石油化工行业电力电子系统防雷要点.pdf

过程控制实施技术 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 8 ，3： 8 9 AUT0M AT1 0N I N P ETR0一 CH EM I CAL I NDUSTRY 石油化工行业 电力 电子系统 防雷要点 王祥 ， 王朝 晖 ( 徐 州空 军学 院 航空油料系 ， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 0 ) 摘 要 ：针对石 油化工行业 电力 电子系统遭受雷击损害 日益严 重的问题 ， 根据多 个石油库 电子系统的防雷实 验， 提出 了行 之有效的石油化工行业电力电子系统防雷措 施。 关键词 ： 石油化工； 电力电子系统； 电磁屏蔽； 防雷 中图分 类号 ： T P 2 7 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 2 4 ( 2 0 0 8 ) 0 3 0 0 8 9 0 2 1 引 言 近年来 ， 石 油化 工 行 业 电力 电子 系统 的发 展 ， 尤其是信息化建设 的发展 ， 自动化作业和信息化管 理已成 为石化行 业 管理 的主 要方 式。据 统计有 9 0 以上单位不 同程度地安装了油罐液位监测系 统 、 火灾报警 自动灭火系统、 炼油作业 自动系统、 加 油计量 自动控制系统 、 闭路电视安全监控系统等电 子信息系统 。但系统 中普遍缺少配套 的避雷防雷 设备 、 设施 ， 电子系统遭受雷击损 害的问题 日益突 出， 由感应雷和浪涌等二次雷击对炼油厂、 加油站 、 石油库 电子设备 网络通信系统造成数据丢失 ， 控制 失灵急剧增多 。由于电子系统面广 ， 现代 防雷产品 价 格 昂贵 ， 因此 ， 对 石 油 化 工行 业 电子 系统 的防雷 应抓住重点 。笔者通过对多个石油库低压配电和 电子 系统 的防雷 试验 认 为 ， 从 以下 方面采 取 防雷措 施 ， 既能减少投资 ， 又能取得较好的防雷效果 。 2对不 同系统 的防 雷措 施 2 1 罐顶 电子 系统 终端 仪表 对极易受 电磁干扰的油罐罐顶电子 系统信息 终端仪表等 ， 采用强 电磁场屏蔽技术 ， 实现油罐 电 子信息系统直击雷 防护 。关 于储油罐 的防雷， 石 油库 设计 规 范 规 定 ， 当油 罐顶 板有一 定 厚度 ， 大于 或等于 4 mm 时， 油罐又做 了良好接地 ， 油罐对雷 电有 自身 防 护能 力 ， 可 以用 油 罐 自身 做 接 闪器 ， 这 类油罐可不装设避雷针防直击雷 。但是 由于近几 年油罐电子信息系统的不断发展 ， 油罐上安装使用 了大量的电子信息设 备 ， 它们 工作在油库 的最前 端， 有的电子设备又是安装在油罐 的顶部 ， 如液位 测量仪， 其高度要高出油罐 ， 最容易受直击雷雷击， 一 旦 发生 雷 电 ， 雷 电流 就 会 通 过 电子 设 备 流 人 大 地 ， 击坏 电子器 件。如有 的地 方油罐仪 表遭雷击 后， 自动控制系统失灵 ， 发生跑油事故 。 2 0 0 4年大庆某油库 5 9台 1 1 5个种类 的油罐 仪表被雷击 ， 造成 5 0多万元 的直接经济损失。对 这些部位电子信息仪表 的防雷 ， 安装避雷针不但投 资大， 而且容易产生二次雷 ， 不适应电子信息设备 防雷 。对不同 目标 ， 采用壳体厚度大于4 mm的金 属屏蔽罩、 信号采用屏蔽线 、 铠装 电缆加穿钢管布 线工艺传递 ； 屏蔽罩与油罐做 良好连接 ， 使强 电磁 脉冲和雷电流能有效泄放人大地 。