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[摘 要]文章介绍了电气和控制系统接地的作用和接地方式；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。
[关键词]天然气输配管网 接地方式 等电位接地
中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0373-01
电气和控制系统接地的作用有两个：一是保护人身和设备安全；二是保障仪表和控制系统稳定、准确运行，保证信号畅通、抗御各种干扰。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 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。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。
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 50174-93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。
2 天然气输配管网接地连接方法及特点
2.1 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。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。
2.2 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 TNS 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 1.0 m 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。
3 等电位接地方式存在的问题及采取措施
不同的性质的接地电流，由于其电流大小、波形、持续时间的长短以及发生的概率不同，对系统造成的影响也不一样。对我公司场站、阀室，可能发生的主要有以下两种情况：一是雷击。此时在外部避雷装置接地系统上可以产生的电流达 200 kA，频率高达 1 MHz，但持续时间仅为毫秒级。另一类是大容量的工频用电设备可能产生漏电流长时间流向大地。
针对引起共用接地系统电位上升的原因，主要采取以下措施予以解决：
（1）降低共用接地系统的接地电阻
有效降低等电位接地系统的接地电阻，能有效防止电位上升波及的危害。由以下接地网接地电阻计算公式 R = 0.5×ρ /S可知，要降低共用接地系统的接地电阻，一可增加地网总面积 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。
（2）保持离大的接地电流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，沿地下接地体长度必须大于 15 m。即，一般来说，经过 15 m 的距离能将沿接地体传播的雷电过电压衰减到不足以危及设备。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，沿地下接地体的长度必须大于 5 m。
（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。
此外，控制系统除了本身的接地点外，还有变送器、执行器等许多现场设备，这些设备大多都自然接地，如果这些自然接地体和共用接地网没有连接而且又在外部防雷系统的附近，则在外部防雷系统接闪时，会因为地电位的升高而产生反击。所以必须保证整个控制系统（包括现场变送器、执行器）的所有接地点（包括自然接地点）都应在同一个共用接地网上。
参考文献
[1] 潘家华.油气管道断裂力学分析[M].北京：石油工业出版社，1989.
[2] Starostinv. Pipeline disaster in the USSR. Ithad to happen，yet it could have been averted[J].Pipes Pipelines Int， 1990，35（2）：7～8.
[3] 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.
[关键词]天然气输配管网 接地方式 等电位接地
中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0373-01
电气和控制系统接地的作用有两个：一是保护人身和设备安全；二是保障仪表和控制系统稳定、准确运行，保证信号畅通、抗御各种干扰。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 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。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。
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 50174-93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。
2 天然气输配管网接地连接方法及特点
2.1 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。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。
2.2 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 TNS 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 1.0 m 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。
3 等电位接地方式存在的问题及采取措施
不同的性质的接地电流，由于其电流大小、波形、持续时间的长短以及发生的概率不同，对系统造成的影响也不一样。对我公司场站、阀室，可能发生的主要有以下两种情况：一是雷击。此时在外部避雷装置接地系统上可以产生的电流达 200 kA，频率高达 1 MHz，但持续时间仅为毫秒级。另一类是大容量的工频用电设备可能产生漏电流长时间流向大地。
针对引起共用接地系统电位上升的原因，主要采取以下措施予以解决：
（1）降低共用接地系统的接地电阻
有效降低等电位接地系统的接地电阻，能有效防止电位上升波及的危害。由以下接地网接地电阻计算公式 R = 0.5×ρ /S可知，要降低共用接地系统的接地电阻，一可增加地网总面积 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。
（2）保持离大的接地电流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，沿地下接地体长度必须大于 15 m。即，一般来说，经过 15 m 的距离能将沿接地体传播的雷电过电压衰减到不足以危及设备。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，沿地下接地体的长度必须大于 5 m。
（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。
此外，控制系统除了本身的接地点外，还有变送器、执行器等许多现场设备，这些设备大多都自然接地，如果这些自然接地体和共用接地网没有连接而且又在外部防雷系统的附近，则在外部防雷系统接闪时，会因为地电位的升高而产生反击。所以必须保证整个控制系统（包括现场变送器、执行器）的所有接地点（包括自然接地点）都应在同一个共用接地网上。
参考文献
[1] 潘家华.油气管道断裂力学分析[M].北京：石油工业出版社，1989.
[2] Starostinv. Pipeline disaster in the USSR. Ithad to happen，yet it could have been averted[J].Pipes Pipelines Int， 1990，35（2）：7～8.
[3] 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.