淺談海洋石油平臺中控系統(tǒng)接地保護故障研究

武 岳

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

國內(nèi)內(nèi)陸石油開采早已經(jīng)無法滿足日益增長市場的需要，同時面對國際復雜局勢，我國勢要確保自己的能源安全，因此海洋石油開采便迫在眉睫，為了確保高效、安全地開采海洋石油，就需要利用具有高度自動化的中控系統(tǒng)對海洋石油開采進行監(jiān)控。海上平臺因其高危險、高復雜、高難度的特性，要求其控制系統(tǒng)必須可靠。本文通過對海洋石油中控系統(tǒng)以及接地類型進行介紹，從而引出接地對海洋石油平臺中控系統(tǒng)的重要性，同時對具體故障案例進行分析。

1 海洋石油平臺中控系統(tǒng)概述

中控系統(tǒng)作為海洋石油平臺的“司令部”，是確保海洋石油平臺安全、可靠生產(chǎn)的重要組成部分。過程控制系統(tǒng)、應急關(guān)斷系統(tǒng)以及火氣探測系統(tǒng)是中控系統(tǒng)的3個組成部分。中控系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以分為設備網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡以及信息管理網(wǎng)絡這3個層次，這種分層控制形式是比較典型的形式。對于規(guī)模較大的海洋石油平臺，這3個層次分別由各自相對獨立的控制系統(tǒng)構(gòu)成，然后通過一個復雜的系統(tǒng)將他們集合為一個網(wǎng)絡化的集成平開控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)和人機操作界面的共享以及各個系統(tǒng)之間的聯(lián)動互通。在安全生產(chǎn)要求日益嚴苛的今天，過程控制系統(tǒng)、應急關(guān)斷系統(tǒng)以及火氣探測系統(tǒng)各自獨立已經(jīng)成為一種新的趨勢。

2 海洋石油平臺中控系統(tǒng)的接地種類

海洋石油平臺中控系統(tǒng)的接地種類，主要分成了中控系統(tǒng)的保護接地、中控系統(tǒng)的工作接地、中控系統(tǒng)的本安系統(tǒng)接地和中控系統(tǒng)的防雷接地。根據(jù)此對海洋石油平臺中控系統(tǒng)進行分析。

2.1 中控系統(tǒng)的保護接地

中控系統(tǒng)的保護接地，是為了防止中控系統(tǒng)的電氣裝置的金屬外殼、配電裝置等帶電危及人身和設備安全而進行的接地。所謂保護接地就是將正常情況下金屬外殼等金屬體不帶電，而在電氣絕緣材料被損壞后或其他特殊情況下可能帶電的電器金屬部分（即與帶電部分相絕緣的金屬結(jié)構(gòu)部分）用導線與接地體可靠連接起來的一種保護接線方式。海洋石油平臺上工作環(huán)境較惡劣，例如我國渤海地區(qū)，冬季溫度甚至會達到-20℃，同時電氣設備工作過程中海洋環(huán)境相對濕度較大，經(jīng)常會有鹽霧、霉菌、油霧、凝露或是腐蝕性氣體對電氣設備造成破壞或侵蝕。這些不利環(huán)境很容易造成電氣設備絕緣被破壞，一旦電氣設備的絕緣材料出現(xiàn)老化甚至破壞，極容易發(fā)生漏電事故。同時海洋石油平臺上的電氣漏電不同于陸地電氣漏電，如果出現(xiàn)電氣漏電不僅會造成相關(guān)人員發(fā)生觸電事故，同時由于漏電可能會產(chǎn)生電火花，電火花極有可能會引燃石油平臺上的油氣及易燃氣體，會造成嚴重的火災事故甚至爆炸事故，危及作業(yè)人員以及海洋石油平臺中控設備安全。因此海洋石油平臺中控系統(tǒng)必須做保護接地處理。

2.2 中控系統(tǒng)的工作接地

工作接地是指將電力系統(tǒng)的某點（如中性點）直接接大地或經(jīng)消弧線圈、電阻等與大地金屬連接。海洋石油平臺中控系統(tǒng)工作接地是為了確保中控系統(tǒng)以及與中控系統(tǒng)相連的各種儀器儀表（例如變送器、PLC等）均能可靠運行，同時也能保證測量以及控制精度。

2.3 中控系統(tǒng)的本安系統(tǒng)接地

中控系統(tǒng)的本安接地，是指中控系統(tǒng)安全柵或本安儀表的接地。這種接地不僅可以抑制干擾信號，還可以使儀表和中控系統(tǒng)具有本質(zhì)安全性質(zhì)。不同的本安措施，其本安接地形式也不盡相同：例如采用隔離式安全柵的本質(zhì)安全系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不需要專門接地，而采用齊納式安全柵的本質(zhì)安全系統(tǒng)，應設置專門接地系統(tǒng)，并且齊納式安全柵的本安系統(tǒng)接地與儀表信號回路接地應合并在一起。

