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油品儲(chǔ)運(yùn)場所靜電在線測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：雷玉常董仕榮劉一兵焦光偉梁吉申文檔來源： 1重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所 2中國人民解放軍后勤工程學(xué)院 3中國人民解放軍通信學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月15日
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《自動(dòng)化與儀器儀表》2012年第4期(總第162期)
油品儲(chǔ)運(yùn)場所靜電在線測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
雷玉常 ，董仕榮 ，劉一兵 ，焦光偉。，梁吉申。
( 重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所 重慶，4 011 21)
(2中國人民解放軍后勤工程學(xué)院 重慶，4 01 31 1)
(3中國人民解放軍通信學(xué)院 重慶，4 0 0 O 3 5)
摘 要：針對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)場所靜電累計(jì)和環(huán)境安全的關(guān)系，設(shè)計(jì)了一種在線監(jiān)測靜電累計(jì)量的系統(tǒng)，該監(jiān)測系
統(tǒng)為指導(dǎo)油品儲(chǔ)運(yùn)場所環(huán)境安全防護(hù)奠定了一定基礎(chǔ)，具有實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：靜電累計(jì)；在線監(jiān)測；環(huán)境安全防護(hù)
Abstract：Forthe relationshipsbetween static electricityaccumulationofpetroleum storage sites andenvironmental safety，an Olllinemonitoring
system ofstatic electricity accumulationisdesigned，whichlaysacertainfoundationfol‘guidesofenvironmental security
of petroleum storage sites，has practical value．
Key words：Static ElectricityAcumulation；On-lineMonitoring；EnvironmentalSecurity
中圖分類號(hào)：TN802 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1 001-9227(201l 2)04-0059-03
0 引言
兩種不同物質(zhì)相互接觸和分離時(shí)，由于不同物質(zhì)的
原子的得失電子的能力不同，不同的原子、原子團(tuán)或分子
的外層電子層的能級(jí)不同，在接觸面處將發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，
使接觸面兩側(cè)出現(xiàn)大小相等，極性相反的兩層電子，形成
電位差，從而產(chǎn)生靜電。同理，油品在流動(dòng)、沖擊、飛濺等
情況下，與設(shè)備頻繁的接觸和分離，也會(huì)產(chǎn)生靜電。電位
越高，放電的可能性就越大，危險(xiǎn)性也就越大，靜電放電
會(huì)引燃可燃?xì)舛a(chǎn)生火災(zāi)和爆炸事故，它能使人遭到電擊
甚至引發(fā)二次事故，以及引起電火工品發(fā)生意外爆炸。油
品在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加注過程中發(fā)生靜電事故，西方國家早
在1930年就有記載。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國1960D 1973年發(fā)生靜電
引起的油罐火災(zāi)事故116起，原西德l962—1973年發(fā)生靜
電引起的油罐火災(zāi)事故2 2起，1 969年底，在不到一個(gè)月的
時(shí)間里，由于靜電的原因引起了荷蘭、挪威、英國三艘2 O
萬噸超級(jí)油輪洗艙時(shí)相繼發(fā)生爆炸。近年來，我國在石化
企業(yè)也曾發(fā)生幾十次較大的靜電事故。例如，上海某石化
公司的2000米 甲苯罐，山東齊魯某公司的膠渣罐，撫順某
石化公司的航煤罐等都因靜電造成了嚴(yán)重火災(zāi)爆炸事故。
中石化銷售系統(tǒng)在近2 0年間，共發(fā)生靜電引起的油罐火
災(zāi)2 O 多起，占事故總數(shù)的1 0％ 以上，由此可見，油品靜電
事故是油品儲(chǔ)運(yùn)中安全技術(shù)的重要問題。
靜電防護(hù)已成為各國科學(xué)家重視的問題，靜電防護(hù)
的重要課題之一是對(duì)靜電進(jìn)行檢測，并對(duì)危險(xiǎn)的靜電給出
報(bào)警，以便采取有效防護(hù)措施。在靜電防治的過程中，參
數(shù)測量的失敗可能直接導(dǎo)致事故的發(fā)生? ，因此，參數(shù)的
良好測量成為必須，進(jìn)而為良好防護(hù)打下基礎(chǔ)。
收稿日期：2 01 2—04—1 8
