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摘要：在天然气输配中，输配站控制系统是一个重要的控制环节，接地技术则是天然气输配站控制系统安全运行的重要保障。本文就天然气输配控制系统中存在的干扰问题进行了探讨，阐述了如何做好接地措施，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；干扰；接地技术
在天然气主干输气管网系统中，为了确保安全、连续供气，各场站、阀室对电气和控制系统接地具有较高要求。本文的目的在于探讨天然气输配管网中各场站、阀室电气和控制系统的接地方式和特点，并分析这种接地方式可能存在的问题，提出解决措施。
1干扰的产生
天然气输配控制系统的现场接地干扰源种类繁多，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、变频器的电磁干扰、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 电气和控制系统的接地方式
近十年来，接地系统在概念和技术上发生了很大的变化。以前接地系统是否合格以接地电阻值为准，现在侧重于接地结构兼顾接地电阻值，特别是从独立接地到采用共同接地网的等电位连接方式的转变[1]。目前仪表及控制系统通常有单独接地和联合接地和等电位接地三种方式。单独接地是将控制系统的保护地接入电气安全接地网，工作接地采用“独立的”、“干净的”接地装置与大地连接[2]。由于电位差的存在，仪表装置容易被雷电损坏，抗干扰能力也不佳。此外这种接地方式要求两种接地网之间距离至少保持 5 m，这在紧凑的工业装置或控制室内也很难做到。联合接地是将仪表、控制系统和其他电气系统的接地系统连在一起 ，形成联合接地(一点接地)，并规定其接地电阻不应大于 1Ω。这种接地方式同样存在抗干扰能力不理想，对于雷电和浪涌的影响更是无能为力。等电位连接则是基于法拉第笼的基本原理，将各导体作良好的电气连接，使它们之间的电位差降到最小，为干扰及雷电流提供低阻抗的连续通道泄放到大地。由于等电位连接减小了系统内各金属部件和各系统间的电位差，无论从防雷的角度或者是从减小控制系统的共模干扰来看，这都是十分有益的。IEC 标准明确规定信息技术装置功能接地和保护接地应通过等电位连接合用接地，GB 50174-2008也作了相应规定 。正因为采用共用接地网的等电位接地方式具备其他接地无法比拟的优势，所以等电位接地方式是天然气输配管网中电气和控制系统接地的首选方式，其场站、阀室均采用共用接地网的等电位连接方式。
3天然气输配管网接地连接方法及特点
3.1电气系统的接地
按照 IEC 标准的规定，低压系统接地制式按配电系统和电气设备（包括控制系统）不同的接地组合分为 TN-S、TN-C、TN-C-S、TT、IT 等五种。天然气输配管网各场站、阀室常用 TN-S 接地制式（如图 1 所示）。
图 1 TN-S 系统
该系统相对于其它制式的最大特点是 N 线和 PE 线是分开的，正常时 PE线上不通过负荷电流，所以与 PE 线相连的电气设备的金属外壳在正常运行时也不带电位。控制系统、计量系统、通讯系统的电源由低压配电柜提供，这些系统的保护接地也属于低压配电系统接地系统，并接入低压配电系统接地网。
3.2仪表及控制系统的接地
各场站、阀室的仪表和控制系统的接地采用与电气装置合用接地装置的等电位联结，即除电源中性线一次接地外，其它各接地分类汇总后接到各建筑物的总接地网上，总接地网与接地极相连。以某管网公司一典型场站为例，全站防雷、防静电、接地保护共用一套接地装置，接地系统为 TN-S 系统；生产区域安装 4 根18 m 避雷针，引下线利用柱内主钢筋(4 根Φ12 以上)通长焊接，上端接避雷带 ，下端与室外接地装置可靠焊接；各电气设备外壳、电缆穿线管及金属外皮两端均与接地装置可靠连接；各工艺金属管道两端(含地下的)、分岔、转弯处及设备、容器钢基座也与接地装置可靠连接；接地线顶部距地 1.1 m 水平埋设，接地极分布布置 20 个，顶部距地 1.0m 垂直埋设。此外，为达到防腐要求，装设多个与接地极可靠连接的镁阳极。如图 2 所示：
