1、1DCSDCS遭雷击的案例分析和遭雷击的案例分析和雷害的风险评估雷害的风险评估徐义亨徐义亨浙江中控技术有限公司浙江中控技术有限公司2本部分的主要内容本部分的主要内容1 DCS1 DCS遭雷击的典型案例；遭雷击的典型案例；2 DCS2 DCS雷害的风险评估；雷害的风险评估；3 3 从从“亡羊补牢亡羊补牢”到到“防患于防患于未然未然”。3前言前言 我公司在近四年来对遭雷害的我公司在近四年来对遭雷害的DCS进行案例分析和风进行案例分析和风险评估，使我们逐渐清楚：险评估，使我们逐渐清楚：1）雷电是通过什么）雷电是通过什么耦合途径耦合途径给给DCS带来危害的；带来危害的；2）如何进行控制系统雷害的）如何
2、进行控制系统雷害的风险评估风险评估；3）自动化的）自动化的工程环境工程环境对对DCS防雷有着举足轻重的影响；防雷有着举足轻重的影响；4）应提高）应提高DCS本身的本身的电磁兼容性电磁兼容性（EMC）。）。41 DCS1 DCS遭雷击的典型案例遭雷击的典型案例51.1 1.1 某污水处理装置雷击案例某污水处理装置雷击案例雷害时间雷害时间：20022002年年6 6月月2828日日.现场情况现场情况：空旷、潮湿、有高压输电空旷、潮湿、有高压输电线，是明显的引雷点。线，是明显的引雷点。该装置的该装置的DCSDCS在厂长办公室在厂长办公室内设立了一个监控站，从控制室内设立了一个监控站，从控制室到厂长办
3、公室的通信电缆，在室到厂长办公室的通信电缆，在室外大概有外大概有6 6米一段长度是和建筑米一段长度是和建筑物的避雷带（相距仅物的避雷带（相距仅100mm100mm）平）平行敷设的行敷设的 。事故情况事故情况：由于避雷带中的雷电流通过由于避雷带中的雷电流通过电磁感应电磁感应，将高电位沿着通信电，将高电位沿着通信电缆引入系统，将两端的网卡击缆引入系统，将两端的网卡击穿穿。6解决方法：解决方法：方案一：拉开距离。将通信电缆重新敷设，保持和避雷带、引方案一：拉开距离。将通信电缆重新敷设，保持和避雷带、引下线起码要相隔下线起码要相隔2 2米以上的距离。同时还应在金属走线槽的两端接米以上的距离。同时还应在
4、金属走线槽的两端接地，槽与槽之间保持良好的电气连接。地，槽与槽之间保持良好的电气连接。方案二：改用光纤通信。这当然是解决问题的一种方案，但在方案二：改用光纤通信。这当然是解决问题的一种方案，但在敷设光缆时同样也要注意光缆金属部分的防雷。敷设光缆时同样也要注意光缆金属部分的防雷。一点思考：一点思考：该装置的所有该装置的所有I/OI/O信号电缆信号电缆全部在全部在0.8米以下并用金属走线槽或米以下并用金属走线槽或穿金属管埋地敷设，所以任凭雷击，所有的穿金属管埋地敷设，所以任凭雷击，所有的I/O卡都安然无恙。卡都安然无恙。这就引起我们的思考这就引起我们的思考-关于信号传输线的双层屏蔽为什么能关于信号
5、传输线的双层屏蔽为什么能起到防雷的作用。起到防雷的作用。71.2 1.2 某某化工公司邻硝装置案例分析化工公司邻硝装置案例分析 雷害时间雷害时间:20042004年年3 3月月1717日日.事故情况事故情况:遭受雷击，现场的多遭受雷击，现场的多台变送器（包括德国的台变送器（包括德国的E+HE+H液位液位变送器）和对应的变送器）和对应的AIAI卡同时被雷卡同时被雷击坏。击坏。8事故原因：事故原因：由于控制系统采用单独接地，即便变送器的电子线路在现场侧没由于控制系统采用单独接地，即便变送器的电子线路在现场侧没有工作接地，而且它和变送器的外壳隔有一定间隙（或串接一个反向有工作接地，而且它和变送器的外
6、壳隔有一定间隙（或串接一个反向二极管），但变送器的外壳和金属安装支架（或与金属设备相连）形二极管），但变送器的外壳和金属安装支架（或与金属设备相连）形成了自然接地。当变送器附近的设备或建筑物遭雷击时，由于地电位成了自然接地。当变送器附近的设备或建筑物遭雷击时，由于地电位的浮动，可以使变送器和控制系统两处的地电位差达几万、几十万的浮动，可以使变送器和控制系统两处的地电位差达几万、几十万伏，故通过信号电缆足以将变送器和控制系统的伏，故通过信号电缆足以将变送器和控制系统的AI卡同时击穿，或击卡同时击穿，或击穿其中之一（具体要视设备和导线的分压比）。穿其中之一（具体要视设备和导线的分压比）。解决方法：
