炼化一体化项目仪表控制系统接地探讨

蔡云兴(浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000)

1 概述

随着炼化产能的更新换代，超级联合炼化项目纷纷上马投产，炼化装置配备的仪表控制系统如DCS、SIS、CCS、GDS、PLC等等种类繁多，正确可靠的仪表接地是仪表控制系统安全平稳运行的前提条件之一。自SH/T 3081—2019《石油化工仪表接地设计规范》新版发布以来，该规范内容发生了巨大变化，在很多细节上有着颠覆性的变化，比如：(1)新规范引用了GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》内容；(2)在术语和定义部分，将2003版规范表述在正文部分的内容，根据现行标准编制规定增加了原定义和术语；(3)在新规范中将接地功能分类和接地方法合并，在接地系统结构部分明确了分支集中结构，增加网型结构、组合结构；接地电阻和连接电阻部分，除了把接地电阻和连接电阻概念移到术语里，电阻值没有变化；(4)增加了2个规范性附录：屏蔽电缆接地图，一张附录四种接线方式解决了困扰屏蔽电缆选择的难题；网型接地结构设计参考图，在工程施工建设过程中更加实用，具有可操作性和指导意义。文章解读了SH/T 3081—2019《石油化工仪表接地设计规范》变化部分内容，同时以某石化4 000万吨/年炼化一体化项目2#380万吨/年连续重整装置因接地引起的仪表控制系统故障为例，讨论了仪表及控制系统接地的抗干扰作用、相关的接地原则、项目建设施工过程中应注意的事项等。

2 新接地规范变化

(1)新规范对名词定义更加清晰，旧规范仪表及控制系统工作接地包括：仪表信号回路接地和屏蔽接地。本规定中的工作接地，均指仪表及控制系统工作接地。新规范将工作接地和屏蔽接地分开，而且对屏蔽接地做了详细表述。

(2)在旧规范中，齐纳式安全栅的本安系统接地与仪表信号回路接地不应分开；新规范表述为：从电路连接上，齐纳式安全栅是串联在仪表回路中的，因此接地是分不开的，本安系统接地的作用和工作原理与仪表工作接地不同，类似于设备保护接地，所以单节讨论。

(3)保护接地不受单点接地限制，对于体积和长度较大的设备还需要多点接地，和网型结构相呼应。①仪表及控制系统的外露导电部分，均应实施保护接地。②装有仪表或控制系统的金属仪表盘、台、箱、柜、架等宜实施保护接地。主要变化：与已经接地的金属仪表盘、台、箱、柜、架等电气接触良好，或者与其实施了导电连接的仪表和控制系统的外露导电部分可不再另外实施保护接地；条文中做了说明：仪表及控制系统的外露导电部分，正常时不带电，在故障、损坏或非正常情况时可能带危机人身或设备安全的危险电压。

(4)供电电压低于36 V供电的现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱，可不做保护接地，明确了是在非爆炸性气体环境中这一前提下。本质安全系统的仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱，可不实施保护接地。

(5)保护接地方法，新规范实施更加简单，要实施保护接地的，能就近接到接地体或已经连接到接地体的，就近连接；金属电缆槽、电缆保护管应作保护接地，每隔20 m重复接地。

(6)新规范中把工作接地和屏蔽接地分开，明确了非金属电缆槽的屏蔽层连接线或静电释放线应接到保护接地。

(7)工作接地方法中，明确了信号回路中应避免产生多点接地，信号回路的接地应采用单点接地方式，信号回路中应避免产生多点接地，如果一条线路上的信号源和接收仪表都不可避免接地，则应采用隔离器将两点接地隔离开。

(8)屏蔽接地新增四种方式，单层屏蔽电缆、单层屏蔽铠装电缆、分屏总屏电缆、分屏总屏铠装电缆，接地方式又分为内屏蔽层、外屏蔽层、铠装层及金属保护管。

(9)防静电接地，条文解释中特殊说明，仪表及控制系统的防静电接地比较简单，很多相应的规范、资料规定用于静电接地的电阻为100 Ω。对于需要做防静电的设备、应该连接到保护接地上，保护接地有防静电、屏蔽接地作用。

(10)防雷接地，网型结构是新规范的一个重大变化。由于仪表防雷接地有特别需要注意的地方，旧规范不能涵盖，鉴于当时的技术人员背景，主要解决采用共用接地的问题，避免混乱，回避了防雷接地[1]。新规范条文中特殊说明：仪表及控制系统防雷接地仅是仪表及控制系统防雷工程的一个组成部分，本规范不是仪表及控制系统防雷工程规范，不对仪表及控制系统防雷接地作详细规定，也就是说仪表及控制系统防雷接地需要去找仪表及控制系统防雷工程规范。

