孫偉森

（中國石化中原石油化工有限責任公司，河南濮陽 457000）

1 問題的提出

儀表供電與儀表控制系統(tǒng)（以下簡稱“儀控系統(tǒng)”）接地是兩種既有區(qū)別又緊密聯(lián)系的接地系統(tǒng)，在實際工作中往往由于對這兩種接地系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系認識不清，而造成不應當發(fā)生的事故（事件）。例如，某石油化工廠生產(chǎn)裝置的K-1103 電機檢修后拉到現(xiàn)場進行空試，電機二次回路中有一對去儀表的，反映該電機是否處于得電狀態(tài)的接點信號。電氣值班人員為預防萬一，在征得工藝值班人員同意的情況下對連接該接點的芯線做斷開處理。在進行斷開處理的過程中，不慎將連接接點去儀表的電纜芯線接地，導致給PLC 供電的儀表電源熔斷器熔斷，造成PLC 失電，裝置短時局部停車。后來該廠對這起事故進行事故分析，認為造成這起事故的根本原因在于現(xiàn)場處理此事的電工對儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地的關系認識不清，斷開信號回路時不慎造成信號回路電纜芯線接地，釀成生產(chǎn)裝置停車事故。

在實際工作中，也常常遇到對儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地理解不透甚至存在誤解的情況，導致出現(xiàn)這樣或那樣的問題，為生產(chǎn)裝置儀控系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行留下隱患。因此，對儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地進行分析對比，闡明其區(qū)別與聯(lián)系，對儀控系統(tǒng)接地常見問題及其處理對策進行歸納列舉說明非常必要，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地的分析與比較

2.1 儀表供電系統(tǒng)接地

給儀控系統(tǒng)供電的低壓配電系統(tǒng)按其接地型式的不同可分為TT 系統(tǒng)、IT 系統(tǒng)、TN 系統(tǒng)3 種，其中TN 系統(tǒng)又分為TNS、TN-C、TN-C-S 3 種接線方式。目前，石油化工企業(yè)低壓配電系統(tǒng)大多數(shù)采用TN-S 系統(tǒng)，給儀控系統(tǒng)供電也都采用TN-S 配電系統(tǒng)供電（圖1）。TN-S 配電系統(tǒng)的保護線PE 線與中性線N線是分開的，它們除了在電源處連接在一起并接地外，其他部分都是彼此絕緣的。電氣設備金屬外殼要接PE 線。

圖1 TN-S 供電系統(tǒng)接線示意

2.2 儀控系統(tǒng)接地

儀控系統(tǒng)接地按其作用分可分為保護接地、工作接地、本質安全系統(tǒng)接地、屏蔽接地、防靜電接地、防雷接地等。

（1）保護接地是指當儀控系統(tǒng)設備有低壓交流電源引入時，為保證人身和儀表設備本身的安全，防止設備發(fā)生接地故障時其外露導電部分出現(xiàn)超過限值的危險接觸電壓，對儀表設備外露導電部分所進行的接地。

（2）工作接地是為使儀控系統(tǒng)設備在工作時有一個統(tǒng)一的公共參考電位（即基準電位），不會因基準電位浮動而引起信號量的誤差而將儀表信號電路所進行的接地。同時可以防止其內外的有害電磁場干擾，使儀表設備穩(wěn)定可靠地工作，實現(xiàn)其固有的功能。

（3）本質安全系統(tǒng)接地是本質安全儀表正常工作所需要的接地。

（4）屏蔽接地是為避免電磁場對儀控系統(tǒng)儀表及其信號回路的干擾而采取的接地。

（5）防靜電接地是為避免靜電對儀表的破壞、信號的干擾而采取的接地。

（6）防雷接地是為防止直擊雷及雷電流引起的電磁感應對儀表及其控制系統(tǒng)產(chǎn)生破壞與干擾而進行的接地。

2.3 儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地的關系

電氣供配電系統(tǒng)是給儀控系統(tǒng)提供的工作電源，對于采用TN-S 配電系統(tǒng)供電的儀控系統(tǒng)，供電系統(tǒng)的PE 線要與儀控系統(tǒng)的接地總板或網(wǎng)格型接地的接地排連接在一起。無論儀控系統(tǒng)的保護接地還是工作接地，最終也都接在儀控系統(tǒng)的接地總板或網(wǎng)格型接地的接地排上，再連接到同一接地裝置上。簡單地說，給儀控系統(tǒng)供電的“地”（PE 線）與儀控系統(tǒng)的“地”最終是連在一起的，然后接到接地裝置上。