作者簡介：雷玉常(1 9 7 9一)，男，山東菏澤人，碩士，主要研究
方向?yàn)樽詣?dòng)化控制。
·基金項(xiàng)目：重慶市科學(xué)技術(shù)研究院項(xiàng)目(CSTC，2 0 09DA 0 0 01一
B1 0)；重慶市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目(CsTc，2 01 0AB 2 0 9 7)
本文提出了一種檢測靜電累計(jì)量指標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方
法，詳細(xì)介紹了檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出了測試結(jié)果，為進(jìn)
一步做好油品儲(chǔ)運(yùn)場所的環(huán)境安全防護(hù)奠定了一定基礎(chǔ)。
1 系統(tǒng)原理
為了實(shí)現(xiàn)在線檢測靜電系統(tǒng)，需要完成靜電檢測單
元的設(shè)計(jì)、通信組網(wǎng)單元設(shè)計(jì)、報(bào)警單元設(shè)計(jì)，以及靜電
采集、分析、報(bào)警與管理軟件設(shè)計(jì)等。
靜電檢測單元設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心工作之一，也
是攻堅(jiān)難點(diǎn)。系統(tǒng)靜電檢測單元的設(shè)計(jì)按照非接觸式電容
感應(yīng)測量原理，該方案克服了靜態(tài)電容方案中難以處理的
零點(diǎn)漂移及測量結(jié)果隨時(shí)間漂移的問題，并且，選擇了較
理想的電容振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，理論上實(shí)現(xiàn)了本安防爆設(shè)計(jì)。
通信組網(wǎng)單元設(shè)計(jì)是系統(tǒng)在線檢測多臺(tái)靜電檢測儀
的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，包括下位通信單元和上位機(jī)通信單元兩個(gè)
部分。系統(tǒng)通信組網(wǎng)單元的設(shè)計(jì)采用了4 8 5總線和標(biāo)準(zhǔn)的
modbus協(xié)議。
報(bào)警單元設(shè)計(jì)是系統(tǒng)提示用戶靜電累計(jì)量超標(biāo)，需
要針對(duì)性地采取相應(yīng)處理措施的警示器。系統(tǒng)報(bào)警單元的
設(shè)計(jì)采用了同時(shí)提供人機(jī)交互提示畫面報(bào)警和聲音報(bào)警
的模式。
靜電采集、分析、報(bào)警與管理軟件是系統(tǒng)和用戶交互
的媒介。系統(tǒng)人機(jī)交互界面基于開發(fā)工具VC++6．0或力控
組態(tài)軟件，提供了數(shù)據(jù)采集與顯示，實(shí)時(shí)曲線顯示與定
位，歷史數(shù)據(jù)查看，靜電：果集通道配置，報(bào)警上下限配置
與報(bào)警確認(rèn)，靜電檢測儀地址讀寫，串口波特率配置，以
及校正(根據(jù)測量距離)：等功能。
系統(tǒng)把靜電檢測單元的設(shè)計(jì)、通信組網(wǎng)單元設(shè)計(jì)、報(bào)
警單元設(shè)計(jì)，以及靜電采集、分析、報(bào)警與管理軟件設(shè)計(jì)
等部分有機(jī)地組成了一個(gè)整體，可以流暢地完成靜電在線
測量任務(wù)。
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油品儲(chǔ)運(yùn)場所靜電在線測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 雷玉常，等
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)上述系統(tǒng)原理，給出了系統(tǒng)架構(gòu)，包括靜電檢測
單元，通信組網(wǎng)單元，報(bào)警單元和靜電采集、分析、報(bào)警
與管理軟件單元等部分，如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖
2．I 硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)主要包括靜電檢測單元，通信組網(wǎng)單元和
報(bào)警單元的設(shè)計(jì)。
2．1．1靜電檢測單元設(shè)計(jì)
靜電檢測單元采用的是動(dòng)態(tài)電容測量原理 ，硬件框
圖如圖2所示。
圖2 靜電檢測儀硬件框圖
振動(dòng)極板的驅(qū)動(dòng)裝置采用壓電驅(qū)動(dòng)模式，辨向電路
采用輸入信號(hào)和輸出信號(hào)組合的邏輯(結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)最終
辨向)。
2．1．2通信組網(wǎng)單元設(shè)計(jì)
通信組網(wǎng)單元的設(shè)計(jì)采用了485總線和標(biāo)準(zhǔn)的mOdbu S
協(xié)議
靜電檢測儀比較少的場合，通信組網(wǎng)單元采用的是
232轉(zhuǎn)485，標(biāo)準(zhǔn)的modbuS協(xié)議和白編寫的上位機(jī)軟件；靜
電檢測儀比較多的場合，通信組網(wǎng)單元采用的CAM s 3 O O 0
(重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))的TCP
