郭富强
国家管网东部原油储运公司华东管道设计研究院有限公司 江苏省徐州市 221000
摘要：在输油生产过程中，仪表及控制系统是保障监控设备运行稳定性的—个重要因素，其接地形式也是近年来该领域研究和关注的一个重点。本文通过阐述仪表及控制系统接地系统的作用与分类，联系实际分析探讨了输油站场主要仪表自动化系统的接地技术要点和实施方法，以便为现场管理人员在实施仪表控制系统接地问题时提供一些建议，以供参考。
关键词：输油站场；仪表；控制系统；接地技术；接地方法
1引言
随着石油化工行业的不断发展，输油管道的自动化控制程度也越来越高，仪表及控制系统的发展有着数字化、智能化、模块化的特点，尤其是以现场总线型仪表为代表的智能仪表的出现，因其极容易受到电磁脉冲干扰，而对其接地系统提出了更严格、更细致的要求。接地系统是否可靠直接关系到仪表自动化系统后期正常运行，这就需要我们认真分析，在搞清楚各种接地方式的意义和作用的基础上，科学合理地设置仪表及控制系统的接地。
2 输油管道站场主要接地形式分类及作用
按照常规设计，目前输油管道站场不再独立设置仪表自动化系统接地装置，而是与全站低压电气设备共用全站的等电位接地网，且各单元接地系统网相互独立设置。根据接地的用途，可分为保护性接地和功能性接地。
2.1 保护性接地
保护性接地是当仪表自动化系统出现供电系统故障时，为了保证人身安全，避免发生人体触电事故，将平时不带电的设备金属外壳（机柜外壳等）与接地网连接而设置的接地。保护性接地主要包括：保护接地、防静电接地和防雷接地。
2.1.1 保护接地
仪表自动化系统的保护接地也称为安全接地。用电仪表的金属外壳及自控设备（一般情况下，指高于36V电压的设备或可能与高于36V电压设备）不带电的金属部分，正常时是不带电的，在出现故障、损坏，特别是交流电源系统出现异常、绝缘损坏时，可能造成系统或设备短路，造成仪表控制系统的外露部分带电，若没有良好的保护接地，可能给操作人员带来伤害。因此，必须将用电仪表的金属外壳及自控设备等外露的金属部分通过保护接地消除危险电压，以保证仪表控制系统设备和人身安全。
通常输油站场所指的自控设备如下：（1）操作台、控制盘（各类报警控制器）、接线箱；（2）SCADA系统机柜和操作站；（3）用电仪表外壳、电缆桥架（托盘）、穿线管、接线盒和铠装电缆的铠装护层；（4）其他各种自控辅助设备等。
2.1.2 防静电接地
一般情况下，对于未做保护接地且电压在36V以下的仪表设备，尤其是油气生产和输送等对静电敏感场所的仪表设备在未做防雷接地的情况下，都需要进行防静电接地。对于已经实施保护接地或者工作接地的设备，可不进行单独的防静电接地。
通常输油站场安装仪表与控制系统等各种设备的控制室或者机柜间的防静电地板、导静电地面等需要等电位连接并做防静电接地。
2.1.3 防雷接地
一般情况下，防雷接地为了防止雷电对仪表及控制系统的输入、输出和电源等器件造成的损坏所设置的接地。
通常输油站场现场仪表的电缆进入到机柜间时，在机柜内设置防雷电涌保护器，将雷击电流泄放入地，以保护仪表或者控制系统。
2.2 功能性接地
功能性接地主要包含工作接地和本安系统接地（输油站场仪表及控制系统基本不涉及本安回路，故本安系统接地本文不再表述）。工作接地主要用于排除干扰输送信号的成分，保证仪表及控制系统精确、可靠运行，目的是用于抗干扰，可分为信号回路接地和屏蔽接地。
2.2.1信号回路接地
在设计控制系统时，为防止不同接地点的地电位不均等形成地回路从而引入干扰，通常就以直流电源的负极为基准参考电位，将控制系统的模拟量信号（AI、AO）、数字量信号（DI、DO）的公共端与本系统直流电源的负端连接，而本系统直流电源的负端与工作接地汇流排相连接，从而形成仪表信号回路接地。
一般情况下，输油站场仪表与控制系统的信号回路接地在系统设计时已考虑，以保证仪表信号的正常传输。
2.2.2 屏蔽接地
屏蔽接地主要为实现电场屏蔽、电磁场屏蔽功能对屏蔽层、屏蔽体所做的接地。
通常在输油站场中，屏蔽接地一般是仪表屏蔽电缆的屏蔽层的接地，依据仪表信号源的类型将仪表信号电缆的屏蔽层合理的接地，可以抑制外界电磁场对仪表信号电缆线芯的干扰，可使仪表信号电缆准确地传递仪表信号。
3 接地系统连接方法
一般来说，输油站场仪表自动化系统的接地连接由仪表专业负责设计、施工；接地装置由电气专业负责设计、施工。
3.1 现场仪表与设备接地技术
3.1.1 接地原则
（1）仪表电缆槽盒、电缆保护管应做保护接地，采用直接焊接或者用接地导线就近连接至接地网或者连接到已接地的金属构件上，每隔20米重复接地，并应保证其接地的可靠性及电气的连续性；其进入建筑物前应就近连接到建筑物外部的接地网。