2.4 儀控系統(tǒng)接地的常見結構形式

儀控接地系統(tǒng)的常見結構形式有3 種，分別為放射型、網(wǎng)格型和放射型與網(wǎng)格型組合構成的放射—網(wǎng)格組合型。

（1）放射型接地是將儀控系統(tǒng)的保護接地、工作接地分別就近接到相應的保護接地匯總板、工作接地匯總板上，然后保護接地匯總板、工作接地匯總板再分別連接到總接地板上，總接地板與供電系統(tǒng)的PE 線相連接，再接到接地裝置上。保護接地、工作接地在連接到總接地板之前是相互分開的且是相互絕緣的。放射型接地常用于區(qū)域范圍比較小、儀控設備不多的場所。

（2）網(wǎng)格型接地是指在儀控系統(tǒng)機柜間機柜底部的支撐上或活動地板夾層中安裝敷設截面尺寸為40 mm×4 mm（寬×厚）的扁銅帶、熱鍍鋅扁鋼或不銹鋼帶，構成網(wǎng)格狀接地網(wǎng)。儀控系統(tǒng)的保護接地、工作接地就近接到此網(wǎng)格狀接地網(wǎng)上，網(wǎng)格狀接地網(wǎng)再與供電系統(tǒng)的PE 線相連，然后接到接地裝置上。網(wǎng)格型接地一般用于儀控系統(tǒng)機柜間。

（3）放射—網(wǎng)格組合型接地是放射型接地、網(wǎng)格型接地的組合形式，將放射型接地的工作接地匯總板、保護接地匯總板或總接地板連接的網(wǎng)格狀接地網(wǎng)上，網(wǎng)格狀接地網(wǎng)與供電系統(tǒng)的PE線相連接，然后再與接地裝置相連接。放射—網(wǎng)格組合型接地一般用于儀控設備較多的大型控制室、機柜間。

對于單一儀表設備或儀控系統(tǒng)單一信號回路，其接地點的點數(shù)有單點接地、多點重復接地等，對于儀表及控制系統(tǒng)的直流信號或低頻信號（＜10 kHz）回路，為了避免在不同接地點之間產(chǎn)生接地回路以及不同接地點間電位差對儀表信號產(chǎn)生干擾，同時消除線路分布電容對儀表信號回路的影響，直流信號或低頻信號回路一般采用單點接地。多點接地即重復接地，主要用于供配電設備和儀表設備（設施）的防雷接地，即大型設備、較長設備（設施）的接地，如電纜槽盒、橋架等每隔一段距離實施的接地。

3 儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地常見問題及其對策

儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地這兩種接地的目的不同，接地連接的方式方法也不同，但兩者又是緊密聯(lián)系的，無論儀控系統(tǒng)的總接板還是網(wǎng)格型接地的接地排，最終都要與儀表供電的PE 線連接在一起，然后接到接地裝置。在具體的工程施工過程中，往往對儀表供電系統(tǒng)接地、儀控系統(tǒng)接地及它們之間的關系理解不到位、把握不準，給儀控系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行留下隱患。在具體的工程施工過程中以及對儀控系統(tǒng)的各類檢查中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地方面的問題及對策有：

問題1：安裝有儀控系統(tǒng)儀表設備的金屬盤、臺、柜、箱、架等沒有接地。對策：安裝有儀控系統(tǒng)儀表設備的金屬盤、臺、柜、箱、架等需要接地，接保護地。

問題2：安裝在已接地的金屬儀表盤、儀表箱、儀表柜、金屬框架上的儀表再做保護接地。對策：若金屬儀表盤、儀表箱、儀表柜、金屬框架已接地，且其上安裝的儀表設備與之接觸良好，儀表本身不用再接地。

問題3：爆炸危險環(huán)境中的現(xiàn)場儀表金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱未做接地。對策：爆炸危險環(huán)境中非本質安全系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱應接地，接保護地；本質安全系統(tǒng)現(xiàn)場儀表金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱可不做接地。

問題4：對于地處高處且周圍區(qū)域空曠的儀表設備，其金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱未實施保護接地。對策：對于地處高處且周圍區(qū)域空曠的儀表設備，其金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱等一般都有防雷電的要求，應做接地、接保護接地。

問題5：儀控系統(tǒng)所用金屬電纜槽盒、電纜保護金屬管未接地。對策：儀控系統(tǒng)所用的金屬電纜槽盒、電纜保護金屬管應直接焊接或用接地導線就近連接到接地網(wǎng)或已接地的管廊、平臺、圍欄等金屬構件上，當電纜槽盒較長時，應多點接地，接地點的間距不應大于30 m。

問題6：儀控系統(tǒng)所用金屬電纜槽盒、電纜金屬保護管進建筑物（機柜間）之前未做接地。對策：儀控系統(tǒng)所用金屬電纜槽盒、電纜金屬保護管在進建筑物（機柜間）之前應再次接地，就近接到建筑物外部的接地網(wǎng)上。