7、解决方法：将变送器外壳和控制系统实现等电位接地。将变送器外壳和控制系统实现等电位接地。9雷电反击原理图雷电反击原理图变送器变送器DCS150米米几万、几十万伏地电位差几万、几十万伏地电位差地电位分布曲线地电位分布曲线引下线引下线101.3 1.3 某石蜡加氢装置案例分析某石蜡加氢装置案例分析雷害时间：雷害时间：20042004年年7 7月月8 8日下午日下午4 4点。点。事故情况：事故情况：遭受雷击。使操作站遭受雷击。使操作站的工控机的主板被雷击坏。的工控机的主板被雷击坏。事故原因：事故原因：因为工控机所在机柜位因为工控机所在机柜位于离大窗户和门口不到于离大窗户和门口不到0.80.8米，米，承
8、受着和室外一样的电磁场强承受着和室外一样的电磁场强度。而工控机的外壳没有屏蔽度。而工控机的外壳没有屏蔽接地，遭雷击时，机柜门又半接地，遭雷击时，机柜门又半虚掩。虚掩。解决方法：解决方法：首先是工控机的外壳屏首先是工控机的外壳屏蔽接地。其次，将控制室建筑蔽接地。其次，将控制室建筑物内的钢筋、金属门窗等连接物内的钢筋、金属门窗等连接起来，进行格栅屏蔽。起来，进行格栅屏蔽。111.4 1.4 某石化公司沥青装置的案例分析某石化公司沥青装置的案例分析雷害时间雷害时间：20032003年年7 7月月2121日。日。12某石化总厂沥青装置的控制室平面某石化总厂沥青装置的控制室平面沥青装置减压塔m接地极总汇
9、线桥架机柜室操作室大面积窗户区区区区13问题问题1 1：在雷电的当即，为什么显示器会发生黑屏？在雷电的当即，为什么显示器会发生黑屏？2 2秒钟后为什么秒钟后为什么又自动恢复？又自动恢复？据现场调查，在遭雷击时，控制室内的据现场调查，在遭雷击时，控制室内的UPS没有发生停电事没有发生停电事故，控制器和操作站的电源开关也没有断开过。显示器黑屏故，控制器和操作站的电源开关也没有断开过。显示器黑屏2秒钟后秒钟后又恢复到黑屏前的显示画面，这说明操作站的主机在黑屏后也没有又恢复到黑屏前的显示画面，这说明操作站的主机在黑屏后也没有重新启动过（即一直处于通电状态）。重新启动过（即一直处于通电状态）。因此遭成显
10、示器黑屏的原因只能是强大的雷电电磁脉冲对阴极因此遭成显示器黑屏的原因只能是强大的雷电电磁脉冲对阴极射线管（射线管（CRT）内的电子束产生的干扰所至。因为距控制室南墙大）内的电子束产生的干扰所至。因为距控制室南墙大窗户只有窗户只有3米左右的操作站，承受着和室外一样的电磁场强度。米左右的操作站，承受着和室外一样的电磁场强度。这种干扰产生的后果是使显示器失效，而不是破坏。即显示器这种干扰产生的后果是使显示器失效，而不是破坏。即显示器在雷电电磁脉冲的作用下，失去正常功能，过在雷电电磁脉冲的作用下，失去正常功能，过2秒钟干扰消失后又恢秒钟干扰消失后又恢复正常。复正常。14问题问题2 2：为什么连接在为什
11、么连接在I/OI/O信号卡前面的信号卡前面的LB900 LB900 型齐纳安全栅却安然型齐纳安全栅却安然无恙，而无恙，而I/OI/O卡却坏了？卡却坏了？由齐纳安全栅原理图可知，无论是由非本安端或现场端，当电由齐纳安全栅原理图可知，无论是由非本安端或现场端，当电压超过一定值时，要过毫秒级的时间（制造商提供的数据）后方使压超过一定值时，要过毫秒级的时间（制造商提供的数据）后方使齐纳二极管齐纳二极管VD1VD1、VD2VD2反向击穿并产生雪崩，从而将能量释放到地反向击穿并产生雪崩，从而将能量释放到地里去。而雷电脉冲的时间是里去。而雷电脉冲的时间是ss级的，远小于雪崩时间和快速熔断器级的，远小于雪崩时
12、间和快速熔断器FA1FA1的熔断时间。的熔断时间。再则，如果雷电波在金属导线内的的传输速度为每秒再则，如果雷电波在金属导线内的的传输速度为每秒1515万公万公里，假定安全栅位于里，假定安全栅位于DCSDCS前面前面3 3米，则从安全栅到米，则从安全栅到DCSDCS的传输时间为的传输时间为20ns20ns。如果一旦有雷电波从现场经过安全栅，还未等齐纳二极管产。如果一旦有雷电波从现场经过安全栅，还未等齐纳二极管产生雪崩，雷电波已进入生雪崩，雷电波已进入DCSDCS系统，将系统，将DCSDCS损坏，把进入的雷电能量释损坏，把进入的雷电能量释放掉的同时从而也保护了安全栅。所以为什么雷击时，放掉的同时从
