控制系統接地改造

王進，劉玉斌，白永平

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

規范的接地是保證儀表及控制系統能夠安全、穩定運行的基本條件，接地系統是否可靠，是關系生產系統平穩運行的關鍵因素。下面以某裝置發生的系列信號干擾事件為例，說明儀表及控制系統接地對生產系統的重要性。

1 案例說明

2019年11月27日，陜西北元化工集團股份有限公司(以下簡稱“北元化工”)某裝置不同生產線的4臺反應釜的高速攪拌、低速攪拌功率信號運行中瞬間同時出現IOP-報警后自動恢復，聯鎖單釜加阻聚劑TBC終止反應；12月11日，某裝置同一條生產線2臺反應釜高速攪拌、低速攪拌功率瞬間出現IOP-報警后自動恢復，聯鎖單釜加阻聚劑TBC終止反應；12月12日，另一條生產線1臺反應釜高速攪拌、低速攪拌功率再次瞬間出現IOP-報警后自動恢復，聯鎖單釜加阻聚劑TBC終止反應；12月30日，另外一裝置儲罐液位瞬間波動至滿量程，導致局部裝置停車。

2 原因分析及調查

以上4起事件發生后，每次僅對各故障信號回路進行了檢查，并對安全柵、I/O卡件進行更換，數據監測正常后隨即恢復投運，具體原因仍未查明。

連續出現多次信號無明顯征兆丟失現象后，北元化工成立了事故調查小組展開原因排查。幾次事件有類似現象，應為共因失效所致，推斷故障點應為線路干擾或系統接地存在問題。

2.1 線路干擾原因排查及分析

首先，對信號回路進行了排查。幾次事件涉及的故障高速攪拌信號均是從配電室至SIS端子柜，低速攪拌信號均是從配電室至DCS端子柜，各釜的高速攪拌與低速攪拌分別在SIS和DCS中監測；發生故障的信號點不在同一控制站內，配電室側也由不同配電柜引出；液位信號是從現場至SIS端子柜，與攪拌信號也不在同一卡件中。由此分析，可排除線路干擾引起的信號回路共因失效這個因素。

其次，對信號敷設線路進行了排查。各聚合釜攪拌信號從配電室側同一電纜橋架引出，這部分橋架內動力電纜和控制電纜同時存在，無有效隔離措施；出配電室后從架空電纜橋架至控制室。由此可見，配電室側動力電纜與儀表信號電纜在同一橋架內平行敷設，未做到兩者之間最小間距措施落實。

措施落實：將配電室側至控制室側信號電纜重新敷設，獨立敷設信號電纜橋架。

2.2 接地系統排查及分析

排查發現：幾次故障點控制室側接地均符合文獻[1]中信號屏蔽電纜的屏蔽層在控制室一側單端接地的要求，但在控制室內保護接地匯總板處發現部分接地線連接不牢固問題。類比排查過程中發現：該控制室接地總干線未引出控制室，控制室來自變電站供電系統的PE端未接入保護接地匯總板，儀表系統各類接地與電氣裝置未合用接地裝置，等電位網失效。隨后安排對控制室外接地系統地埋部分進行檢查，發現如下問題：地埋部分存在多點腐蝕斷裂，接地極與接地環網扁鐵施焊不符合三面施焊要求，接地極少于設計數量。隨機采樣對16點接地極進行阻值測量，測量結果見圖1。

圖1 某控制室接地系統阻值測量結果Fig.1 Measurement results of resistance of grounding system for a control room

由圖1可見：該控制室接地系統不符合儀表系統接地的要求(電阻不應大于4 Ω)。計算可得:抽樣檢測結果93.75%不合格。

由于各反應釜高速攪拌功率與低速攪拌功率信號屬于不同系統，不在同一控制站且不同的端子板，液位信號敷設與攪拌信號敷設不在同一橋架內，且同時存在儀表系統接地不符合要求的突出問題。由此判斷，多次信號故障的原因是控制系統接地方式不符合要求。

3 接地改造

為了降低干擾，避免因接地系統不完善造成控制系統故障的發生，按文獻[1]要求，對該裝置DCS接地系統進行改造及要求如下。

(1)原接地系統因生產裝置運行暫時不做整改，在原接地總干線處開孔增加接地干線，采用銅質接線片(線鼻子)和鍍鋅鋼質螺栓將增加的接地干線與原接地總干線連接，連接處用防松件或采用焊接連接。

(2)在該控制室建筑周圍距墻體3 m處挖出0.8 m×1.0 m土方后，垂直砸入長度≥2.5 m的∠50 mm×50 mm×5 mm的熱鍍鋅角鋼，角鋼之間用50 mm×5 mm的扁鋼焊接連接。在墻體四面分別做接地極組，每組接地極組內不小于5根角鋼，每根角鋼間距5 m；使每組測量的接地電阻值小于1 Ω。滿足要求后，連接各接地組，再接入控制系統接地總干線。某控制室接地系統示意圖如圖2所示，儀表及控制系統接地連接原理如圖3所示。

圖2 某控制室接地系統示意圖Fig.2 Diagram of grounding system for a control room

圖3 儀表及控制系統接地連接原理示意圖Fig.3 Schematic diagram of connection between apparatus and control system grounding

(3)扁鋼與扁鋼焊接搭接面長度大于100 mm，不少于三面施焊，且焊點處做防腐蝕防銹處理。

4 改造效果

對該控制室外部接地系統改造后，隨機采樣對16點接地極進行阻值測量，測量結果如圖4所示。由圖4可見，每組測量的接地電阻值均小于1 Ω。

圖4 某控制室接地系統改造后阻值測量結果Fig.4 Measurement results of resistance of grounding system for a control room after modification

本次接地改造后，至2020年8月，未發生因接地不符造成的信號波動事件。

5 結語

規范的接地是保證儀表及控制系統能夠安全、穩定運行的基本條件，項目施工過程中儀表及控制系統接地實施的不規范，以及擴建、技改項目不斷增加過程中接地系統實施的遺漏，會給控制系統穩定運行帶來較大隱患，且發生故障后原因較難查出，施工過程的標準實施及有效監管、定期檢查接地系統可靠性是確保儀表及控制系統穩定、連續、安全運行的保障。本次接地系統改造，有效避免了不可靠的接地給系統帶來的危害，也警示了我們對項目實施中接地系統這項隱蔽工程重要性的認識。