严禁利用储存、输送可燃性介质的金属设备、管道以及与之相关的金属构件进行接地。
（2）现场仪表接线箱两侧的电缆的屏蔽层应在箱内跨接。铠装电缆，其铠装保护金属层，应在现场和控制室分别接至保护接地
（3）仪表及控制系统的外露导电部分应做保护接地，其中非爆炸性气体环境中，供电电压低于36V的现场仪表金属外壳、金属接线箱，可不做保护接地，但对于可能与高于36V电压设备接触的应做保护接地；爆炸性气体环境中，非本安的现场仪表金属外壳、金属接线箱应做保护接地。
（4）仪表信号回路，应避免多点接地，对于现场仪表要求必须在现场接地，同时又要求将控制室接受仪表在控制室侧接地的，应采用隔离器将两个接地点作电气隔离。
（5）在控制室内的操作台、柜内应分类设置保护接地汇流排、工作接地汇流排。
3.1.2 现场仪表接地线要求
（1）接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆。导线应设置耐久性的标识，标识的颜色为一般为交替的黄绿色。
（2）接地系统的导线应根据连接设备的数量和长度按下列数值范围选用：
a）室内安装的单台仪表的接地导线: 1mm2～2.5mm2；
b）现场仪表或接线箱的接地连接导线: 2.5 mm2～4.0 mm2；
c）机柜内汇流排或汇流导轨之间的连接导线: 4.0 mm2～6.0 mm2；
d）机柜到接地汇总板或汇总板之间的接地干线: 10 mm2～25 mm2；
e）接地装置引出线: 25 mm2～70 mm2。
（3）接地汇流排、连接板规格应满足如下的要求：
接地汇流排宜采用25 mm2 * 6 mm2（宽*厚）的铜条制作。接地汇总板和总接地板应采用铜板制作。铜板厚度不应小于6 mm2，长宽尺寸按需要确定。
3.1.3 现场仪表接地电阻要求
仪表控制系统的接地电阻应不大于4Ω，仪表控制系统的接地连接电阻应不大于1Ω。
其中接地连接电阻是从仪表、控制设备的接地端子到总接地板之间导体及连接点电阻的总和称为联结电阻；接地电阻是接地极对地电阻和总接地板、接地总干线及接地总干线两端的连接点电阻之和称为接地电阻。
3.2 仪表接地常见做法
在仪器仪表安装完成之后，还必须注意正确的接地方式，否则，可能会造成不必要的麻烦，严重的可能会导致安全隐患。以下几种常见仪表及系统的接线方法。
3.2.1现场仪表常见做法
现场仪表、电缆保护金属管、防爆接线箱均做保护接地，接地均利用现场接地网，现场仪表的接地做法主要采用1*6 mm2黄绿接地线通过螺栓螺母将仪表与接地扁钢进行连接；接地扁钢需伸出地平面200mm～300mm，以确保后期测试、维修便捷。同时要求接地扁钢与现场接地网之间的连接方式采用焊接方式，至少有2条纵向焊缝，每条焊缝的焊接长度应大于80mm，且焊接部位做防腐处理，以确保接地的完好性。
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图1 现场仪表及电缆保护管接地示意图
其次铠装电缆的铠装保护金属层，应在两端接至保护接地，现场侧接地利用防爆铠装电缆密封装置进行接地，机柜侧采用PE热缩管做绝缘处理后，用接地导线通过镀锡铜端子压接至保护地汇流排。屏蔽电缆的屏蔽层在机柜侧接至工作接地。
阀门控制器环网通信电缆的屏蔽层全程电气连接，在接线箱、接线盒两侧的电缆屏蔽层应在箱内用端子连接在一起。
3.2.2 控制室接地系统常见做法
控制室接地主要是机柜的工作地、保护接地，具体做法为：机柜侧的工作地、保护地通过1*16 mm2黄绿接地线分别接至工作接地汇总排、保护接地汇总排，其中机柜侧工作地与工作接地汇总排的有效连接，通常采用2根1*16 mm2黄绿接地线同时连接。具体见图2.
其次机柜侧的工作地、保护地以及电缆的接地做法详见图3。
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5 结束语
本文通过分析长输原油站场仪表自动化系统的接地类型，进一步探讨了常见输油站场仪表自动化系统接地做法；虽然目前输油站场仪表自动化系统的接地形式有很多种，但也不能从根本上消除仪表自动化系统的静电干扰、电磁干扰等引起故障的因素，因此，需要在更多的层面对控制系统的接地设计方面进行完善和优化，以归纳当中存在的问题，，提高长输原油管道仪表自动化系统的的安全性和科学性。
参考文献：
[1] 输油气管道工程安全仪表系统设计规范（SY/T 6966-2013）
[2] 石油化工仪表接地设计规范 （SH/T 3081-2019）
[3] 刘莉圆.化工仪表及控制系统接地技术分析. 石化技术，2018，25（11）：5-6.