13、而也保护了安全栅。所以为什么雷击时，I/OI/O卡损坏卡损坏了，连接在了，连接在I/OI/O信号卡前面的齐纳安全栅却安然无恙。信号卡前面的齐纳安全栅却安然无恙。15齐纳安全栅原理图齐纳安全栅原理图本 安 端非 本 安 端接 现 场 元 件161.5 1.5 某某石化公司苯酚装置的案例分析石化公司苯酚装置的案例分析雷害时间：雷害时间：20042004年年7 7月月1010日下午日下午4 4点。点。DCSDCS机型：机型：美国美国MOOREMOORE公司的公司的APACSAPACS型。型。事故现象：事故现象：遭雷击时控制器内的遭雷击时控制器内的EPROMEPROM里的程里的程序丢失。序丢失。原因分
14、析：原因分析：因为控制室、控制器和所在机因为控制室、控制器和所在机柜都没有屏蔽接地，位于离大窗户柜都没有屏蔽接地，位于离大窗户（塑钢）不到（塑钢）不到1.81.8米，承受着和室米，承受着和室外一样的电磁场强度。遭雷击时，外一样的电磁场强度。遭雷击时，使使128K128K的的EPROMEPROM内的程序丢失。重内的程序丢失。重新下装后正常。新下装后正常。171.6 1.6 某燃气公司混配站案例分析某燃气公司混配站案例分析雷击时间：雷击时间：20032003年年8 8月月1010日。日。事故情况：事故情况：遭受雷击的在线控制系统中包括一台控制混合气含氧量遭受雷击的在线控制系统中包括一台控制混合气含
15、氧量的控制单元。该氧气分析装置是美国的控制单元。该氧气分析装置是美国TELEDYNETELEDYNE分析仪表公司的分析仪表公司的327RA327RA型产品，其中包括一台基于袖珍型燃料电池的分析单元（美国专利型产品，其中包括一台基于袖珍型燃料电池的分析单元（美国专利U.S.PAT.#3U.S.PAT.#3，429429，796796）和一台控制单元。由于它对整个混配过程）和一台控制单元。由于它对整个混配过程的操作具有举足轻重的作用，以至雷击后整个装置不得不停产，严的操作具有举足轻重的作用，以至雷击后整个装置不得不停产，严重地影响城市的供气。重地影响城市的供气。18 电子线路分析：电子线路分析：我
16、们查阅了控制单元信号输入部分的电子线路我们查阅了控制单元信号输入部分的电子线路（见图），并根据替换下来的损坏件是图（见图），并根据替换下来的损坏件是图2 2中的中的A2A2（OP07OP07）运算放大）运算放大器，就可以说明，雷电波（高电位）是通过外部连接电缆从器，就可以说明，雷电波（高电位）是通过外部连接电缆从TS6TS6的的2-2-3 3端，经过端，经过A1A1（OP07OP07）运算放大器量程选择开关的反馈通路直接进入）运算放大器量程选择开关的反馈通路直接进入A2A2（OP07OP07）运算放大器，然后将其击穿。）运算放大器，然后将其击穿。19含氧控制单元信号输入的电子线路图（局部）含氧
17、控制单元信号输入的电子线路图（局部）量程选择开关来自分析单元 的输入信号输出20现场情况分析：现场情况分析：该含氧分析仪从安装在现场的分析单元到控制该含氧分析仪从安装在现场的分析单元到控制室内的控制单元，总共有室内的控制单元，总共有7 7根信号线相连，中间相距约根信号线相连，中间相距约150150米，采用米，采用的是单层的屏蔽电缆（控制室一端接地）。电缆沿深度为的是单层的屏蔽电缆（控制室一端接地）。电缆沿深度为700mm700mm、宽、宽约约800 mm800 mm的水泥地沟内敷设，沟内的电缆没有再用金属管和金属走的水泥地沟内敷设，沟内的电缆没有再用金属管和金属走线槽保护，即连接电缆没有采取双