此方法在雷州 半岛多雷地区某油库使用后 ， 取得了较好的效果 。 2 2对 配 电 系统 的 防雷 主要 防雷 的电磁效 应所 产生 的浪涌 电流 ( 或称 为二次雷或感 应雷) 。由雷害种类可知 ， 感应雷 的 产生一是通过电阻耦合 ， 雷击导致附近的地电势急 剧升高 ， 若该地区电子 、 电气设备与远离雷击点 的 建筑 内的设备有电缆连接 ， 因电缆的电阻小于土地 的电阻， 浪涌电流就会在电缆 中产生 ， 从而危害两 端的电子 电气设备； 二是通过电感耦合 ， 雷击使建 筑物外部 防雷设备的导体上产生巨大的瞬间电磁 场 ， 使建筑物 内的电缆感应生成有害电压产生浪涌 电流 ； 三是通过电容耦合 ， 空 中的高压供 电线很容 易遇到雷击， 虽然其本身的高压浪涌保护装置泄放 了大量的能量 ， 仍有相当多的能量由于其 自身的高 频特性以电容耦合 的方式通过变压器进入建筑物 内的供电系统 ， 危害电子设备 。因此 ， 对配电系统 ， 应采用组合型电子防雷器 ， 放射式多点接地连接技 术 ， 可有效降低感应雷峰值 电压 ， 实现强 电磁环境 下 电器设备不问断作业 。针对 目前石化行业 电力 拖动设备普遍使用价格 昂贵的变频调速技术 ， 对 收稿 日期 ：2 0 0 8 一O 3 一 O 7 。 作者简介：王祥( 1 9 5 5 一) ， 男， 江苏睢宁人 ， 1 9 7 7年毕业于空 军第一航空学院飞机无线电专业 ， 1 9 9 6年毕业 于空军后勤学院油料 管理工程专业 。现工作于 中国人 民解放军徐州 空军学院航空 油料 系 ， 长期从事石油库 电气 自动化教学和科研工作 ， 高级实验师 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工 自动化 配 电系统 要 求 严 格 。应 采 用 电压 梯 度 高 、 大 电 流 特性好 、 能量密 度 大、 高压高 能型 氧化锌 压 敏 电 阻 组合 型 电子 防 雷 器 。克 服 现 有 电 源 防 雷 器 性 能单一的缺点 ， 能有效保护 电力拖 动设备 。这种 结构 的避 雷 器一 般 采 用 图 1所 示 的结 构 形 式 。 这样就使单片氧化锌避雷器 的通流量大大增 加 ， 并且使残压 降到 了一个 较低 的水 平 。根据 组合 方 式 的不 同 ， 该 种结 构 的避 雷器 可 应 用 于 N P E配 电结构和其他配 电结构 的 B C级防雷保护 中。 囱 并联结构 组合结构 图 1 组 合型 电子 防 雷器形 式 2 3对 电子信 息设 备 采用多级防雷保护 ， 配合 电磁屏蔽技术 ， 使用 多节点式接地系统 ， 实现石化企业 自动控制与测量 系统、 信息采集系统防雷击无电磁干扰作业 。电子 信息设备多使用单相交流电源 ， 为了提高保护可靠 性 ， 要求电涌保护装 置采 用多级保护 电路 ， 如 图 2 所示 。通常包括泄流和限压 2级 ， 第 1级作为泄流 电路( 由 R V ，RV ，RV 。3个压敏电阻组成) ， 主 要用来泄放大电流 ， 将过电压暂态能量的大部分进 行旁路和吸收 ， 要求泄 流元件通流量大 ， 耐冲击能 力强 ； 第 2级作为限压 电路 ( 由 RV ，R V ， RV 3 个压敏 电阻组成) ， 主要用来钳制电压 ， 即限制电路 中的残压 ， 以保护后续设备 。这就要求所选限压元 件 的非线性特性好 ， 残压水平低。这级元件可选用 压 敏 电阻和 齐纳 T VS二极 管 。