控制系统接地改造

王进，刘玉斌，白永平

(陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719319)

规范的接地是保证仪表及控制系统能够安全、稳定运行的基本条件，接地系统是否可靠，是关系生产系统平稳运行的关键因素。下面以某装置发生的系列信号干扰事件为例，说明仪表及控制系统接地对生产系统的重要性。

1 案例说明

2019年11月27日，陕西北元化工集团股份有限公司(以下简称“北元化工”)某装置不同生产线的4台反应釜的高速搅拌、低速搅拌功率信号运行中瞬间同时出现IOP-报警后自动恢复，联锁单釜加阻聚剂TBC终止反应；12月11日，某装置同一条生产线2台反应釜高速搅拌、低速搅拌功率瞬间出现IOP-报警后自动恢复，联锁单釜加阻聚剂TBC终止反应；12月12日，另一条生产线1台反应釜高速搅拌、低速搅拌功率再次瞬间出现IOP-报警后自动恢复，联锁单釜加阻聚剂TBC终止反应；12月30日，另外一装置储罐液位瞬间波动至满量程，导致局部装置停车。

2 原因分析及调查

以上4起事件发生后，每次仅对各故障信号回路进行了检查，并对安全栅、I/O卡件进行更换，数据监测正常后随即恢复投运，具体原因仍未查明。

连续出现多次信号无明显征兆丢失现象后，北元化工成立了事故调查小组展开原因排查。几次事件有类似现象，应为共因失效所致，推断故障点应为线路干扰或系统接地存在问题。

2.1 线路干扰原因排查及分析

首先，对信号回路进行了排查。几次事件涉及的故障高速搅拌信号均是从配电室至SIS端子柜，低速搅拌信号均是从配电室至DCS端子柜，各釜的高速搅拌与低速搅拌分别在SIS和DCS中监测；发生故障的信号点不在同一控制站内，配电室侧也由不同配电柜引出；液位信号是从现场至SIS端子柜，与搅拌信号也不在同一卡件中。由此分析，可排除线路干扰引起的信号回路共因失效这个因素。

其次，对信号敷设线路进行了排查。各聚合釜搅拌信号从配电室侧同一电缆桥架引出，这部分桥架内动力电缆和控制电缆同时存在，无有效隔离措施；出配电室后从架空电缆桥架至控制室。由此可见，配电室侧动力电缆与仪表信号电缆在同一桥架内平行敷设，未做到两者之间最小间距措施落实。

措施落实：将配电室侧至控制室侧信号电缆重新敷设，独立敷设信号电缆桥架。

2.2 接地系统排查及分析

排查发现：几次故障点控制室侧接地均符合文献[1]中信号屏蔽电缆的屏蔽层在控制室一侧单端接地的要求，但在控制室内保护接地汇总板处发现部分接地线连接不牢固问题。类比排查过程中发现：该控制室接地总干线未引出控制室，控制室来自变电站供电系统的PE端未接入保护接地汇总板，仪表系统各类接地与电气装置未合用接地装置，等电位网失效。随后安排对控制室外接地系统地埋部分进行检查，发现如下问题：地埋部分存在多点腐蚀断裂，接地极与接地环网扁铁施焊不符合三面施焊要求，接地极少于设计数量。随机采样对16点接地极进行阻值测量，测量结果见图1。

图1 某控制室接地系统阻值测量结果Fig.1 Measurement results of resistance of grounding system for a control room

由图1可见：该控制室接地系统不符合仪表系统接地的要求(电阻不应大于4 Ω)。计算可得:抽样检测结果93.75%不合格。

由于各反应釜高速搅拌功率与低速搅拌功率信号属于不同系统，不在同一控制站且不同的端子板，液位信号敷设与搅拌信号敷设不在同一桥架内，且同时存在仪表系统接地不符合要求的突出问题。由此判断，多次信号故障的原因是控制系统接地方式不符合要求。

3 接地改造

为了降低干扰，避免因接地系统不完善造成控制系统故障的发生，按文献[1]要求，对该装置DCS接地系统进行改造及要求如下。

(1)原接地系统因生产装置运行暂时不做整改，在原接地总干线处开孔增加接地干线，采用铜质接线片(线鼻子)和镀锌钢质螺栓将增加的接地干线与原接地总干线连接，连接处用防松件或采用焊接连接。

(2)在该控制室建筑周围距墙体3 m处挖出0.8 m×1.0 m土方后，垂直砸入长度≥2.5 m的∠50 mm×50 mm×5 mm的热镀锌角钢，角钢之间用50 mm×5 mm的扁钢焊接连接。在墙体四面分别做接地极组，每组接地极组内不小于5根角钢，每根角钢间距5 m；使每组测量的接地电阻值小于1 Ω。满足要求后，连接各接地组，再接入控制系统接地总干线。某控制室接地系统示意图如图2所示，仪表及控制系统接地连接原理如图3所示。

图2 某控制室接地系统示意图Fig.2 Diagram of grounding system for a control room

图3 仪表及控制系统接地连接原理示意图Fig.3 Schematic diagram of connection between apparatus and control system grounding

(3)扁钢与扁钢焊接搭接面长度大于100 mm，不少于三面施焊，且焊点处做防腐蚀防锈处理。

4 改造效果

对该控制室外部接地系统改造后，随机采样对16点接地极进行阻值测量，测量结果如图4所示。由图4可见，每组测量的接地电阻值均小于1 Ω。

图4 某控制室接地系统改造后阻值测量结果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，未发生因接地不符造成的信号波动事件。

5 结语

规范的接地是保证仪表及控制系统能够安全、稳定运行的基本条件，项目施工过程中仪表及控制系统接地实施的不规范，以及扩建、技改项目不断增加过程中接地系统实施的遗漏，会给控制系统稳定运行带来较大隐患，且发生故障后原因较难查出，施工过程的标准实施及有效监管、定期检查接地系统可靠性是确保仪表及控制系统稳定、连续、安全运行的保障。本次接地系统改造，有效避免了不可靠的接地给系统带来的危害，也警示了我们对项目实施中接地系统这项隐蔽工程重要性的认识。