18、层屏蔽和两端接地的措施。所经线槽保护，即连接电缆没有采取双层屏蔽和两端接地的措施。所经之地又有之地又有4 4、5 5处和建筑物避雷带引下线的接地点相距很近。雷击处和建筑物避雷带引下线的接地点相距很近。雷击时，通过电磁感应将雷电波（即高电位）带入控制单元，将其损坏。时，通过电磁感应将雷电波（即高电位）带入控制单元，将其损坏。21某燃气公司混配站的电缆沟某燃气公司混配站的电缆沟22 2 DCS 2 DCS雷害的风险评估雷害的风险评估23 概述概述 风险一般定义为遭受灾害和损失的可能性，或者具有不确定性的风险一般定义为遭受灾害和损失的可能性，或者具有不确定性的可能损失。风险评估就是人们处理风险的一种
19、常用措施。可能损失。风险评估就是人们处理风险的一种常用措施。要对要对DCSDCS进行雷害的风险评估，首先要有一个评估的标准。据查进行雷害的风险评估，首先要有一个评估的标准。据查阅，目前涉及雷害风险评估的标准有：阅，目前涉及雷害风险评估的标准有：气象行业标准气象行业标准:气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范QX3-2000QX3-2000；国际电信联盟标准国际电信联盟标准:通信局站雷电损坏危险的评估通信局站雷电损坏危险的评估ITU-TK.39ITU-TK.39；IECIEC标准标准:雷电灾荒风险评估雷电灾荒风险评估IEC 62305IEC 62305；国家标准国家标准
20、:建筑物电子信息系统防雷技术规范建筑物电子信息系统防雷技术规范GB 50343-2004GB 50343-2004。我们以我们以20042004年发布的国家标准年发布的国家标准“建筑物电子信息系统防雷技术规建筑物电子信息系统防雷技术规范范GB 50343-2004”GB 50343-2004”作为评估的参考标准（适当介绍作为评估的参考标准（适当介绍IEC 62305IEC 62305），），并增加我们认为有必要阐述的并增加我们认为有必要阐述的存在隐患和改进措施存在隐患和改进措施。24 风险评估应包括风险的来源评估以及风险的损失评估，本文风险评估应包括风险的来源评估以及风险的损失评估，本文仅讨论
21、风险的来源评估。其仅讨论风险的来源评估。其评估的基本内容包括：评估的基本内容包括：1 1）工程环境工程环境的描述；的描述；2 2）依据本地区的平均雷暴日和控制室所在建筑物的长、宽、高）依据本地区的平均雷暴日和控制室所在建筑物的长、宽、高计算计算年预计雷击次数年预计雷击次数；3 3）依据电源电缆和）依据电源电缆和I/OI/O电缆等效受雷面积计算电缆等效受雷面积计算进控制室线缆年进控制室线缆年预计雷击次数预计雷击次数；4 4）按防雷装置的拦截效率确定）按防雷装置的拦截效率确定DCSDCS的的雷电防护等级雷电防护等级；5 5）存在的）存在的雷害隐患和改进措施雷害隐患和改进措施。现以某石化公司加氢裂化
22、装置的现以某石化公司加氢裂化装置的DCS为例介绍为例介绍DCS雷害的风险雷害的风险评估。评估。252.1 2.1 工程环境的描述工程环境的描述 该装置采用的该装置采用的DCSDCS系统为美国系统为美国FoxboroFoxboro公司的公司的I/AI/A系列。系列。控制室、机柜室和电气设备间（包括变压器和位于三楼的配电控制室、机柜室和电气设备间（包括变压器和位于三楼的配电间等）为一座钢筋混凝土结构的独立建筑物（长间等）为一座钢筋混凝土结构的独立建筑物（长4848米，宽米，宽1515米，高米，高2020米），位于工艺装置的北侧，相距约米），位于工艺装置的北侧，相距约3030米。米。机柜室的所在建筑
23、物的四边墙内都称有机柜室的所在建筑物的四边墙内都称有1.5mm1.5mm厚的钢板并屏蔽接厚的钢板并屏蔽接地。控制室所在建筑物的顶部采用避雷网，利用建筑物墙柱内的结地。控制室所在建筑物的顶部采用避雷网，利用建筑物墙柱内的结构钢筋作引下线并独立接地。构钢筋作引下线并独立接地。DCSDCS系统采用单独接地，但其接地体和建筑物防直击雷的接地体系统采用单独接地，但其接地体和建筑物防直击雷的接地体相距仅相距仅1212米，小于规范标准规定的米，小于规范标准规定的2020米距离。从机柜室通往现场的米距离。从机柜室通往现场的电缆绝大部分采用环氧树酯走线槽架空敷设。电缆绝大部分采用环氧树酯走线槽架空敷设。262.