图 2 与电气装置合用接地装置的等电位接地系统示意
该接地方式把建筑物或装置的金属结构、基础钢筋、金属设备、进线配电箱 、PE 母排、接闪器引下线等按照一定的要求连接起来，用一个公用的接地装置与大地相连。采用此方式，不但建筑物内实现等电位连接，全装置都实现了等电位连接，相互有管道、电流信号联系的各装置也实现了等电位连接。这样电子设备处于相等的电位水平，因其它原因(雷击等)导致地电位发生变化时，由于设备间没有电位差，因此不会产生干扰电流。
3.3各场站、阀室等电位接地方式的特点
3.3.1满足场站、阀室防爆要求
采用等电位连接后，建筑物各处都为等电位，就能减小或避免由于电气设备故障或雷击时建筑物不同部位之间形成地电位差，而导致连接在不同地点的设备产生电火花，引起爆炸或损坏设备的危险发生。
3.3.2抗干扰
由于建筑物各处均为等电位，减小了进入控制系统的共模干扰。
3.3.3便于维护
因为可以利用地下现有的金属物如水管、基础钢筋等做接地极，所以接地线相对减少，接地系统也相对简单，便于维护检查。
3.3.4接地电阻小
由于等电位接地是将各个接地极并联连接，形成一个接地网，因此接地电阻比单独接地时小。
3.3.5接地可靠
即使一个接地极失效，由于有其它接地极补充，提高了接地可靠性。
3.3.6节约费用
因为减少了接地电极的总数，因此也节约了设备及施工的费用。
4等电位接地方式存在的问题及采取措施
对于独立接地，由接地极引起的电位上升在理想状态下限于该设备本身而不会波及其他。但在等电位接地系统中，如果共有设备接地中有一个发生接地电流，就会通过共有接地网流入大地，这时因各接地极总是存在一定值的接地电阻，就会导致接地点电位上升，此电位上升会波及到共用接地的全部设备，给系统带来不利影响。如图 3 所示：
可知，要降低共用接地系统的接地电阻，一可增加接地网总面积 S，二可降低土壤的电阻率ρ。但在实际操作中如果要把某共用接地网的接地电阻减小到原来的二分之一，则要将接地网面积增加到原来的四倍，这在工程现场几乎是不可能的事。所以更多的是通过采用降阻剂来实现。如选用稀土防雷防腐降阻剂，其降阻有效率可在 60%～90%之间。
4.2保持离大的接地系统的接地点有一定的距离
共用接地网上建筑物避雷针的接地点和控制系统的接地点，沿地下安装接地体的长度必须大于 15 m。该距离与土壤电阻率有关，电阻率愈低，该距离就愈小。在共用接地网上大电流、高电压的用电设备的接地点和控制系统的接地点，沿地下安装接地体的长度必须大于5m。
4.3保证整个控制系统的所有接地点都在同一个共用接地网上
在天然气输送企业里，许多大型压力容器比如储气罐等是直接利用金属壁作引下线的，而容器上又有许多测量元件和变送器，高的容器一旦遭到雷击，就有强大的雷电流通过容器的接地装置，使位于容器上的变送器随之产生电位浮动，相对于控制系统之间会产生很大的对地电位差，随即会产生闪络（反击），使变送器、控制系统损坏 。为了防止产生反击，应把避雷针和控制系统的接地装置都连接到共用接地网上 ，使之不产生电位差。
参考文献:
[1]李鹤林．天然气输送钢管研究与应用中的几个热点问题[J]．中国机械工程 ，2001，12(3)：349-352．
[2]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).
论文作者:莫延超
论文发表刊物:《防护工程》2017年第21期
论文发表时间:2017/12/26
标签：电位论文; 控制系统论文; 干扰论文; 系统论文; 装置论文; 场站论文; 天然气论文; 《防护工程》2017年第21期论文;