轉(zhuǎn)485板卡，標(biāo)準(zhǔn)的modbu S協(xié)議和力控組態(tài)軟件。
2．1．3報(bào)警單元設(shè)計(jì)
報(bào)警單元的設(shè)計(jì)采用了同時(shí)提供人機(jī)交互提示畫面
報(bào)警和聲音報(bào)警模式。
人機(jī)交互提示畫面報(bào)警由系統(tǒng)上位機(jī)人機(jī)交互提供；
聲音報(bào)警模式由音響設(shè)備結(jié)合驅(qū)動(dòng)軟件來實(shí)現(xiàn)。
2．2 軟件設(shè)計(jì)
2．2．1靜電檢測儀程序設(shè)計(jì)
靜電檢測儀程序主要包括靜電數(shù)據(jù)采集，儀表地址
修改，串口波特率修改等幾部分，程序流程如圖3所示。
60
圖3 程序流程圖
2．2．2人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)
人機(jī)交互程序主要包括靜電數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)曲線顯
示與放縮、歷史數(shù)據(jù)定位與查看，儀表通道配置，報(bào)警設(shè)
置與確認(rèn)，儀表地址讀寫，儀表校準(zhǔn)和波特率配置等幾部
分。靜電檢測儀比較少的場合，采用基于VC++6．0開發(fā)軟
件編寫的靜電采集程序，運(yùn)行界面如圖4所示；靜電檢測
儀比較多的場合，采用力控組態(tài)軟件。
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注： ×50 (倍數(shù))
圖4 運(yùn)行界面
3 系統(tǒng)測試
基于上述設(shè)計(jì)原理的一臺(tái)樣機(jī)系統(tǒng)自測數(shù)據(jù)如表1所
示，測量數(shù)據(jù)的線性度如圖5所示。
表1 靜電測量值
靜電電壓能 淵搬德(注2 測擻均值(il 2)
(V J (mV) (mV)
-322--334．-3l8， -338(注I1，-322，
- 7871 —324
一3I 6f漣1}1-320． ·326． ·3口，-324
-240． 38．一244，-246C~?l】，·232 r
．5890 ．238
一23 撞Il，-236· ·242·-240t一236
- 162， ·164． ．J柏． -I64．-l硼 I1．
-39}0 -“
· I5S(注Ib I70． 162 l58t一162
- IO 避，1- -92· -88· ·94· -96，
J929 ·92
-94· ·92， 柵· -8酣注I】· -92
蹦- 9o． 82。 9o， 78(i~I'
1734 86
舳， 88， 92(注I1． 88， 86
Jl9， ¨2， 1伸． 114 1O 往I ，
2,499 l1l
106， lo巷， 110． 1 洼 ltO
f52· l56， l 68f眭I}I I50· 152，
3697 j54
148(i~I1， 154， l52， 154．152
l82， 184， l7q汪I)1 178， 182t
4479 J8 J
t78， l84t Ig2， tg4t駐1)，Ig2
注1：最大或最小測量值
注2：測量值乘以一個(gè)系數(shù)即可得到最終測量值
(下轉(zhuǎn)第6 2頁)
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TN系統(tǒng)接地故障保護(hù)的分析與設(shè)計(jì) 李彩娟，等
值，而接地故障保護(hù)則要求了保護(hù)器整定值的最大值，在
設(shè)計(jì)中要兩者兼顧。當(dāng)遇到過電流保護(hù)要求的最小值大于
接地故障保護(hù)要求的最大值時(shí)，應(yīng)采取加大相導(dǎo)體及保護(hù)
接地導(dǎo)體截面或采用漏電保護(hù)措施來解決這個(gè)矛盾。
2．2 加大相導(dǎo)體及保護(hù)的接地導(dǎo)體截面
當(dāng)配電線路較長，導(dǎo)線截面小，接地故障電流較小，
使得過電流保護(hù)電器常常不能滿足接地故障電流大于保
護(hù)器動(dòng)作整定值，此時(shí)可采用放大相線、P E線截面面積。
220
由 (Z 為接地故障回路阻抗，它包括故障電
流流經(jīng)的相線、P E線和變壓器的阻抗)可知利用放大相
線、P E線截面面積來加大I ，使其滿足接地故障電流大于
保護(hù)器動(dòng)作整定值。當(dāng)故障點(diǎn)遠(yuǎn)離變電所時(shí)，忽略變壓器
的阻抗，Z 即為單相接地短路電路中的相保阻抗Z。 。由
r———— ——————_ 1
z柏
p
= R曲
．：+x ，R曲 = ＼'RL1)+R Rl + R㈣ l
1 一 一
．
= 吉[ ，+ ，+ 1)腳+3,it。) j(R ph．p、X ph． 分另Ⅱ?yàn)榫€
路的相保電阻和相保電抗；R 、X? 分別為線路的正序電
阻和正序電抗；R 、X 分別為線路的負(fù)序電阻和負(fù)序電
抗；R(0)ph、X(o)ph分別為相線的零序電阻和零序電抗：R(o)p、
x? 分別為PE線的零序電阻和零序電抗)可看出，在加大
線路截面時(shí)，可優(yōu)先考慮加大PE線截面面積，將PE線加大
至相線。其次考慮加大相線截面積。同時(shí)加大相線截面可
節(jié)約線路電能損耗。但此方法僅適用于截面積較小的的電
纜和穿管絕緣線，而對(duì)于截面較大的裸干線或架空線，由
于其電抗較大，加大截面的作用很小。
2．3 采用局部等電位連接或輔助等電位連接來降低接觸
電壓
在電氣裝置或建筑物內(nèi)，不論采用那種接地系統(tǒng)，都
