浅谈海洋石油平台中控系统接地保护故障研究

武 岳

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

国内内陆石油开采早已经无法满足日益增长市场的需要，同时面对国际复杂局势，我国势要确保自己的能源安全，因此海洋石油开采便迫在眉睫，为了确保高效、安全地开采海洋石油，就需要利用具有高度自动化的中控系统对海洋石油开采进行监控。海上平台因其高危险、高复杂、高难度的特性，要求其控制系统必须可靠。本文通过对海洋石油中控系统以及接地类型进行介绍，从而引出接地对海洋石油平台中控系统的重要性，同时对具体故障案例进行分析。

1 海洋石油平台中控系统概述

中控系统作为海洋石油平台的“司令部”，是确保海洋石油平台安全、可靠生产的重要组成部分。过程控制系统、应急关断系统以及火气探测系统是中控系统的3个组成部分。中控系统的网络结构可以分为设备网络、控制网络以及信息管理网络这3个层次，这种分层控制形式是比较典型的形式。对于规模较大的海洋石油平台，这3个层次分别由各自相对独立的控制系统构成，然后通过一个复杂的系统将他们集合为一个网络化的集成平开控制系统，以实现信息数据和人机操作界面的共享以及各个系统之间的联动互通。在安全生产要求日益严苛的今天，过程控制系统、应急关断系统以及火气探测系统各自独立已经成为一种新的趋势。

2 海洋石油平台中控系统的接地种类

海洋石油平台中控系统的接地种类，主要分成了中控系统的保护接地、中控系统的工作接地、中控系统的本安系统接地和中控系统的防雷接地。根据此对海洋石油平台中控系统进行分析。

2.1 中控系统的保护接地

中控系统的保护接地，是为了防止中控系统的电气装置的金属外壳、配电装置等带电危及人身和设备安全而进行的接地。所谓保护接地就是将正常情况下金属外壳等金属体不带电，而在电气绝缘材料被损坏后或其他特殊情况下可能带电的电器金属部分（即与带电部分相绝缘的金属结构部分）用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。海洋石油平台上工作环境较恶劣，例如我国渤海地区，冬季温度甚至会达到-20℃，同时电气设备工作过程中海洋环境相对湿度较大，经常会有盐雾、霉菌、油雾、凝露或是腐蚀性气体对电气设备造成破坏或侵蚀。这些不利环境很容易造成电气设备绝缘被破坏，一旦电气设备的绝缘材料出现老化甚至破坏，极容易发生漏电事故。同时海洋石油平台上的电气漏电不同于陆地电气漏电，如果出现电气漏电不仅会造成相关人员发生触电事故，同时由于漏电可能会产生电火花，电火花极有可能会引燃石油平台上的油气及易燃气体，会造成严重的火灾事故甚至爆炸事故，危及作业人员以及海洋石油平台中控设备安全。因此海洋石油平台中控系统必须做保护接地处理。

2.2 中控系统的工作接地

工作接地是指将电力系统的某点（如中性点）直接接大地或经消弧线圈、电阻等与大地金属连接。海洋石油平台中控系统工作接地是为了确保中控系统以及与中控系统相连的各种仪器仪表（例如变送器、PLC等）均能可靠运行，同时也能保证测量以及控制精度。

2.3 中控系统的本安系统接地

中控系统的本安接地，是指中控系统安全栅或本安仪表的接地。这种接地不仅可以抑制干扰信号，还可以使仪表和中控系统具有本质安全性质。不同的本安措施，其本安接地形式也不尽相同：例如采用隔离式安全栅的本质安全系统，这种系统不需要专门接地，而采用齐纳式安全栅的本质安全系统，应设置专门接地系统，并且齐纳式安全栅的本安系统接地与仪表信号回路接地应合并在一起。

2.4 中控系统的防雷接地

海洋石油平台因其工作环境（多雷击），当仪表及控制系统的信号线路从室外进入室内后需做防雷接地处理。中控系统的控制系统和仪器仪表防雷接地装置应与电气专业防雷接地系统共用，但是不允许与独立避雷装置共用接地装置。海洋石油平台一般都树立在空旷的海洋平面上进行油气作业，因为其装置露天化布置，平台附近区域大都被爆炸性混合气体包围，危险性很高，同时平台上的井架、容器以及管架等金属物暴露在露天环境中，加之海洋环境多雷电等极端天气，从而使海洋石油平台遭遇雷击概率很大 ，海洋石油平台中控系统自动化程度高、电子信息系统以及仪表仪器的使用多，这样增大了雷电对海洋石油平台中控设施的危害，防雷接地显得尤为重要。

3 海洋石油中控系统接地故障及解析

3.1 接地故障造成现场仪表变送器信号故障

针对接地故障造成现场仪表变送器信号故障的情况，例如海洋石油平台电气间的压力变送器经常无法工作，其中绝大部分原因是该传感器的电缆屏蔽线未做绝缘处理或者绝缘遭到破坏，电缆搭接在变送器外壳，这样形成了接地现象，因为电缆屏蔽线已经做接地处理，这样便形成了接地故障，变送器发出报警，造成其无法正常工作，所以在中控系统中探头电缆要单点接地，避免形成干扰信号，低频功率在频谱划分上，要远远高于高频功率。尤其是工频干扰，有着较强的功率以及广泛的分布。针对传输低频信号的仪表系统，因为它的频率和干扰信号有着较为接近的频率，因此很难真正意义上借助滤波器滤除其所产生的干扰，基于此，对于低频所产生的一些干扰渠道，一定要尽可能的消除掉。针对屏蔽层上的干扰电流，可借助信号源内阻交接，从而形成干扰。影响海洋石油平台中控系统正常工作。在海洋石油中，对于接地故障造成现场仪表变送器信号故障情况，需要给予充分的重视，只有加强这方面的重视工作，才可以避免故障情况的再次发生。

3.2 中控系统2 4 VDC供电网络接地故障

针对中控系统24VDC供电网络接地的故障情况，例如某半潜式海洋平台中控系统PLC时不时自停，而且报急停故障，而且这样的情况已经出现了多次，经过技术人员的排查发现推进舱其中一个接近开关24VDC线绝缘层被破坏，造成24VDC供电网络接地造成故障。

3.3 防雷设置问题造成中控系统故障

针对防雷设置问题造成中控系统故障情况，例如某海洋石油平台由于其阀型避雷器损坏，雷击在控制柜线路上形成冲击波，雷电冲击波能力主要集中在工频上，这样容易和工频电路回路涡合，这样进入到中控系统PLC控制系统的电源模块，同时PLC控制装置耐过压能力较低，这样很容易将PLC损坏，造成中控系统瘫痪，影响整个石油平台安全。根据因防雷设置问题而导致的中控系统所出现的故障情况，可以建立防雷保护器，这样避免因为出现雷击等情况而导致的故障情况的发生。基于此，对于因为防雷设置方面的问题，而导致中控系统出现的故障情况需要给予充分重视。

结语

本文介绍海洋石油平台中控系统以及其接地形式，同时对海洋石油平台中控系统常见的接地故障进行简单分析，维护中控系统稳定可靠地运行必须防备接地故障对其影响，希望此文能对海洋石油品台中控系统维护人员有所启迪。