24、2 2.2 控制室所在建筑物年预计雷击次数控制室所在建筑物年预计雷击次数 依据本地区的平均雷暴日和控制室所在建筑物的长、宽、高计算建依据本地区的平均雷暴日和控制室所在建筑物的长、宽、高计算建筑物年预计雷击次数筑物年预计雷击次数已知条件：已知条件：（1 1）上海地区实际的年平均雷暴日）上海地区实际的年平均雷暴日Td=49.9d/aTd=49.9d/a（GBGB为为28.4d/a28.4d/a）；）；（2 2）控制室所在建筑物的长）控制室所在建筑物的长L=48mL=48m、宽、宽W=15mW=15m、高、高H=20mH=20m。计算：计算：（1 1）雷击大地的年平均密度）雷击大地的年平均密度 即按
25、地区的年平均雷暴日即按地区的年平均雷暴日Td换算成每年每平方公里遭受雷击的次换算成每年每平方公里遭受雷击的次数。数。)/(87.39.49024.0024.023.13.1akmTNdg（次27注注：最新的最新的IEC 62305IEC 62305的计算公式为：的计算公式为：Ng=0.1 TNg=0.1 Td d 若按此式计算，若按此式计算，NgNg值要比按值要比按Ng=0.024 TNg=0.024 Td d1.31.3公式计算增加约公式计算增加约1 1次次/km/km2 2aa。可见可见IEC 62305IEC 62305的计算公式更为保险。的计算公式更为保险。28(2)(2)建筑物的等效
26、受雷面积建筑物的等效受雷面积 即把和建筑物的长、宽、高有即把和建筑物的长、宽、高有关的体积换算成截收相同雷击次数关的体积换算成截收相同雷击次数的等效面积。的等效面积。该面积即为建筑物避雷针高度该面积即为建筑物避雷针高度为为H H的保护范围，折算成每边的的保护范围，折算成每边的扩大扩大宽度宽度D D，当建筑物高度，当建筑物高度H H小于小于100100米米时，时，=0.0196=0.0196（）)(200mHHD）（610)200()200()(2HHHHWLLWAe2kmLDDWDD29(3)(3)控制室所在建筑物年预计雷击次数控制室所在建筑物年预计雷击次数 N N1 1=k Ng Ae=k
27、Ng Ae 式中式中k k为校正系数，按建筑物的周边环境取值，取值范围为为校正系数，按建筑物的周边环境取值，取值范围为1 1至至2 2，现，现取取1.51.5，所以，所以 N N1 1=1.5=1.53.873.870.0196=0.114(0.0196=0.114(次次/年年)即即控制室所在建筑物遭直击雷的可能性是每近九年一次控制室所在建筑物遭直击雷的可能性是每近九年一次。30注：注：IEC 62305 AeIEC 62305 Ae是这样计算等效的受雷面积的：是这样计算等效的受雷面积的：通过建筑物顶部与其接触，将倾斜度为通过建筑物顶部与其接触，将倾斜度为1/31/3的直线，围绕建筑物的直线，
28、围绕建筑物一周后与地面交接的截面积为等效受雷面积（见下图）。一周后与地面交接的截面积为等效受雷面积（见下图）。对下图所示的建筑物，其等效受雷面积为：对下图所示的建筑物，其等效受雷面积为：AeAe=LW+6H(L+W)+9H=LW+6H(L+W)+9H2 2 (m (m2 2)N N1 1=k N=k Ng g A Ae e1010-6-6（次（次/年）年）式中式中k k为和建筑物所处地理环境有关的校正系数，它可以按下表选取。为和建筑物所处地理环境有关的校正系数，它可以按下表选取。31 建筑物等效受雷面积建筑物等效受雷面积1：3LH3HW32建筑物建筑物(电缆电缆)的相对位置的相对位置校正系数校
29、正系数k k位于山丘或山顶上的孤立建筑物位于山丘或山顶上的孤立建筑物(电缆电缆)2.0孤立建筑物孤立建筑物(电缆电缆)：附近没有其它物体：附近没有其它物体1.0被其它物体或树所包围被其它物体或树所包围0.533一点重要的说明：一点重要的说明：建筑物年预计雷击次数的计算，除了控制室所在建建筑物年预计雷击次数的计算，除了控制室所在建筑物外，还应包括含有变送器、执行器等控制设备的工筑物外，还应包括含有变送器、执行器等控制设备的工艺厂房或工艺框架。艺厂房或工艺框架。（计算方法相同本例暂不考虑）（计算方法相同本例暂不考虑）342.3 2.3 进机柜室进机柜室I/OI/O电缆年预计雷击次数电缆年预计雷击次
