仪表供电与控制系统接地的常见问题及对策

孙伟森

（中国石化中原石油化工有限责任公司，河南濮阳 457000）

1 问题的提出

仪表供电与仪表控制系统（以下简称“仪控系统”）接地是两种既有区别又紧密联系的接地系统，在实际工作中往往由于对这两种接地系统的区别与联系认识不清，而造成不应当发生的事故（事件）。例如，某石油化工厂生产装置的K-1103 电机检修后拉到现场进行空试，电机二次回路中有一对去仪表的，反映该电机是否处于得电状态的接点信号。电气值班人员为预防万一，在征得工艺值班人员同意的情况下对连接该接点的芯线做断开处理。在进行断开处理的过程中，不慎将连接接点去仪表的电缆芯线接地，导致给PLC 供电的仪表电源熔断器熔断，造成PLC 失电，装置短时局部停车。后来该厂对这起事故进行事故分析，认为造成这起事故的根本原因在于现场处理此事的电工对仪表供电系统接地与仪控系统接地的关系认识不清，断开信号回路时不慎造成信号回路电缆芯线接地，酿成生产装置停车事故。

在实际工作中，也常常遇到对仪表供电系统接地与仪控系统接地理解不透甚至存在误解的情况，导致出现这样或那样的问题，为生产装置仪控系统安全平稳运行留下隐患。因此，对仪表供电系统接地与仪控系统接地进行分析对比，阐明其区别与联系，对仪控系统接地常见问题及其处理对策进行归纳列举说明非常必要，具有重要的现实意义。

2 仪表供电系统接地与仪控系统接地的分析与比较

2.1 仪表供电系统接地

给仪控系统供电的低压配电系统按其接地型式的不同可分为TT 系统、IT 系统、TN 系统3 种，其中TN 系统又分为TNS、TN-C、TN-C-S 3 种接线方式。目前，石油化工企业低压配电系统大多数采用TN-S 系统，给仪控系统供电也都采用TN-S 配电系统供电（图1）。TN-S 配电系统的保护线PE 线与中性线N线是分开的，它们除了在电源处连接在一起并接地外，其他部分都是彼此绝缘的。电气设备金属外壳要接PE 线。

图1 TN-S 供电系统接线示意

2.2 仪控系统接地

仪控系统接地按其作用分可分为保护接地、工作接地、本质安全系统接地、屏蔽接地、防静电接地、防雷接地等。

（1）保护接地是指当仪控系统设备有低压交流电源引入时，为保证人身和仪表设备本身的安全，防止设备发生接地故障时其外露导电部分出现超过限值的危险接触电压，对仪表设备外露导电部分所进行的接地。

（2）工作接地是为使仪控系统设备在工作时有一个统一的公共参考电位（即基准电位），不会因基准电位浮动而引起信号量的误差而将仪表信号电路所进行的接地。同时可以防止其内外的有害电磁场干扰，使仪表设备稳定可靠地工作，实现其固有的功能。

（3）本质安全系统接地是本质安全仪表正常工作所需要的接地。

（4）屏蔽接地是为避免电磁场对仪控系统仪表及其信号回路的干扰而采取的接地。

（5）防静电接地是为避免静电对仪表的破坏、信号的干扰而采取的接地。

（6）防雷接地是为防止直击雷及雷电流引起的电磁感应对仪表及其控制系统产生破坏与干扰而进行的接地。

2.3 仪表供电系统接地与仪控系统接地的关系

电气供配电系统是给仪控系统提供的工作电源，对于采用TN-S 配电系统供电的仪控系统，供电系统的PE 线要与仪控系统的接地总板或网格型接地的接地排连接在一起。无论仪控系统的保护接地还是工作接地，最终也都接在仪控系统的接地总板或网格型接地的接地排上，再连接到同一接地装置上。简单地说，给仪控系统供电的“地”（PE 线）与仪控系统的“地”最终是连在一起的，然后接到接地装置上。