但 齐 纳 TVS二 极 管 的通流量十分有限 ， 与第 1级配合有困难 ， 所以 在电源保护 中用得较少。2级是一个整体 ， 泄流和 限压是相辅相成的。为实现 2级配合 ， 在 中间串人 冲击特性较好 的电感较为合适 ， 而且还可以和电容 构成滤波器 ， 抑制高频干扰。由波的折反射原理 ， 当波进入保护 电路并到达电感时， 电感产生与来波 同极性的反射波 ， 使第 1级的压敏电阻电压迅速升 高 ， 使其动作 ， 同时折射波降低了作用于第 2级压 敏电阻上 的波头上升陡度 ， 改善 了第 2 级压敏 电阻 的响应特性 ， 有效地钳位限压 。 从建筑物 电源总人 口处传人 的浪涌峰值往往 非常高 ， 为了使被保护设备承受的浪涌控制在其耐 冲击额定值范 围内， 建议采用 3级 S P D配合 。第 1 级 S P D可采 用 开关 型 ， 安 装在 电源总 人 口处 ， 如 总 配电柜内； 第 2级可 以安装在后端带有大量用电设 备的配电箱 内， 如楼层配电箱 ， 通常采用 限压型 ； 第 3级安装在 比较重要 的信息设备前或离其最近的 配电盘中。各级 S P D与等电位体连接 的导线要尽 可能短而直 ， 所选用的前 1级 S P D 的参考 电压要 比后 1级 S P D高 ， 前 1级 S P D 的通流容量要 比后 1级大 ， 两级 S P D之间要保持一定距离 ， 这样能量 配合才 比较合理 ， 提高防雷可靠性。 L N G 三 = ： R G G I I 上 l Rvt 图 2 单相 电源 S P D保护 电路 2 4 核 心 部件 控制 中心 的防 雷 对核心部件控制 中心 ， 应采用 电磁屏蔽 、 等 电 位连接 、 正确接地等综合方法防雷。控制室应采用 无窗的封闭结构 ， 将房屋墙壁中的结构钢筋交点处 进行电气连接 ， 并与金属 门框焊接， 构成一个带 门 开 口的屏蔽笼 ， 在室内沿墙壁四周做一圈保护接地 环 ( 接人 防雷地 ) ， 接地 环 与屏蔽 笼进 行有 效 的 电气 连接。对信息控制 中心的供 电电源人 口和各种信 号线人 口进行堵截与泄流相结合的预防技术 ， 可有 效预防强雷电的袭击 。为防止雷 电波从导线输入 控制室 ， 最有效的办法是把 电线、 电缆全线穿铁管 埋 地引入 ， 或 采用 钢管 布线 、 铠装 电缆 、 电缆沟 或埋 地敷设 ； 强 电、 弱 电分开 ， 通 信线与交流 电源线分 开 ； 远离水管 、 石油管道等方法 。为降低接触 电压 和跨步电压 ， 控制室主要出入 口处应采用高电阻率 的路面， 如铺砾石、 沥青路面等 。控制室应进行等 电位连接 ， 在石化行业 内部 ， 低压 电气设备较多 ， 各 种管道纵横交错 ， 因此可以把它们连接起来构成等 电位空间。等电位连接就是在核心部件控制 中心 建筑物电源线路进线处将 P E干线 、 接地 干线 、 总 水管 、 总油管 、 采暖和空调竖管等相连接 ， 最好也能 将建筑物的金属构件和其他金属管道也连接起来 ， 使核心部件控制中心建筑物 内基本处 于等 电位状 态 。通 过优 化 设 计 ， 采 用 不 同 防雷 技术 手 段 ， 对 强 电磁干扰条件下 电子信 息控制 中心， 实施有效 防 护 ， 提 高核 心部 位抗 雷击 能力 。 参考文献 ： 1何海 畴 ， 张小 青 信 息设 备 电源 系统 的 电涌 防护电气 时 代 ， 2 0 0 5， ( 6 )：】 0 4 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m