30、数N2N2的确定的确定 N N2 2=Ng=Ng（AeAe1 1+Ae+Ae2 2）式中：式中：Ng-Ng-雷击大地的年平均密度雷击大地的年平均密度,上述计算为上述计算为3.873.87；AeAe1 1电源线缆等效受雷面积（电源线缆等效受雷面积（）,因本装置的电源线缆为室内敷因本装置的电源线缆为室内敷设取设取0 0；AeAe2 2 I/O I/O信号线缆等效受雷面积（信号线缆等效受雷面积（）,因本装置的因本装置的I/OI/O线缆架空线缆架空敷设，若取平均长度为敷设，若取平均长度为150150米，则米，则AeAe2 2可取可取0.30.3。所以所以 N N2 2=3.87=3.87（0+0.30
31、+0.3）=1.161(=1.161(次次/年年)即即进控制室的进控制室的I/OI/O电缆年预计雷击次数是每年电缆年预计雷击次数是每年1.1611.161次次。控制室所在建筑物及进控制室控制室所在建筑物及进控制室I/OI/O电缆年预计雷击次数电缆年预计雷击次数N N的确定的确定 N=N1+N2=0.114+1.161=1.275(N=N1+N2=0.114+1.161=1.275(次次/年年)2km2km35注：注：IEC 62305IEC 62305是这样计算进主控室电缆年预计雷击次数是这样计算进主控室电缆年预计雷击次数N N2 2的：的：进主控制室电缆年预计雷击次数进主控制室电缆年预计雷击
32、次数N N2 2为：为：N N2 2=kNgAl10=kNgAl10-6-6 （次（次/年）年）式中：式中：kk线路位置的校正系数，它可以按线路位置的校正系数，它可以按8686页注表选取。页注表选取。A Al l雷击电缆的等效受雷面积，它包括雷击电缆的等效受雷面积，它包括雷击入户电缆的等雷击入户电缆的等效受雷面积效受雷面积A Al1l1和雷击入户电缆邻近区域的等效受雷面积和雷击入户电缆邻近区域的等效受雷面积A Al2l2，即，即A1=AA1=Al1l1+A+Al2l2。362.4 2.4 按雷击风险评估按雷击风险评估DCSDCS的雷电防护等级的雷电防护等级（1 1）控制室所在建筑物及进控制室）
33、控制室所在建筑物及进控制室I/OI/O电缆年预计雷击次数电缆年预计雷击次数N N的确定的确定 N=N1+N2=0.114+1.161=1.275(N=N1+N2=0.114+1.161=1.275(次次/年年)（2 2）可接受的最大年平均雷击次数）可接受的最大年平均雷击次数NcNc的计算的计算 式中：式中：CC各类因子各类因子 C=C1+C2+C3+C4+C5C=C1+C2+C3+C4+C5 C1 C1DCSDCS所在建筑物材料结构因子所在建筑物材料结构因子，钢筋混凝土结构取，钢筋混凝土结构取1.01.0；C2C2DCSDCS重要程度因子重要程度因子，集成化程度较高的低电压微电流设，集成化程度
34、较高的低电压微电流设备取备取3.03.0；C3C3DCSDCS抗浪涌能力因子抗浪涌能力因子，相当弱取，相当弱取3.03.0；C4C4DCSDCS所在雷电防护区（所在雷电防护区（LPZLPZ）因子）因子，在，在LPZ2LPZ2区取区取0.50.5；C5C5DCSDCS发生雷击事故的后果因子发生雷击事故的后果因子，因中断后会产生严重后，因中断后会产生严重后果取果取1.51.5。CNc/108.55.137所以所以 C=1+3+3+0.5+1.5+=9.0C=1+3+3+0.5+1.5+=9.0 =5.8 =5.81010-1.5-1.5/9.0=0.0206(/9.0=0.0206(次次/年年)即