2.4 仪控系统接地的常见结构形式

仪控接地系统的常见结构形式有3 种，分别为放射型、网格型和放射型与网格型组合构成的放射—网格组合型。

（1）放射型接地是将仪控系统的保护接地、工作接地分别就近接到相应的保护接地汇总板、工作接地汇总板上，然后保护接地汇总板、工作接地汇总板再分别连接到总接地板上，总接地板与供电系统的PE 线相连接，再接到接地装置上。保护接地、工作接地在连接到总接地板之前是相互分开的且是相互绝缘的。放射型接地常用于区域范围比较小、仪控设备不多的场所。

（2）网格型接地是指在仪控系统机柜间机柜底部的支撑上或活动地板夹层中安装敷设截面尺寸为40 mm×4 mm（宽×厚）的扁铜带、热镀锌扁钢或不锈钢带，构成网格状接地网。仪控系统的保护接地、工作接地就近接到此网格状接地网上，网格状接地网再与供电系统的PE 线相连，然后接到接地装置上。网格型接地一般用于仪控系统机柜间。

（3）放射—网格组合型接地是放射型接地、网格型接地的组合形式，将放射型接地的工作接地汇总板、保护接地汇总板或总接地板连接的网格状接地网上，网格状接地网与供电系统的PE线相连接，然后再与接地装置相连接。放射—网格组合型接地一般用于仪控设备较多的大型控制室、机柜间。

对于单一仪表设备或仪控系统单一信号回路，其接地点的点数有单点接地、多点重复接地等，对于仪表及控制系统的直流信号或低频信号（＜10 kHz）回路，为了避免在不同接地点之间产生接地回路以及不同接地点间电位差对仪表信号产生干扰，同时消除线路分布电容对仪表信号回路的影响，直流信号或低频信号回路一般采用单点接地。多点接地即重复接地，主要用于供配电设备和仪表设备（设施）的防雷接地，即大型设备、较长设备（设施）的接地，如电缆槽盒、桥架等每隔一段距离实施的接地。

3 仪表供电系统接地与仪控系统接地常见问题及其对策

仪表供电系统接地与仪控系统接地这两种接地的目的不同，接地连接的方式方法也不同，但两者又是紧密联系的，无论仪控系统的总接板还是网格型接地的接地排，最终都要与仪表供电的PE 线连接在一起，然后接到接地装置。在具体的工程施工过程中，往往对仪表供电系统接地、仪控系统接地及它们之间的关系理解不到位、把握不准，给仪控系统的安全平稳运行留下隐患。在具体的工程施工过程中以及对仪控系统的各类检查中，经常发现仪表供电系统接地与仪控系统接地方面的问题及对策有：

问题1：安装有仪控系统仪表设备的金属盘、台、柜、箱、架等没有接地。对策：安装有仪控系统仪表设备的金属盘、台、柜、箱、架等需要接地，接保护地。

问题2：安装在已接地的金属仪表盘、仪表箱、仪表柜、金属框架上的仪表再做保护接地。对策：若金属仪表盘、仪表箱、仪表柜、金属框架已接地，且其上安装的仪表设备与之接触良好，仪表本身不用再接地。

问题3：爆炸危险环境中的现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱未做接地。对策：爆炸危险环境中非本质安全系统的现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱应接地，接保护地；本质安全系统现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱可不做接地。

问题4：对于地处高处且周围区域空旷的仪表设备，其金属外壳、金属保护箱、金属接线箱未实施保护接地。对策：对于地处高处且周围区域空旷的仪表设备，其金属外壳、金属保护箱、金属接线箱等一般都有防雷电的要求，应做接地、接保护接地。

问题5：仪控系统所用金属电缆槽盒、电缆保护金属管未接地。对策：仪控系统所用的金属电缆槽盒、电缆保护金属管应直接焊接或用接地导线就近连接到接地网或已接地的管廊、平台、围栏等金属构件上，当电缆槽盒较长时，应多点接地，接地点的间距不应大于30 m。

问题6：仪控系统所用金属电缆槽盒、电缆金属保护管进建筑物（机柜间）之前未做接地。对策：仪控系统所用金属电缆槽盒、电缆金属保护管在进建筑物（机柜间）之前应再次接地，就近接到建筑物外部的接地网上。