(11)接地线及接地材料的要求，将接地线、接地干线、接地总干线说法更加明确。其中明确了接地导线的截面可根据连接仪表的数量和接地线的长度按给出数值选用，明确说法如下：室内安装的单台仪表的接地导线、室内仪表或接线箱的接地连接导线、机柜内汇流排或汇流导轨之间的连接导线、机柜到接地汇总板或汇总板之间的接地干线、接地装置引出线；同时也明确阐述接地连接导体材料和类型。

3 接地系统故障案例

3.1 电仪信号接地系统干扰情况说明

2#380万吨/年连续重整装置CCS系统采用的是Triconex系统，其中自开工以来，CCS系统的多块AO卡均陆续出现故障报警(Voter flags mismatch)，手动切换备用卡后故障报警依旧，将所有AO信号做出历史趋势组后发现，整块AO卡投用的AO输出信号均出现过同步瞬间波动甚至失电的情况，由此得出该系统可能存在外部干扰源。

3.2 故障排查

在检查外部干扰源时，重点对2#重整CCS各机柜工作地、保护地回路进行排查，各机柜工作地、保护地均先接到各自接地铜排后汇流到各自主接地铜排，最后汇流至主接地网。工作地、保护地无交叉混接，且接地牢靠无松动。检查工作地、保护地回路电压与电阻时发现，保护地与主接地排间电压为0 V，而工作地与主接地排之间普遍存在0.1 V(AC)以上交流电压。另外，系统接地连接电阻≤1 Ω，工频接地电阻≤4 Ω。

检查工作地接地排，上面接有各机柜24 V电源OV端、各仪表信号线屏蔽层。对铠装分支电缆、总屏分屏多芯主电缆屏蔽层接地检查，其中主电缆分屏蔽层在机柜间侧通过接地汇流排接工作地，在接线箱侧分屏蔽层通过端子与分支电缆屏蔽层连接，不接地。总屏蔽层在机柜间侧通过接地汇流排接保护地，在接线箱侧总屏蔽层通过接地汇流排接保护地。而铠装分支电缆在接线箱侧屏蔽层通过端子与主电缆分屏蔽层连接，不接地。铠装层在接线箱侧通过接地汇流排接保护地。满足SH/T 3081-2019《石油化工仪表接地设计规范》，整个回路中无与动力电缆重合、交叉情况。进一步排查电气配电间至仪表控制系统信号屏蔽接地情况，发现电气侧屏蔽未留接地头，而信号屏蔽线接到了仪表机柜工作地接地排上，且电气至仪表信号线与UPS，机柜间照明等动力电缆共用电缆沟。单独断开电仪主电缆屏蔽接线，测得屏蔽线与接地极间有70 VAC左右电压。判断出电气至仪表信号线屏蔽受到了强电磁干扰产生了感应电压。因屏蔽层与电源0 V端共用工作地接地排，电气信号线屏蔽干扰电压较强，工作地接地线不能彻底导走干扰电压，所以CCS各机柜工作地与主接地排之间有0.1 V(AC)左右交流电压。系统0 V端频繁波动，导致系统出现报警及AO卡偶发性波动。将电气信号线屏蔽层改接至保护地接地排后干扰消失，系统复位后正常。

3.3 故障总结

(1)从电气配电室、UPS室到仪表机柜间之间的电缆，无论是动力电缆还是联锁信号电缆，其屏蔽层应在电气侧进行接地，不能接到仪表侧。

(2)电仪间信号线应与动力电缆分开敷设，或单独设置仪表槽盒，用隔板对强弱电电缆隔离，以避免产生电磁干扰。

(3)工作接地与屏蔽接地不能混为一谈，信号线主电缆应采用总屏分屏结构，总屏蔽层及金属铠保护层应两端接地接至保护地。

4 结语

仪表保护接地和工作接地以大地或设备系统的公共电气连接点作为接地点来实现等电位接地连接网，多年的工程实践中可以充分证明等电位接地实现了两个目的：建立公共参考电位和降低地电流在线路上产生的电位差。在SH/T 3081-2019《石油化工仪表接地设计规范》中，明确提出了：仪表接地应根据等电位接地的原则，实现等电位接地连接网[2]。仪表接地应与电气系统接地共用接地装置，应接到电气系统的接地板上。因此，在实际工作中要按规范执行，接地施工做到正确合规，为仪表控制系统能够长期、稳定地运行提供可靠的保障。