一石化企业定量装车控制系统雷击事故案例

　　引言(1)

　　20世纪90年代后，石化企业电子设备技术更新的发展比较迅速，但随之而来的雷击事故也逐渐增多。这些事故不但给企业造成了经济损失，而且由于事故比较频繁，严重影响了企业的正常生产秩序。因此，对以往发生的雷击事故进行分析，杜绝同类事故原发生就显得尤为重要。本文就某石化企业定量装车控制系统发生的雷击事故进行了分析。

　　事故简介(2)

　　该企业罐区定量装车控制系统多次发生雷击事故：1996年有3次，1997年有2次。其中损失最严重的是1996年8月的一次，控制系统的多处部位被雷击损坏，其中包括：

　　控制室：主机CONIEL：IPL-80主板1块、L/O板1只，以及保险丝、安全栅等。

　　装车台：定量装车仪(BDQC-Ⅱ)主板14块。

　　现场概况(3)

　　该定量装车控制系统涉及的主要结构单元包括：

　　控制室：为12m×7m×7m混凝土结构房，控制部分主要设防在二楼，包括主机、操作台、仪表柜、住处终端等。

　　装车台：在控制室北侧20m左右，有金属结构顶棚，台上设5套控制单元，可以给40个鹤位计量装油。装车台与控制室间的信号电缆沿金属线槽布置，约50m;执行机构电源电缆由地沟穿管进入(一端按地)。

　　变配电室：在控制室西侧200m左右，钢筋混凝土结构屋上设有避雷线，内有变压器、高压柜(6kV)、低压柜等。变配电室与控制室间电源电缆沿地沟敷设。变配电室西侧6m处有60m高消雷塔。

　　雷击原因分析(4)

　　1 防雷情况

　　从防雷设施看，该系统比较重视直击雷保护，包括专用消雷塔、屋上避雷线、信号电缆槽屏蔽和铠装电源电缆等。但在防止雷电流电磁耦合或侵入上，漏洞较多。主要表现在：

　　(1)控制室进出线由北墙和西墙各分两路穿入，屋内只设几个接地端子，各进出线保护管没有等电位连接。

　　(2)装车台信号线进控制室线槽侧，没有接地;罐区信号线进控制室，采用塑料保护管，也没有接地保护。

　　(3)电源电缆进控制室虽然穿管，但没有接地;电缆经消雷塔侧没有采取屏蔽保护措施。

　　(4)除电源系统高压侧(6kV)设避雷器外，在电源低压侧、设备侧，以及信号系统等均没有防浪涌避雷保护，系统自我保护能力弱。

　　2 侵入途径分析

　　从防雷保护来看，该系统虽然有较多漏洞，但查清与这次雷击直接有关的原因和侵入路径，提出相应的保护措施，对提高系统今后的抗雷冲击能力，无疑是有益的。事故后由于忙于恢复生产，没有保留有关证据或资料，以下仅就现场调查情况，提出几点分析意见。

　　(1)从现场保护设施看，基本可以排队直击雷侵入损害。现场设备均在LPZ1或LPZ0B保护区内，且进出线(包括电源电缆和信号电缆)均沿线槽或地沟敷设，没有直击可能，闪击能量只能是通过电磁感应或其它耦合形式侵入系统。

　　(2)从损坏设备的方位和元器件来看，以电源系统侵入的可能性最大。从线路方位看，损坏部位既有仪表室部分也有站台部分;从损坏元器件看，既有弱电部分(主机、主板)也有强电部分(保险丝、安全栅)。通常只有电源系统出现过流过压现象，才会产生上述损坏。

　　(3)电源系统自我保护能力弱，且存在雷电流耦合漏洞。如前所述，电源系统除高压侧有过电压保护器外，低压侧和设备侧均无避雷保护器，而且整个电缆在敷设和连接时，基本没有考虑雷电流耦合的屏蔽，以及设备端边界区的等电位连接和去耦保护。传输电缆一旦有雷电流侵入，将直接进入设备并引起过压过流破坏。

　　从现场布置来看，最容易引起雷电流侵入的部位，是最接近消雷塔的电源电缆。该段电缆距消雷塔地电极只有5m左右，一旦有雷电流流散，通过土壤电阻耦合或感应，就会接受部分雷电能量。

　　3 地电位计算

　　为分析消雷塔接闪后对附近电缆的影响，对可能产生的地电位进行计算。为简化计算，可将消雷塔四周接地极的分布作用，简化成塔基中心电极形式。该中心距电缆沟约5m。

　　由地电极引起的不同距离的地电位，可按下式计算：

　　Uds=ρ·Id/2πS

　　式中：Uds——不同距离的地电位;

　　Id——接地极雷电流;

　　S——计算点与地电极的距离;

　　ρ——土壤电阻率。

　　沙土土壤电阻率通常为300~500Ω·m，下雨时可按100Ω·m考虑。雷电流1%概率的典型值为200kA，90%概率的典型值为10kA(滚球半径约30m)。将以上典型值代入，分别为：

　　当Id=200kA时，Uds=100×200/2π×5=637.0(kV)

　　当Id=10kA时，Uds=100×10/2π×5=32(kV)

　　4 结论

　　计算表明，当消雷塔接引200kA雷电流时(概率为1%)，电源电缆可以受到637kV地电位的影响;当消雷塔接引10kA雷电流闪击时(概率为90%)，亦可感受到32kV地电位的影响。由于传输过程没有去耦和限幅保护，因而会引起破坏性能量冲击。以上分析，极有可能是该系统1996年8月雷击事故的物理过程。(最专业的安全生产管理-风险世界网）

　　整改建议(5)

　　根据该系统存在的问题，并结合已发生事故的情况，建议作如下整改：

　　(1)变配电室已有屋上避雷线(针高0.6m)，可拆掉消雷塔或按滚球法原理适当降低现有高度。

　　(2)在电缆沟的消雷塔一侧增设屏蔽地网。

　　(3)控制室进户前的电缆保护管不低于15m，并可靠接地。