问题7：隔离式安全栅的信号回路接地。对策：隔离式安全栅的输入、输出侧电路是隔离的，隔离式安全栅两侧的电路之间无电流流通，同时隔离信号回路与其他回路是绝缘的，对地也是绝缘的，可不接地。

问题8：工作接地有些接到工作地汇总板、有些接到保护地汇总板，存在工作接地、保护地混接的情况。对策：工作地接、保护接地在接到接地总板或网格型接地的接地排之前不应混接，以避免仪控系统的仪表与控制、信号回路相互干扰。

问题9：仪控系统同一信号回路出现两点接地。对策：仪控系统同一信号回路应避免两点或两点以上接地，若确因仪表设备原因，同一信号回路的信号源和信号接收端不可避免的都接地，则应采用隔离器将两个接地点隔开。

问题10：齐纳式安全栅的接地未与工作地相连。对策：本质安全系统的齐纳式安全栅的接地应与直流电源的负端相连，并接工作地。

2018年,中共中央一号文件《关于实施乡村振兴战略的意见》,明确提出“以绿色发展引领乡村振兴”,从提升农业发展质量和推进乡村绿色发展等方面,描绘了加快推进农业农村现代化,实现中国特色社会主义乡村振兴的宏伟蓝图[10],并提出要制定《国家乡村振兴战略规划(2018—2022年)》。

问题11：齐纳式安全栅的接地汇流排与工作接地汇总板之间的连接导线采用单根导线，且导线有绝缘破损，搭在已接地的金属构件上。对策：齐纳式安全栅的接地汇流排至工作接地汇总板之间的连接导线宜采用两根单独的绝缘导线，以方便测量齐纳式安全栅的接地连接电阻，工作接地在接到总接地板之前应与已接地的金属构件绝缘。

问题12：仪控系统所用电缆为铠装分屏蔽加总屏蔽电缆，其铠装层、分屏蔽层、总屏蔽层接地不规范，均两端接到保护地上。对策：对于仪控系统所用铠装分屏蔽加总屏蔽电缆，其铠装层与总屏蔽应两端接地，接到保护地；分屏蔽应单端接地，接到工作接地，一般在控制室一侧接工作地。

问题13：现场仪表到接线箱（端子箱）采用铠装屏蔽电缆，其铠装层未接地。对策：现场仪表至接线箱（端子箱）采用铠装屏蔽电缆时，其铠装层应在接线箱处通过接地汇流排接保护地。

问题14：仪表现场端子箱到机柜间机柜的主电缆采用总屏蔽加分屏蔽的多芯电缆，总屏蔽与分屏蔽分别在现场接线箱处、机柜间机柜处连接在一起，然后通过接地汇流排接到保护地。对策：仪表现场端子箱到机柜间机柜的主电缆采用总屏蔽加分屏蔽的多芯电缆时，屏蔽应在现场接线箱处和机柜间机柜处分别通过接地汇流排接保护地，实现两端接地；分屏蔽层应一端接地，一般在机柜间机柜处通过接地汇流排工作接地，不应两端接地。

问题15：现场仪表到接线箱（端子箱）的分支电缆为铠装屏蔽电缆，现场接线箱至机柜间所用主电缆为总屏蔽多芯电缆，分支电缆的铠装层与屏蔽层在接线箱处接保护地，其屏蔽层通过接线端子排与主电缆的屏蔽层相连，主电缆的屏蔽层在机柜间处通过接地汇流排接工作地。对策：仪控系统的保护地、工作地在连接到接地总板或网格型接地的接地排之前不应混接。分支电缆的铠装层应在仪表侧、接线箱处分别接保护地，做到两端接地。其屏蔽层在接线箱处不应接地，而应通过接线端子排与主电缆的屏蔽层相连，主电缆的屏蔽层在机柜间处通过接地汇流排接工作地，做到一端接地。

问题16：仪控系统所用电缆的备用芯未接地。对策：仪控系统所用电缆的备用芯应控制室、机柜间侧接工作地，接工作地（单端接地）。

问题17：仪表A 的接地连到仪表B，仪表B 的接地接到仪表C，仪表C 的接地连接到仪表接地汇流排。处理对策：仪表设备接地不应采用串联型链式接地，应分别就近用接地线接到仪表的接地汇流排上。