要進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)。在正常環(huán)境中，人身電擊安全電壓
限制為5 0 V，因此可利用局部等電位連接或輔助等電位連
接來降低接觸電壓，因此時(shí)的接觸電壓只是故障電流分流
在一小段局部等電位聯(lián)結(jié)線上的電壓降，其電壓大大的小
于5 0 V，從而可以更可靠防止人身電擊事故的發(fā)生。通常
在浴室、游泳池、醫(yī)院手術(shù)室此類場所可通過局部等電位
連接甚至輔助等電位聯(lián)結(jié)來達(dá)到降低接觸電壓的目的。
2．4 采用帶接地故障保護(hù)的斷路器
2．4．1采用零序電流保護(hù)
T N系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，若三相負(fù)荷完全平衡，無諧波電
流，忽略正常泄漏電流，則N線的電流為0，即零序電流為
0；如果三相負(fù)荷不平衡，則零序電流不為0，配電線路正
常運(yùn)行時(shí)零序電流的值不超過計(jì)算電流的20％～25％；如果
發(fā)生某一相接地故障，零序電流將大大增大，因此可利用
檢測零序電流值的變化，判斷是否發(fā)生接地故障。零序電
流保護(hù)整定值I S et0一般為斷路器長延時(shí)脫扣器整定電流
I Setl的2O％～l00％，很容易滿足接地故障電流檢測值I 、
≥ 1．3 I? ，同時(shí)零序電流保護(hù)整定值大于配電線路最大
不平衡電流I? ≥2．0I 。因此當(dāng)配電線路得諧波電流較大
時(shí)零序電流保護(hù)很難滿足接地故障保護(hù)的要求。
2．4．2采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)
T N系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，即便三相負(fù)荷不平衡，剩余電流
只是泄漏電流；如果發(fā)生某一相接地故障，則檢測的I 等
于接地故障電流。剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的整定值更小，很
容易滿足接地故障電流I ≥1．3I 。因此在末端回路最
好設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)。當(dāng)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器用于插座
回路和末端線路時(shí)應(yīng)選擇動(dòng)作電流不大于3 0 m A的高靈敏
度的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器。當(dāng)采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器作
為上一級(jí)保護(hù)時(shí)，為保證與下級(jí)漏電保護(hù)器的選擇性，其
動(dòng)作電流整定值不小于3 0 0mA，對(duì)于配電干線不大于5 0 0
mA，其動(dòng)作時(shí)間應(yīng)有延時(shí)。
3 結(jié)束語
防止人身間接電擊的保護(hù)措施可采用II、HI類電氣
設(shè)備，或采取電氣隔離等措施，本文僅就I類電器設(shè)備的
接地故障保護(hù)措施進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院．工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(第
三版)[M]。中國電力出版社，2004．
[2] 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50054—1995．
(上接第6 0頁)
圖5 線性度
依據(jù)上述測量數(shù)據(jù)，結(jié)果表明靜電測量的相對(duì)誤差
不超過1 0％，并且測量數(shù)據(jù)的線性度良好。
4 結(jié)語
本文提出的監(jiān)測靜電累計(jì)量的系統(tǒng)可以從一定程度
上解決目前油品儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)難以實(shí)現(xiàn)不問斷監(jiān)測靜電累計(jì)
62
量的問題，同時(shí)，還可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)靜電累計(jì)量進(jìn)行
實(shí)時(shí)分析，找出存在的問題并及時(shí)改進(jìn)。它將對(duì)油品儲(chǔ)運(yùn)
行業(yè)提供有效的監(jiān)測靜電累計(jì)量的技術(shù)手段，對(duì)監(jiān)測靜電
累計(jì)量進(jìn)行及時(shí)分析處理和進(jìn)一步指導(dǎo)靜電防護(hù)具有重
要意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉倩，方衛(wèi)紅，沈小東等．靜電電位測量誤差分析及對(duì)策[IT]．
中國儀器儀表，2008(3)：78-80．
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[3] 雷玉常，董仕榮，劉一兵等．油品儲(chǔ)運(yùn)場所在線靜電檢測儀設(shè)計(jì)
[J]．自動(dòng)化與儀器儀表，2012(1)：100—101．
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