35、即本装置本装置DCSDCS因直击雷和雷电电磁脉冲损坏可接受的年平均最大雷击次因直击雷和雷电电磁脉冲损坏可接受的年平均最大雷击次数每年仅为数每年仅为0.02060.0206次次。CNc/108.55.138（2 2）防雷装置拦击效率）防雷装置拦击效率E E的计算的计算 E=1-Nc/N=1-0.0206/1.275=0.984E=1-Nc/N=1-0.0206/1.275=0.984 根据根据建筑物电子信息系统防雷技术规范（建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB 50343-2004GB 50343-2004）第第4.2.44.2.4条款有关雷电防护等级的规定：条款有关雷电防护等级的规定：当当E
36、E0.980.98时时 定为定为A A级；级；当当0.900.90E0.98E0.98时时 定为定为B B级；级；当当0.800.80E0.90E0.90时时 定为定为C C级；级；当当E0.80E0.80时时 定为定为D D级。级。所以所以本装置的本装置的DCSDCS的雷电防护等级应划为的雷电防护等级应划为A A级级，即最高等级。，即最高等级。392.5 2.5 存在的隐患存在的隐患（1 1）存在于接地系统的问题）存在于接地系统的问题A.A.DCSDCS的单独接地极和建筑物防雷系统的接地极相距小于规范标准的单独接地极和建筑物防雷系统的接地极相距小于规范标准规定的规定的2020米米，一当机柜室
37、所在的建筑物遭受雷击，由于地电位，一当机柜室所在的建筑物遭受雷击，由于地电位的浮动，会对的浮动，会对DCSDCS造成放电反击，使造成放电反击，使DCSDCS失效乃至损坏。失效乃至损坏。B.B.本装置本装置所有现场变送器的外壳和所有现场变送器的外壳和DCSDCS系统都没有等电位接地系统都没有等电位接地，而，而变送器是由于安装支架自然接地的。变送器是由于安装支架自然接地的。当变送器附近的设备或建当变送器附近的设备或建筑物遭雷击时，由于地电位的浮动可以使变送器和控制系统两筑物遭雷击时，由于地电位的浮动可以使变送器和控制系统两处的地电位差达几万、几十万伏，通过处的地电位差达几万、几十万伏，通过反击反击
38、可以使变送器和可以使变送器和DCSDCS失效或损坏。失效或损坏。C.所有机柜的接地汇流排没有采用分类汇总的连接方法，现有的所有机柜的接地汇流排没有采用分类汇总的连接方法，现有的所谓环路（即串联接地）连接，会对各柜间的接地系统产生耦所谓环路（即串联接地）连接，会对各柜间的接地系统产生耦合，这对本安地是绝对不允许的。合，这对本安地是绝对不允许的。40（2 2）存在于线缆敷设的问题）存在于线缆敷设的问题 绝大部分的雷电波都是通过电缆进入绝大部分的雷电波都是通过电缆进入DCSDCS的，所以信号传输线的的，所以信号传输线的敷设应双层屏蔽，最好是埋地敷设，或利用金属走线槽两端（或每敷设应双层屏蔽，最好是埋
39、地敷设，或利用金属走线槽两端（或每隔隔3030米）接地，以减少雷电电磁场的影响。而米）接地，以减少雷电电磁场的影响。而本装置的电缆绝大本装置的电缆绝大部分采用环氧树酯走线槽架空敷设的部分采用环氧树酯走线槽架空敷设的，起不了外层的屏蔽作用。如，起不了外层的屏蔽作用。如果整个工艺装置遭受雷击的话，空间的雷电电磁场通过电磁感应将果整个工艺装置遭受雷击的话，空间的雷电电磁场通过电磁感应将高电位通过线缆带入高电位通过线缆带入DCSDCS将其损坏，这可能是最主要的原因。将其损坏，这可能是最主要的原因。41（3 3）其它存在的问题）其它存在的问题 A.A.要关注建筑物防雷装置引下线的具体位置，这对线缆敷设以
40、及盘要关注建筑物防雷装置引下线的具体位置，这对线缆敷设以及盘柜的布置有着举足轻重的影响。柜的布置有着举足轻重的影响。B.B.要核实该要核实该DCSDCS的电磁兼容性（的电磁兼容性（EMCEMC）指标，特别是对防雷有重要影）指标，特别是对防雷有重要影响的浪涌抗扰度指标和脉冲磁场抗扰度指标。因为这牵涉到有否必响的浪涌抗扰度指标和脉冲磁场抗扰度指标。因为这牵涉到有否必要对重要的工艺参数的要对重要的工艺参数的I/OI/O端口加设浪涌吸收器（端口加设浪涌吸收器（SPDSPD）。）。423 3 从从“亡羊补牢亡羊补牢”到到“防患于未然防患于未然”43 无论是雷害的风险评估，或者是案例分析，虽然找出了问题的