问题18：仪控系统接地线预留太长，绕成螺线管状或盘成环状放在柜内或机柜间活动地板电缆夹层。对策：仪控系统接地线在满足需要的情况下应尽可能短，应按直线路径敷设，不应将多余的接地线绕成螺线管状或盘成环状。

问题19：仪控系统的工作接地汇流排、工作接地汇总板，直接固定在柜子本体或就近的金属构件上。对策：仪控系统的工作接地汇流排、工作接地汇总板应采用绝缘支架固定，在连接到总接地板之前应与已接地的金属构件绝缘。

问题20：采用TN-S 配电系统供电的仪控系统，其PE 线未接到仪表的总接地板或网格型接地的接地排上。对策：采用TNS 配电系统供电的仪控系统，其PE 线应接到仪表的总接地板或网格型接地的接地排上。

4 维修建议

在实际工作中，对仪表供电系统接地与仪控系统接地存在很多模糊认识，比如上文谈到的仪表电源熔断器熔断事故实质上就是由于仪表电源的负极与其信号回路的工作接地是连接在一起的，要断开的接有反映电机K-1103 运行状态接点的电缆芯线接仪表电源的正极，而仪表的信号回路工作接地与电气开关柜的外壳所接的地是通过接地网相连通的，当接有仪表电源正极的信号电缆芯线接地时就会造成仪表电源短路，进而导致仪表电源熔断器熔断。因此，为做到仪表控制系统安全平稳运行，减少事故的发生，对仪表供电接地、仪控系统接地的设计、安装调试、检维修工作，尤其是对于正在运行的生产装置仪控系统的检维修要把握好以下7 个要点：

（1）要熟悉并正确理解石油化工行业标准SH/T 3081—2019《石油化工仪表接地设计规范》，仪表供电接地与仪控系统的接地设计、安装施工及仪表控制系统的检维修等工作都要严格遵守此规范。

（2）对于机柜比较多的控制室、机柜间，仪控系统的接地应优先选用网格型接地或放射—网格组合型接地。

（3）仪表控制系统的工作接地、保护接地在连接到接地总板或网格型接地的接地排之前是相互隔离并绝缘的，不可以混接在一起，以免造成相互影响、给仪表控制系统的安全平稳运行留下隐患。

（4）对于仪控系统的信号回路接地，要避免多点接地，以防信号回路受干扰，影响仪控系统的安全平稳运行，确因现场仪表原因无法做到同一信号回路一点接地时可采用隔离式安全栅，将信号回路的两个接地点隔开。

（5）对于仪控系统所用控制、信号电缆，无论是否铠装，采用总屏蔽还是分屏蔽加总屏蔽，最靠近芯线的屏蔽层应一端接工作地，一般在机柜间机柜一侧接地，其他屏蔽层与铠装层均应两端接地，接保护地。对于不带屏蔽层的控制、信号电缆的备用芯应一端接地，接工作地。

（6）对于仪表控制系统，无论工作接地还是保护接地均应尽可能以最短的路径连接到接地总板或网格型接地的接地排上，其路径敷设要规范，尽可能沿直线路径敷设，避免接地线相互缠绕或将多余的接地线绕成螺线管或盘成环状放在仪表机柜内或机柜间地板电缆夹层中。

（7）理清仪表供电系统接地与仪控系统接地的关系，牢记仪表供电系统的接地线——PE 线与仪控系统的接地最终是连在一起的，它们的接地装置也是公用的。在从事正在运行的仪控系统的控制、信号回路的检维修工作时，可先将此回路的接地悬浮，待检维修工作完成后再将回路的接地恢复。若让仪表控制、信号回路的接地悬浮确实有困难，在将仪表回路拆除或断开时操作一定要小心谨慎，防止在拆除或断开的过程中回路芯线接地，对已拆除或断开的仪表回路芯线用绝缘胶带包好，防止误碰芯线导致接地，影响生产装置的正常运行。当然，为防止类似事故的再度发生也可以在控制室机柜间机柜处的信号回路上加装隔离式安全栅。