淺談天然氣輸配站控制系統(tǒng)接地技術(shù)

盧懷

摘 要：輸配站控制系統(tǒng)是天然氣輸配中的重要控制環(huán)節(jié)，接地技術(shù)則是控制系統(tǒng)安全運(yùn)行的最重要的要素。接地的好壞關(guān)系到控制系統(tǒng)抗干擾能力的大小。本文針對天然氣輸配控制系統(tǒng)中存在的干擾問題，對干擾產(chǎn)生，接地類型和方式進(jìn)行了深入的分析，根據(jù)工程實(shí)踐，提出建設(shè)與措施。最后，綜述了良好的接地措施，能夠有效提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。

關(guān)鍵詞：天然氣輸配站 控制系統(tǒng) 接地技術(shù)

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-0-01

自國家提出西部大開發(fā)戰(zhàn)略決策以來，特別是“西氣東輸”天然氣管道系統(tǒng)的建設(shè)，包括近期開展的“川氣東送”天然氣管道工程，都極大的改善了我國的能源結(jié)構(gòu)，有效的治理大氣污染，同時(shí)帶來了更為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。天然氣將成為我國未來的主導(dǎo)能源，與之密切相關(guān)的天然氣輸配技術(shù)將同時(shí)得到極大的發(fā)展。由于中國工業(yè)發(fā)展的不均衡，我國天然氣控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展水平和國際上的先進(jìn)水平還有不小的差距，因此在吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)具有自己知識產(chǎn)權(quán)的天然氣輸配站控制技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前的重點(diǎn)。

1 干擾的產(chǎn)生

天然氣輸配控制系統(tǒng)的現(xiàn)場干擾源種類繁多，尤其是大型輸配站更為復(fù)雜。干擾的來源主要包括控制系統(tǒng)內(nèi)部與外部兩個(gè)部分。控制系統(tǒng)內(nèi)部干擾主要有：電源干擾、變頻器的電磁噪聲、動力電纜感應(yīng)的干擾信號。而控制系統(tǒng)外部的干擾源主要有電氣設(shè)備的電磁場、雷擊、閃電、電火花等。在形成的干擾中，多數(shù)干擾源有規(guī)律可循，可以通過一定的手段檢測并加以控制。比如：“當(dāng)啟動某個(gè)設(shè)備時(shí)，就有干擾發(fā)生?！庇行└蓴_源則隨機(jī)出現(xiàn)，難以捕捉，比如“由于接地不良導(dǎo)致的干擾”。但各種干擾源都是通過一定的途徑對控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響的，因此，在干擾途徑上進(jìn)行控制就能夠有效地減少干擾源或者干擾幅度。

2 輸配站控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2.1 PLC結(jié)構(gòu)

目前天然氣輸配站的控制系統(tǒng)大多采用PLC控制系統(tǒng)，這種是以PLC為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，可以對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及報(bào)警等各項(xiàng)功能。主要的功能如下：現(xiàn)場的壓力、液位、溫度通過現(xiàn)場各種變送器將信號傳至PLC內(nèi)部輸入端子上，然后由內(nèi)部的無紙記錄儀顯示、記錄，報(bào)警信號由閃光報(bào)警儀發(fā)出聲光報(bào)警。大量的信號顯示都是在LCD顯示屏上，同時(shí)，控制與操作也都由鍵盤與鼠標(biāo)來完成。為了保證輸配系統(tǒng)在極端情況下，也能夠進(jìn)行控制，對于重要的信號，可通過設(shè)在現(xiàn)場及表盤上的緊急切斷按鈕手動對切斷閥分別實(shí)現(xiàn)控制。

2.2 接地種類

在儀表和PLC控制系統(tǒng)中，接地的作用主要是安全與工作穩(wěn)定。安全是指保護(hù)人身安全和設(shè)備的安全，當(dāng)發(fā)生漏電等情況時(shí)，能夠通過接地網(wǎng)絡(luò)保證設(shè)備的低電位，達(dá)到保證安全的目的。工作穩(wěn)定是保障儀表和控制系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)安全、可靠、高效、準(zhǔn)確地運(yùn)行，也就是保證信號通暢、抗御各種干擾。儀表和控制系統(tǒng)接地的分類 根據(jù)安全與穩(wěn)定的接地目的，天然氣輸配系統(tǒng)的接地分類如下。

