第42章案例和风险评估剖析.ppt

控制系统遭雷击的 案例分析和雷害的风险评估 Research analysis and risk assessment of lightning stroke events for control systems 徐义亨 2010年11月 本部分的主要内容 1 DCS遭雷击的典型案例； 2 DCS雷害的风险评估； 3 从“亡羊补牢”到“防患于未然”。 前言 通过对遭雷害的控制系统进行案例分析和风险评估，使 我们逐渐清楚： 1）雷电是通过什么耦合途径给控制系统带来危害的； 2）如何进行控制系统雷害的风险评估； 3）自动化的工程环境对控制系统防雷有着举足轻重的影 响。 1 控制系统遭雷击的典型案例 1.1 某污水处理装置雷击案例 雷害时间：2002年6月28日. 现场情况： 空旷、潮湿、有高压输电 线，是明显的引雷点。 该装置的DCS在厂长办公室 内设立了一个监控站，从控制室 到厂长办公室的通信电缆，在室 外大概有6米一段长度是和建筑 物的避雷带（相距仅100mm）平 行敷设的 。 事故情况： 由于避雷带中的雷电流通过 电磁感应，将高电位沿着通信电 缆引入系统，将两端的网卡击 穿。 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 下线起码要相隔2米以上的距离。同时还应在金属走线槽的两端接 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 敷设光缆时同样也要注意光缆金属部分的防雷。 一点思考： 该装置的所有I/O信号电缆全部在0.8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I/O卡都安然无恙。 这就引起我们的思考-----关于信号传输线的双层屏蔽为什 么能起到防雷的作用。 1.2 某公司离子膜装置和硫酸装置的雷击事故分析 雷击时间：2006年夏 雷击结果：硫酸装置的控制系统和现场仪表无损坏；离子膜装置损 坏了许多输入/输出卡。 整改措施：将离子膜装置的玻璃钢走线槽用不锈钢薄钢板包裹并隔 一定距离接地。 1.3 某化工公司邻硝装置案例分析 雷害时间:2004年3月17日. 事故情况:遭受雷击，现场的多 台变送器（包括德国的E+H液位 变送器）和对应的AI卡同时被雷 击坏。 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 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 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 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AI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）。 解决方法： 将变送器外壳和控制系统通过共用接地网实现等电位接地。 雷电反击原理图 1.4 在荷兰发生的惊人1975年案例 雷击法拉第笼造成对‘法拉第孔’内导线的闪络 1.5 某石蜡加氢装置案例分析 雷害时间：2004年7月8日下午4点。 事故情况：遭受雷击。使操作站 的工控机的主板被雷击坏。 事故原因： 因为工控机所在机柜位于离大窗户和门口不到0.8米，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接地，遭雷击时，机柜门又半虚掩。 解决方法： 首先是工控机的外壳屏蔽接地。其次，将控制室建筑物内的钢筋、金属门窗等连接起来，进行格栅屏蔽。 一点思考：该石油化工企业和石蜡加氢装置相距不到30米的 催化裂化装置的DCS控制室，也为单层的独立建筑物，由于设置了防 直击雷装置（避雷带），却安然无恙。可见防直击雷装置对雷击电 磁脉冲（LEMP）有一定的衰减作用。所以，如控制系统所在的控制 室是独立建筑物，其周围有高大建筑，如用滚球法确定高大建筑接 闪器的保护范围，控制室所在的独立建筑物在该保护范围内时，虽 然控制室所在的独立建筑物可以不设防直击雷装置，但考虑到防直 击雷装置对雷击电磁脉冲（LEMP）有一定的衰减作用，所以该建筑 物还是宜按《GB 50057 建筑物防雷设计规范》中规定的第三类防雷 建筑物采取防直击雷措施。 1.6 某石化公司沥青装置的案例分析 雷害时间：2003年7月21日。 某石化总厂沥青装置的控制室平面 问题1：在雷电的当即，为什么CRT显示器会发生黑屏？2秒钟后为什么又自动恢复？ 据现场调查，在遭雷击时，控制室内的UPS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2秒