2.4 中控系統(tǒng)的防雷接地

海洋石油平臺因其工作環(huán)境（多雷擊），當儀表及控制系統(tǒng)的信號線路從室外進入室內(nèi)后需做防雷接地處理。中控系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和儀器儀表防雷接地裝置應與電氣專業(yè)防雷接地系統(tǒng)共用，但是不允許與獨立避雷裝置共用接地裝置。海洋石油平臺一般都樹立在空曠的海洋平面上進行油氣作業(yè)，因為其裝置露天化布置，平臺附近區(qū)域大都被爆炸性混合氣體包圍，危險性很高，同時平臺上的井架、容器以及管架等金屬物暴露在露天環(huán)境中，加之海洋環(huán)境多雷電等極端天氣，從而使海洋石油平臺遭遇雷擊概率很大 ，海洋石油平臺中控系統(tǒng)自動化程度高、電子信息系統(tǒng)以及儀表儀器的使用多，這樣增大了雷電對海洋石油平臺中控設施的危害，防雷接地顯得尤為重要。

3 海洋石油中控系統(tǒng)接地故障及解析

3.1 接地故障造成現(xiàn)場儀表變送器信號故障

針對接地故障造成現(xiàn)場儀表變送器信號故障的情況，例如海洋石油平臺電氣間的壓力變送器經(jīng)常無法工作，其中絕大部分原因是該傳感器的電纜屏蔽線未做絕緣處理或者絕緣遭到破壞，電纜搭接在變送器外殼，這樣形成了接地現(xiàn)象，因為電纜屏蔽線已經(jīng)做接地處理，這樣便形成了接地故障，變送器發(fā)出報警，造成其無法正常工作，所以在中控系統(tǒng)中探頭電纜要單點接地，避免形成干擾信號，低頻功率在頻譜劃分上，要遠遠高于高頻功率。尤其是工頻干擾，有著較強的功率以及廣泛的分布。針對傳輸?shù)皖l信號的儀表系統(tǒng)，因為它的頻率和干擾信號有著較為接近的頻率，因此很難真正意義上借助濾波器濾除其所產(chǎn)生的干擾，基于此，對于低頻所產(chǎn)生的一些干擾渠道，一定要盡可能的消除掉。針對屏蔽層上的干擾電流，可借助信號源內(nèi)阻交接，從而形成干擾。影響海洋石油平臺中控系統(tǒng)正常工作。在海洋石油中，對于接地故障造成現(xiàn)場儀表變送器信號故障情況，需要給予充分的重視，只有加強這方面的重視工作，才可以避免故障情況的再次發(fā)生。

3.2 中控系統(tǒng)2 4 VDC供電網(wǎng)絡接地故障

針對中控系統(tǒng)24VDC供電網(wǎng)絡接地的故障情況，例如某半潛式海洋平臺中控系統(tǒng)PLC時不時自停，而且報急停故障，而且這樣的情況已經(jīng)出現(xiàn)了多次，經(jīng)過技術(shù)人員的排查發(fā)現(xiàn)推進艙其中一個接近開關(guān)24VDC線絕緣層被破壞，造成24VDC供電網(wǎng)絡接地造成故障。

3.3 防雷設置問題造成中控系統(tǒng)故障

針對防雷設置問題造成中控系統(tǒng)故障情況，例如某海洋石油平臺由于其閥型避雷器損壞，雷擊在控制柜線路上形成沖擊波，雷電沖擊波能力主要集中在工頻上，這樣容易和工頻電路回路渦合，這樣進入到中控系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的電源模塊，同時PLC控制裝置耐過壓能力較低，這樣很容易將PLC損壞，造成中控系統(tǒng)癱瘓，影響整個石油平臺安全。根據(jù)因防雷設置問題而導致的中控系統(tǒng)所出現(xiàn)的故障情況，可以建立防雷保護器，這樣避免因為出現(xiàn)雷擊等情況而導致的故障情況的發(fā)生?；诖耍瑢τ谝驗榉览自O置方面的問題，而導致中控系統(tǒng)出現(xiàn)的故障情況需要給予充分重視。

結(jié)語

本文介紹海洋石油平臺中控系統(tǒng)以及其接地形式，同時對海洋石油平臺中控系統(tǒng)常見的接地故障進行簡單分析，維護中控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行必須防備接地故障對其影響，希望此文能對海洋石油品臺中控系統(tǒng)維護人員有所啟迪。