問題7：隔離式安全柵的信號回路接地。對策：隔離式安全柵的輸入、輸出側電路是隔離的，隔離式安全柵兩側的電路之間無電流流通，同時隔離信號回路與其他回路是絕緣的，對地也是絕緣的，可不接地。

問題8：工作接地有些接到工作地匯總板、有些接到保護地匯總板，存在工作接地、保護地混接的情況。對策：工作地接、保護接地在接到接地總板或網(wǎng)格型接地的接地排之前不應混接，以避免儀控系統(tǒng)的儀表與控制、信號回路相互干擾。

問題9：儀控系統(tǒng)同一信號回路出現(xiàn)兩點接地。對策：儀控系統(tǒng)同一信號回路應避免兩點或兩點以上接地，若確因儀表設備原因，同一信號回路的信號源和信號接收端不可避免的都接地，則應采用隔離器將兩個接地點隔開。

問題10：齊納式安全柵的接地未與工作地相連。對策：本質安全系統(tǒng)的齊納式安全柵的接地應與直流電源的負端相連，并接工作地。

2018年,中共中央一號文件《關于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》,明確提出“以綠色發(fā)展引領鄉(xiāng)村振興”,從提升農(nóng)業(yè)發(fā)展質量和推進鄉(xiāng)村綠色發(fā)展等方面,描繪了加快推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化,實現(xiàn)中國特色社會主義鄉(xiāng)村振興的宏偉藍圖[10],并提出要制定《國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃(2018—2022年)》。

問題11：齊納式安全柵的接地匯流排與工作接地匯總板之間的連接導線采用單根導線，且導線有絕緣破損，搭在已接地的金屬構件上。對策：齊納式安全柵的接地匯流排至工作接地匯總板之間的連接導線宜采用兩根單獨的絕緣導線，以方便測量齊納式安全柵的接地連接電阻，工作接地在接到總接地板之前應與已接地的金屬構件絕緣。

問題12：儀控系統(tǒng)所用電纜為鎧裝分屏蔽加總屏蔽電纜，其鎧裝層、分屏蔽層、總屏蔽層接地不規(guī)范，均兩端接到保護地上。對策：對于儀控系統(tǒng)所用鎧裝分屏蔽加總屏蔽電纜，其鎧裝層與總屏蔽應兩端接地，接到保護地；分屏蔽應單端接地，接到工作接地，一般在控制室一側接工作地。

問題13：現(xiàn)場儀表到接線箱（端子箱）采用鎧裝屏蔽電纜，其鎧裝層未接地。對策：現(xiàn)場儀表至接線箱（端子箱）采用鎧裝屏蔽電纜時，其鎧裝層應在接線箱處通過接地匯流排接保護地。

問題14：儀表現(xiàn)場端子箱到機柜間機柜的主電纜采用總屏蔽加分屏蔽的多芯電纜，總屏蔽與分屏蔽分別在現(xiàn)場接線箱處、機柜間機柜處連接在一起，然后通過接地匯流排接到保護地。對策：儀表現(xiàn)場端子箱到機柜間機柜的主電纜采用總屏蔽加分屏蔽的多芯電纜時，屏蔽應在現(xiàn)場接線箱處和機柜間機柜處分別通過接地匯流排接保護地，實現(xiàn)兩端接地；分屏蔽層應一端接地，一般在機柜間機柜處通過接地匯流排工作接地，不應兩端接地。

問題15：現(xiàn)場儀表到接線箱（端子箱）的分支電纜為鎧裝屏蔽電纜，現(xiàn)場接線箱至機柜間所用主電纜為總屏蔽多芯電纜，分支電纜的鎧裝層與屏蔽層在接線箱處接保護地，其屏蔽層通過接線端子排與主電纜的屏蔽層相連，主電纜的屏蔽層在機柜間處通過接地匯流排接工作地。對策：儀控系統(tǒng)的保護地、工作地在連接到接地總板或網(wǎng)格型接地的接地排之前不應混接。分支電纜的鎧裝層應在儀表側、接線箱處分別接保護地，做到兩端接地。其屏蔽層在接線箱處不應接地，而應通過接線端子排與主電纜的屏蔽層相連，主電纜的屏蔽層在機柜間處通過接地匯流排接工作地，做到一端接地。

問題16：儀控系統(tǒng)所用電纜的備用芯未接地。對策：儀控系統(tǒng)所用電纜的備用芯應控制室、機柜間側接工作地，接工作地（單端接地）。

問題17：儀表A 的接地連到儀表B，儀表B 的接地接到儀表C，儀表C 的接地連接到儀表接地匯流排。處理對策：儀表設備接地不應采用串聯(lián)型鏈式接地，應分別就近用接地線接到儀表的接地匯流排上。

