煉化一體化項目儀表控制系統(tǒng)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(chǎn)能的更新?lián)Q代，超級聯(lián)合煉化項目紛紛上馬投產(chǎn)，煉化裝置配備的儀表控制系統(tǒng)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(tǒng)安全平穩(wěn)運行的前提條件之一。自SH/T 3081—2019《石油化工儀表接地設(shè)計規(guī)范》新版發(fā)布以來，該規(guī)范內(nèi)容發(fā)生了巨大變化，在很多細節(jié)上有著顛覆性的變化，比如：(1)新規(guī)范引用了GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》內(nèi)容；(2)在術(shù)語和定義部分，將2003版規(guī)范表述在正文部分的內(nèi)容，根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)編制規(guī)定增加了原定義和術(shù)語；(3)在新規(guī)范中將接地功能分類和接地方法合并，在接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分明確了分支集中結(jié)構(gòu)，增加網(wǎng)型結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)；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(shù)語里，電阻值沒有變化；(4)增加了2個規(guī)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(wǎng)型接地結(jié)構(gòu)設(shè)計參考圖，在工程施工建設(shè)過程中更加實用，具有可操作性和指導(dǎo)意義。文章解讀了SH/T 3081—2019《石油化工儀表接地設(shè)計規(guī)范》變化部分內(nèi)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(xù)重整裝置因接地引起的儀表控制系統(tǒng)故障為例，討論了儀表及控制系統(tǒng)接地的抗干擾作用、相關(guān)的接地原則、項目建設(shè)施工過程中應(yīng)注意的事項等。

2 新接地規(guī)范變化

(1)新規(guī)范對名詞定義更加清晰，舊規(guī)范儀表及控制系統(tǒng)工作接地包括：儀表信號回路接地和屏蔽接地。本規(guī)定中的工作接地，均指儀表及控制系統(tǒng)工作接地。新規(guī)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(guī)范中，齊納式安全柵的本安系統(tǒng)接地與儀表信號回路接地不應(yīng)分開；新規(guī)范表述為：從電路連接上，齊納式安全柵是串聯(lián)在儀表回路中的，因此接地是分不開的，本安系統(tǒng)接地的作用和工作原理與儀表工作接地不同，類似于設(shè)備保護接地，所以單節(jié)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(shè)備還需要多點接地，和網(wǎng)型結(jié)構(gòu)相呼應(yīng)。①儀表及控制系統(tǒng)的外露導(dǎo)電部分，均應(yīng)實施保護接地。②裝有儀表或控制系統(tǒng)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(jīng)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(dǎo)電連接的儀表和控制系統(tǒng)的外露導(dǎo)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(tǒng)的外露導(dǎo)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(shè)備安全的危險電壓。

(4)供電電壓低于36 V供電的現(xiàn)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(huán)境中這一前提下。本質(zhì)安全系統(tǒng)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(guī)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(jīng)連接到接地體的，就近連接；金屬電纜槽、電纜保護管應(yīng)作保護接地，每隔20 m重復(fù)接地。

(6)新規(guī)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(yīng)接到保護接地。

(7)工作接地方法中，明確了信號回路中應(yīng)避免產(chǎn)生多點接地，信號回路的接地應(yīng)采用單點接地方式，信號回路中應(yīng)避免產(chǎn)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(yīng)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(nèi)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(tǒng)的防靜電接地比較簡單，很多相應(yīng)的規(guī)范、資料規(guī)定用于靜電接地的電阻為100 Ω。對于需要做防靜電的設(shè)備、應(yīng)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(wǎng)型結(jié)構(gòu)是新規(guī)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(guī)范不能涵蓋，鑒于當(dāng)時的技術(shù)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(guī)范條文中特殊說明：儀表及控制系統(tǒng)防雷接地僅是儀表及控制系統(tǒng)防雷工程的一個組成部分，本規(guī)范不是儀表及控制系統(tǒng)防雷工程規(guī)范，不對儀表及控制系統(tǒng)防雷接地作詳細規(guī)定，也就是說儀表及控制系統(tǒng)防雷接地需要去找儀表及控制系統(tǒng)防雷工程規(guī)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(dǎo)線的截面可根據(jù)連接儀表的數(shù)量和接地線的長度按給出數(shù)值選用，明確說法如下：室內(nèi)安裝的單臺儀表的接地導(dǎo)線、室內(nèi)儀表或接線箱的接地連接導(dǎo)線、機柜內(nèi)匯流排或匯流導(dǎo)軌之間的連接導(dǎo)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(dǎo)體材料和類型。

3 接地系統(tǒng)故障案例

3.1 電儀信號接地系統(tǒng)干擾情況說明

2#380萬噸/年連續(xù)重整裝置CCS系統(tǒng)采用的是Triconex系統(tǒng)，其中自開工以來，CCS系統(tǒng)的多塊AO卡均陸續(xù)出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，整塊AO卡投用的AO輸出信號均出現(xiàn)過同步瞬間波動甚至失電的情況，由此得出該系統(tǒng)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(wǎng)。工作地、保護地?zé)o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(fā)現(xiàn)，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(tǒng)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(cè)通過接地匯流排接工作地，在接線箱側(cè)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(cè)通過接地匯流排接保護地，在接線箱側(cè)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(cè)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(cè)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(shè)計規(guī)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(tǒng)信號屏蔽接地情況，發(fā)現(xiàn)電氣側(cè)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(chǎn)生了感應(yīng)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(dǎo)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(tǒng)0 V端頻繁波動，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)報警及AO卡偶發(fā)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(tǒng)復(fù)位后正常。

3.3 故障總結(jié)

(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(lián)鎖信號電纜，其屏蔽層應(yīng)在電氣側(cè)進行接地，不能接到儀表側(cè)。

(2)電儀間信號線應(yīng)與動力電纜分開敷設(shè)，或單獨設(shè)置儀表槽盒，用隔板對強弱電電纜隔離，以避免產(chǎn)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(yīng)采用總屏分屏結(jié)構(gòu)，總屏蔽層及金屬鎧保護層應(yīng)兩端接地接至保護地。

4 結(jié)語

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