端子與主電纜分屏蔽層連接，不接地。鎧裝層在接線箱側通過接地匯流排接保護地。滿足SH/T 3081-2019《石油化工儀表接地設計規范》，整個回路中無與動力電纜重合、交叉情況。進一步排查電氣配電間至儀表控制系統信號屏蔽接地情況，發現電氣側屏蔽未留接地頭，而信號屏蔽線接到了儀表機柜工作地接地排上，且電氣至儀表信號線與UPS，機柜間照明等動力電纜共用電纜溝。單獨斷開電儀主電纜屏蔽接線，測得屏蔽線與接地極間有70 VAC左右電壓。判斷出電氣至儀表信號線屏蔽受到了強電磁干擾產生了感應電壓。因屏蔽層與電源0 V端共用工作地接地排，電氣信號線屏蔽干擾電壓較強，工作地接地線不能徹底導走干擾電壓，所以CCS各機柜工作地與主接地排之間有0.1 V(AC)左右交流電壓。系統0 V端頻繁波動，導致系統出現報警及AO卡偶發性波動。將電氣信號線屏蔽層改接至保護地接地排后干擾消失，系統復位后正常。

3.3 故障總結

(1)從電氣配電室、UPS室到儀表機柜間之間的電纜，無論是動力電纜還是聯鎖信號電纜，其屏蔽層應在電氣側進行接地，不能接到儀表側。

(2)電儀間信號線應與動力電纜分開敷設，或單獨設置儀表槽盒，用隔板對強弱電電纜隔離，以避免產生電磁干擾。

(3)工作接地與屏蔽接地不能混為一談，信號線主電纜應采用總屏分屏結構，總屏蔽層及金屬鎧保護層應兩端接地接至保護地。

4 結語

儀表保護接地和工作接地以大地或設備系統的公共電氣連接點作為接地點來實現等電位接地連接網，多年的工程實踐中可以充分證明等電位接地實現了兩個目的：建立公共參考電位和降低地電流在線路上產生的電位差。在SH/T 3081-2019《石油化工儀表接地設計規范》中，明確提出了：儀表接地應根據等電位接地的原則，實現等電位接地連接網[2]。儀表接地應與電氣系統接地共用接地裝置，應接到電氣系統的接地板上。因此，在實際工作中要按規范執行，接地施工做到正確合規，為儀表控制系統能夠長期、穩定地運行提供可靠的保障。