問題18：儀控系統(tǒng)接地線預留太長，繞成螺線管狀或盤成環(huán)狀放在柜內或機柜間活動地板電纜夾層。對策：儀控系統(tǒng)接地線在滿足需要的情況下應盡可能短，應按直線路徑敷設，不應將多余的接地線繞成螺線管狀或盤成環(huán)狀。

問題19：儀控系統(tǒng)的工作接地匯流排、工作接地匯總板，直接固定在柜子本體或就近的金屬構件上。對策：儀控系統(tǒng)的工作接地匯流排、工作接地匯總板應采用絕緣支架固定，在連接到總接地板之前應與已接地的金屬構件絕緣。

問題20：采用TN-S 配電系統(tǒng)供電的儀控系統(tǒng)，其PE 線未接到儀表的總接地板或網(wǎng)格型接地的接地排上。對策：采用TNS 配電系統(tǒng)供電的儀控系統(tǒng)，其PE 線應接到儀表的總接地板或網(wǎng)格型接地的接地排上。

4 維修建議

在實際工作中，對儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地存在很多模糊認識，比如上文談到的儀表電源熔斷器熔斷事故實質上就是由于儀表電源的負極與其信號回路的工作接地是連接在一起的，要斷開的接有反映電機K-1103 運行狀態(tài)接點的電纜芯線接儀表電源的正極，而儀表的信號回路工作接地與電氣開關柜的外殼所接的地是通過接地網(wǎng)相連通的，當接有儀表電源正極的信號電纜芯線接地時就會造成儀表電源短路，進而導致儀表電源熔斷器熔斷。因此，為做到儀表控制系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行，減少事故的發(fā)生，對儀表供電接地、儀控系統(tǒng)接地的設計、安裝調試、檢維修工作，尤其是對于正在運行的生產(chǎn)裝置儀控系統(tǒng)的檢維修要把握好以下7 個要點：

（1）要熟悉并正確理解石油化工行業(yè)標準SH/T 3081—2019《石油化工儀表接地設計規(guī)范》，儀表供電接地與儀控系統(tǒng)的接地設計、安裝施工及儀表控制系統(tǒng)的檢維修等工作都要嚴格遵守此規(guī)范。

（2）對于機柜比較多的控制室、機柜間，儀控系統(tǒng)的接地應優(yōu)先選用網(wǎng)格型接地或放射—網(wǎng)格組合型接地。

（3）儀表控制系統(tǒng)的工作接地、保護接地在連接到接地總板或網(wǎng)格型接地的接地排之前是相互隔離并絕緣的，不可以混接在一起，以免造成相互影響、給儀表控制系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行留下隱患。

（4）對于儀控系統(tǒng)的信號回路接地，要避免多點接地，以防信號回路受干擾，影響儀控系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行，確因現(xiàn)場儀表原因無法做到同一信號回路一點接地時可采用隔離式安全柵，將信號回路的兩個接地點隔開。

（5）對于儀控系統(tǒng)所用控制、信號電纜，無論是否鎧裝，采用總屏蔽還是分屏蔽加總屏蔽，最靠近芯線的屏蔽層應一端接工作地，一般在機柜間機柜一側接地，其他屏蔽層與鎧裝層均應兩端接地，接保護地。對于不帶屏蔽層的控制、信號電纜的備用芯應一端接地，接工作地。

（6）對于儀表控制系統(tǒng)，無論工作接地還是保護接地均應盡可能以最短的路徑連接到接地總板或網(wǎng)格型接地的接地排上，其路徑敷設要規(guī)范，盡可能沿直線路徑敷設，避免接地線相互纏繞或將多余的接地線繞成螺線管或盤成環(huán)狀放在儀表機柜內或機柜間地板電纜夾層中。

（7）理清儀表供電系統(tǒng)接地與儀控系統(tǒng)接地的關系，牢記儀表供電系統(tǒng)的接地線——PE 線與儀控系統(tǒng)的接地最終是連在一起的，它們的接地裝置也是公用的。在從事正在運行的儀控系統(tǒng)的控制、信號回路的檢維修工作時，可先將此回路的接地懸浮，待檢維修工作完成后再將回路的接地恢復。若讓儀表控制、信號回路的接地懸浮確實有困難，在將儀表回路拆除或斷開時操作一定要小心謹慎，防止在拆除或斷開的過程中回路芯線接地，對已拆除或斷開的儀表回路芯線用絕緣膠帶包好，防止誤碰芯線導致接地，影響生產(chǎn)裝置的正常運行。當然，為防止類似事故的再度發(fā)生也可以在控制室機柜間機柜處的信號回路上加裝隔離式安全柵。