41、无论是雷害的风险评估，或者是案例分析，虽然找出了问题的症结所在，由于是在工程的施工大体完成或开工之后，如要作很大症结所在，由于是在工程的施工大体完成或开工之后，如要作很大的修改谈何容易的修改谈何容易,而且这终究是而且这终究是“亡羊补牢亡羊补牢”。因此，如果能在工。因此，如果能在工程的设计阶段就予以考虑程的设计阶段就予以考虑DCSDCS的防雷措施，的防雷措施，“防患于未然防患于未然”才是解决才是解决问题的根本办法。问题的根本办法。根据我们的工作经验，特提出下列几个方面在今后新装置的工根据我们的工作经验，特提出下列几个方面在今后新装置的工程设计阶段就给予充分的考虑，并提供给大家参考。程设计阶段就给
42、予充分的考虑，并提供给大家参考。44（1 1）对）对DCSDCS系统以及和它相连的变送器、执行器等必须采取系统以及和它相连的变送器、执行器等必须采取等电位等电位接地接地；DCSDCS系统应和公用接地系统实行单点接地，即系统应和公用接地系统实行单点接地，即一个接地基准点一个接地基准点（ERPERP），各接地汇流排应采用），各接地汇流排应采用分类汇总分类汇总，汇总点应尽量靠近，汇总点应尽量靠近ERPERP。（2 2）对外部的电缆要采用对外部的电缆要采用金属材质走线槽金属材质走线槽，并采用，并采用双层屏蔽和接地双层屏蔽和接地措施；措施；I/OI/O电缆、电源电缆、通信电缆在室外的敷设段应在双层屏蔽电
43、缆、电源电缆、通信电缆在室外的敷设段应在双层屏蔽的前提下尽量采用的前提下尽量采用埋地方式埋地方式，尤其是在进控制室前大于，尤其是在进控制室前大于1515米的距离米的距离内内 。同时要利用控制室建筑物的结构钢筋、金属门窗等进行格栅屏同时要利用控制室建筑物的结构钢筋、金属门窗等进行格栅屏蔽。蔽。45（3 3）DCSDCS的电源系统要采用的电源系统要采用TN-STN-S系统的接地方式系统的接地方式，以保证控制系统，以保证控制系统的金属外壳（如机柜）在正常运行时不带电位。的金属外壳（如机柜）在正常运行时不带电位。（4 4）要避免走线桥架和控制柜靠近防直接雷装置的引下线，控制柜）要避免走线桥架和控制柜靠
44、近防直接雷装置的引下线，控制柜和操作站也要和窗户、门口和操作站也要和窗户、门口保持一定的距离保持一定的距离。（5 5）在）在DCSDCS机型选择时，必须要考虑它的电磁兼容性（机型选择时，必须要考虑它的电磁兼容性（EMCEMC）指标，）指标，特别是特别是浪涌抗扰度浪涌抗扰度和和脉冲磁场抗扰度脉冲磁场抗扰度。（6 6）必要的地方应设置浪涌吸收器（）必要的地方应设置浪涌吸收器（SPDSPD）。之所以说）。之所以说“必要的地必要的地方方”是考虑到如下的两个原因：是考虑到如下的两个原因：A.DCSA.DCS遭雷击毕竟是低概率事件，不能要求万无一失，所以设置遭雷击毕竟是低概率事件，不能要求万无一失，所以设
45、置浪涌吸收器必须要考虑用户的经济承受能力；浪涌吸收器必须要考虑用户的经济承受能力；B.DCSB.DCS本身具有一定的浪涌抗扰度和脉冲磁场抗扰度，所以也没本身具有一定的浪涌抗扰度和脉冲磁场抗扰度，所以也没有必要过多地使用有必要过多地使用SPDSPD。必要的地方应设置。必要的地方应设置浪涌吸收器浪涌吸收器（SPDSPD）。）。46 综上所述，综上所述，DCSDCS的防雷，它首先取决系统的工程环境，包括采用的防雷，它首先取决系统的工程环境，包括采用等电位接地系统，等电位接地系统，I/OI/O信号电缆、电源电缆和通信电缆的合理敷设，控信号电缆、电源电缆和通信电缆的合理敷设，控制室的抗干扰设计以及供电系统的设计等等。制室的抗干扰设计以及供电系统的设计等等。不注意工程环境，即便是世界上的一流产品不注意工程环境，即便是世界上的一流产品也不能免受雷电的损也不能免受雷电的损害。害。其次，还取决于其次，还取决于DCSDCS本身的电磁兼容性。要合理地使用浪涌吸收器本身的电磁兼容性。要合理地使用浪涌吸收器（SPDSPD）。）。47谢谢大家谢谢大家