（1）保護(hù)接地。用電儀表的金屬外殼及自控設(shè)備正常不帶電的金屬部分，由于各種原因造成的漏電，如絕緣破壞而有可能帶電，危害人身安全的，都應(yīng)作保護(hù)接地。針對危險(xiǎn)電壓，我國采用36 V。這類主要是指用電儀表的金屬外殼。另外還有種情況，就是在絕緣體或高電阻體上，由于感應(yīng)或摩擦等原因，造成電荷積聚，積聚的電荷可能對儀表和控制信號造成干擾，靜電荷放電可能損壞儀表設(shè)備。為防止靜電的危害，就在自控設(shè)備正常不帶電的金屬部分也進(jìn)行接地。（2）工作接地。工作接地分為信號屏蔽接地和回路接地。在儀表和控制系統(tǒng)中，信號分為隔離信號和非隔離信號。隔離信號通常是接點(diǎn)信號，有些模擬量信號也采用隔離變送器進(jìn)行隔離，保證控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全。而對于大量的輸入信號，包括流量與壓力與溫度都采用非隔離信號，這往往需要建立一個(gè)公共參考點(diǎn)，在PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用中一般為直流電源的負(fù)極。為了減少由此引進(jìn)的干擾，在現(xiàn)場應(yīng)用中，都將此公共點(diǎn)實(shí)行接地。屏蔽接地是用來降低電磁場干擾。在現(xiàn)場應(yīng)用中，包括電纜槽、電纜保護(hù)管、電纜的屏蔽層均應(yīng)接地，才能起到屏蔽作用?？刂葡到y(tǒng)所有的操作員機(jī)柜、現(xiàn)場控制站機(jī)柜、打印機(jī)、端子柜等均應(yīng)設(shè)置保護(hù)接地。保護(hù)接地應(yīng)接至現(xiàn)場電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻應(yīng)小于4 Ω。儀表和控制系統(tǒng)的接地方式，最初在引進(jìn)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，按照廠家規(guī)定，將儀表和控制系統(tǒng)的保護(hù)接地接入電氣安全接地網(wǎng)，工作接地則采用獨(dú)立的接地裝置與大地相接，兩種接地網(wǎng)之間距離至少保持5 m，且接地電阻不大于2 Ω。這兩種接地能夠在安全與抗干擾兩方面做到

兼顧。

3 接地的實(shí)際應(yīng)用

干擾主要是干擾源通過干擾途徑作用于被干擾對象形成的。因此，為了抑制或消除干擾，就要從消除或抑制干擾源、切斷干擾作用的途徑、削弱干擾接受對象對干擾信號的敏感性等方面著手，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?。由于干擾的產(chǎn)生是很復(fù)雜的，必須根據(jù)實(shí)際情況加以綜合分析和考慮。良好的系統(tǒng)接地是提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾能力的主要手段之一。天然氣輸配站控制系統(tǒng)的抗干擾能力已越來越受到工程技術(shù)人員的重視。安全、合理、可靠的接地是系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保證。為了保證控制系統(tǒng)的監(jiān)測控制精度和安全、可靠運(yùn)行，必須從設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型和安裝、調(diào)試、生產(chǎn)維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)的接地進(jìn)行綜合控制。天然氣輸配站控制系統(tǒng)通常包括儀表柜、服務(wù)器柜、打印臺、操作臺、UPS柜、I/O機(jī)柜、繼電器柜、手操盤臺等設(shè)備。在這些設(shè)備中，配電柜、UPS柜、繼電器柜、服務(wù)器柜、打印臺及操作臺均應(yīng)設(shè)有保護(hù)接地螺釘，以提供所裝設(shè)備的電源接地；PLC設(shè)備的I/O機(jī)柜、儀表柜和手操盤臺應(yīng)同時(shí)設(shè)置屏蔽接地匯流排和保護(hù)接地螺釘，分別作為信號接地和電源接地。根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，PLC系統(tǒng)信號電纜的屏蔽層不能浮空，其接地方式應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)信號源為單獨(dú)屏蔽時(shí)，屏蔽層應(yīng)在PC計(jì)算機(jī)側(cè)接地。當(dāng)屏蔽電纜途經(jīng)接線盒分?jǐn)嗷蚝喜r(shí)，應(yīng)在接線盒內(nèi)將其兩端電纜的屏蔽層連接?？刂葡到y(tǒng)信號電纜的選擇與敷設(shè)應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)按要求進(jìn)行接地。

4 結(jié)語

良好的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)工程現(xiàn)場實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，對于有些信號如果采用屏蔽接地，依然存在干擾時(shí)，就需要進(jìn)行隔離處理，包括繼電器隔離與隔離變送器，達(dá)到測量與輸出信號的穩(wěn)定可靠。在進(jìn)行施工時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)設(shè)置有電氣接地與信號接地。文章對天然氣輸配控制系統(tǒng)接地類型、方式及接地裝置控制系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的原因以及在硬件、接地系統(tǒng)、信號線敷設(shè)等方面消除干擾的措施進(jìn)行了分析。在實(shí)際工作中，還有很多消除干擾的技術(shù)措施，這些措施均可進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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