浅谈天然气输配站控制系统接地技术

卢怀

摘 要：输配站控制系统是天然气输配中的重要控制环节，接地技术则是控制系统安全运行的最重要的要素。接地的好坏关系到控制系统抗干扰能力的大小。本文针对天然气输配控制系统中存在的干扰问题，对干扰产生，接地类型和方式进行了深入的分析，根据工程实践，提出建设与措施。最后，综述了良好的接地措施，能够有效提高控制系统的抗干扰能力。

关键词：天然气输配站 控制系统 接地技术

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-01

自国家提出西部大开发战略决策以来，特别是“西气东输”天然气管道系统的建设，包括近期开展的“川气东送”天然气管道工程，都极大的改善了我国的能源结构，有效的治理大气污染，同时带来了更为显著的经济效益。天然气将成为我国未来的主导能源，与之密切相关的天然气输配技术将同时得到极大的发展。由于中国工业发展的不均衡，我国天然气控制系统的技术发展水平和国际上的先进水平还有不小的差距，因此在吸收国外先进经验的基础上，开发具有自己知识产权的天然气输配站控制技术已经成为当前的重点。

1 干扰的产生

天然气输配控制系统的现场干扰源种类繁多，尤其是大型输配站更为复杂。干扰的来源主要包括控制系统内部与外部两个部分。控制系统内部干扰主要有：电源干扰、变频器的电磁噪声、动力电缆感应的干扰信号。而控制系统外部的干扰源主要有电气设备的电磁场、雷击、闪电、电火花等。在形成的干扰中，多数干扰源有规律可循，可以通过一定的手段检测并加以控制。比如：“当启动某个设备时，就有干扰发生。”有些干扰源则随机出现，难以捕捉，比如“由于接地不良导致的干扰”。但各种干扰源都是通过一定的途径对控制系统产生影响的，因此，在干扰途径上进行控制就能够有效地减少干扰源或者干扰幅度。

2 输配站控制系统的基本结构

2.1 PLC结构

目前天然气输配站的控制系统大多采用PLC控制系统，这种是以PLC为基础的生产过程控制系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及报警等各项功能。主要的功能如下：现场的压力、液位、温度通过现场各种变送器将信号传至PLC内部输入端子上，然后由内部的无纸记录仪显示、记录，报警信号由闪光报警仪发出声光报警。大量的信号显示都是在LCD显示屏上，同时，控制与操作也都由键盘与鼠标来完成。为了保证输配系统在极端情况下，也能够进行控制，对于重要的信号，可通过设在现场及表盘上的紧急切断按钮手动对切断阀分别实现控制。

2.2 接地种类

在仪表和PLC控制系统中，接地的作用主要是安全与工作稳定。安全是指保护人身安全和设备的安全，当发生漏电等情况时，能够通过接地网络保证设备的低电位，达到保证安全的目的。工作稳定是保障仪表和控制系统的运行稳定，实现安全、可靠、高效、准确地运行，也就是保证信号通畅、抗御各种干扰。仪表和控制系统接地的分类 根据安全与稳定的接地目的，天然气输配系统的接地分类如下。

（1）保护接地。用电仪表的金属外壳及自控设备正常不带电的金属部分，由于各种原因造成的漏电，如绝缘破坏而有可能带电，危害人身安全的，都应作保护接地。针对危险电压，我国采用36 V。这类主要是指用电仪表的金属外壳。另外还有种情况，就是在绝缘体或高电阻体上，由于感应或摩擦等原因，造成电荷积聚，积聚的电荷可能对仪表和控制信号造成干扰，静电荷放电可能损坏仪表设备。为防止静电的危害，就在自控设备正常不带电的金属部分也进行接地。（2）工作接地。工作接地分为信号屏蔽接地和回路接地。在仪表和控制系统中，信号分为隔离信号和非隔离信号。隔离信号通常是接点信号，有些模拟量信号也采用隔离变送器进行隔离，保证控制系统的运行安全。而对于大量的输入信号，包括流量与压力与温度都采用非隔离信号，这往往需要建立一个公共参考点，在PLC控制系统应用中一般为直流电源的负极。为了减少由此引进的干扰，在现场应用中，都将此公共点实行接地。屏蔽接地是用来降低电磁场干扰。在现场应用中，包括电缆槽、电缆保护管、电缆的屏蔽层均应接地，才能起到屏蔽作用。控制系统所有的操作员机柜、现场控制站机柜、打印机、端子柜等均应设置保护接地。保护接地应接至现场电气专业接地网，接地电阻应小于4 Ω。仪表和控制系统的接地方式，最初在引進PLC控制系统时，按照厂家规定，将仪表和控制系统的保护接地接入电气安全接地网，工作接地则采用独立的接地装置与大地相接，两种接地网之间距离至少保持5 m，且接地电阻不大于2 Ω。这两种接地能够在安全与抗干扰两方面做到

兼顾。

3 接地的实际应用

干扰主要是干扰源通过干扰途径作用于被干扰对象形成的。因此，为了抑制或消除干扰，就要从消除或抑制干扰源、切断干扰作用的途径、削弱干扰接受对象对干扰信号的敏感性等方面着手，并采取适当的措施。由于干扰的产生是很复杂的，必须根据实际情况加以综合分析和考虑。良好的系统接地是提高PLC控制系统抗干扰能力的主要手段之一。天然气输配站控制系统的抗干扰能力已越来越受到工程技术人员的重视。安全、合理、可靠的接地是系统正常运行的重要保证。为了保证控制系统的监测控制精度和安全、可靠运行，必须从设计、设备的选型和安装、调试、生产维护各个环节对控制系统的接地进行综合控制。天然气输配站控制系统通常包括仪表柜、服务器柜、打印台、操作台、UPS柜、I/O机柜、继电器柜、手操盘台等设备。在这些设备中，配电柜、UPS柜、继电器柜、服务器柜、打印台及操作台均应设有保护接地螺钉，以提供所装设备的电源接地；PLC设备的I/O机柜、仪表柜和手操盘台应同时设置屏蔽接地汇流排和保护接地螺钉，分别作为信号接地和电源接地。根据有关技术规定要求，PLC系统信号电缆的屏蔽层不能浮空，其接地方式应符合下列规定：当信号源为单独屏蔽时，屏蔽层应在PC计算机侧接地。当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时，应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。控制系统信号电缆的选择与敷设应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按要求进行接地。

4 结语

良好的接地系统是PLC控制系统安全稳定运行的重要环节。根据工程现场实践的经验，对于有些信号如果采用屏蔽接地，依然存在干扰时，就需要进行隔离处理，包括继电器隔离与隔离变送器，达到测量与输出信号的稳定可靠。在进行施工时，控制系统应当设置有电气接地与信号接地。文章对天然气输配控制系统接地类型、方式及接地装置控制系统干扰产生的原因以及在硬件、接地系统、信号线敷设等方面消除干扰的措施进行了分析。在实际工作中，还有很多消除干扰的技术措施，这些措施均可进一步提高控制系统的安全性和可靠性。

参考文献

[1] 蔡玉鹏，王福海，马利斌.浅谈电气火灾监控系统的发展与应用现状[J].科技致富向导，2011（27）.