电涌技能论文：电涌技能在石化中的实用性透析

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作者：杨新庆 单位：北京东方石化有限公司

火炬、氢压机厂房和易燃物质泵房等也单独装接闪器。过去技术人员对待这些避雷设施的定期检查管理不够重视，如东方化工厂环乙装置区后期扩建的釜顶罐相对位置较高，由于没有重新核算原有避雷设施的保护范围和强度，曾在 2009 年遭到雷击造成停车事故。利用屏蔽体来阻挡或衰减雷击电磁脉冲的能量传播也是在装置区一种很常见的防护措施。电子设备常用的屏蔽体有设备的金属外壳、屏蔽室的外部金属网和电缆的金属外套等，采用屏蔽措施对于保证电子设备的正常和安全运行十分必要。等电位联结的目的在于减小需要雷电防护的空间内各金属物与各系统之间的电位差造成的反击现象将大电流引入建筑物内损坏设备和危及人身安全。一般分为: 室外接地装置的等电位措施;进出建筑物管线的等电位联结; 初级屏蔽的等电位联结; 机柜、机架与设备金属外壳的等电位联结; 配电箱、电缆屏蔽层和穿线管与防雷装置的等电位联结; 其他特殊场所、特殊部位的局部等电位联结。尽管为了防止工频过电压击坏设备，已在很多现场仪表前端安装了安全栅，如温度变送器和硫化氢报警器等。这样做只能起到单向和来自工频电源的电涌防护，对于来自控制系统外部线缆上所产生的感应电流、感应电压和附近直接对地放电的雷电入地电流耦合到控制系统、接地系统的电涌电流和电涌电压起不到防护作用。而安装使用 SPD 正好可以弥补以上措施的各种不足之处。

SPD 在东方石化装置区的应用

由于所在厂区的变配电低压系统的配电制式属于 TT 供电系统，根据 IEC 60364 标准要求，采用 “3 +1”的避雷器安装结构。对于低压线路和用电设备，在入户电力变压器低压侧相对地和零对地之间，安装 4 只德国菲尼克斯公司的 FLTPLUS 型火花间隙雷击电流放电器对 10 /350 μs 雷电波形实时防护，作为第一级防护，安装在 LPZ0区和 LPZ1 区交界处，能够多次承载及泄放雷电流，吸收 90% 的大能量电流。第二级为中级保护，选用 3 只 VAL—MS 型电源 SPD 安装于低压配电柜线路输出端相线与地线之间、1 只 F—MS型电源 SPD 装于零线对地线之间，即安装在 LPZ1区和 LPZ2 区交界处，进一步吸收雷电流。第三级为精细级保护，在电子信息类设备最近的交流电源进线端安装 1 只 PT2—PE ( 单相电源) 或者1 只 MT—4PE ( 三相电源) ，吸收第一级和第二级变量后的残压，同时吸收线路上的感性负载和容性负载引起的电涌电压，给设备提供一个洁净的电源环境。由于高频开关电源的直流输出大多为 110 V/220 V，对直流供电系统采用菲尼克斯公司 VAL—MS 型电源 SPD 进行保护，防雷器内部的压敏电阻选取值为150 V 和 275 V。并且在 110 kV 和 10 kV变电站直流控制母线、直流合闸母线引出控制室的出线口加装一级上述型号防雷器。加装后可以保护到的用电设备和回路有变压器保护柜、线路保护柜、直流屏和信号控制屏等。供变电站站内使用的 220 V 交流电，在交流配电输入总断路器负荷出线侧，相线和零线分别对地加装电源 SPD，主要为了保护变电站内的操作电源、检修电源和照明设施等。对于变电站、控制室的各种交换机、服务器、调度电话和数字模拟控制信号线路部分，选用菲尼克斯公司的 D—LAN—A 和 TT—2—PE 型信号SPD，分别在出线端口前安装进行保护。现场温度变送器常采用三线或四线的测量技术，对于非本安回路与控制室之间选用菲尼克斯公司 PT4—24DC 型信号 SPD，安装于安全隔离栅和设备 I/O 接口之间; 对于本安回路现场选用PT4—EX—24DC 型信号 SPD，安装于安全隔离栅前端进行保护。过程控制系统包括可编程序控制器 ( PLC) 、集散控制系统和现场总线 ( FCS) 三种控制系统。这三种控制系统数据传输信号分为两种: 数字信号和模拟信号。对于数字信号线路选用菲尼克斯公司的 CTM2X1—24DC 型的信号 SPD; 对于模拟信号线路选用 CTM1X2—24DC 型的信号 SPD 分别安装于控制器的 I/O 接口处进行保护。现场的批量控制器、电视监控系统和火灾报警系统等都可分为电源和信号两部分，因此安装防雷保护时把电源和信号分开考虑，选用菲尼克斯公司的 PT2—PE 型电源 SPD 和 PT2xEX 型信号SPD 分别进行保护。考虑到控制中心机柜内的部分重要设备，由于距离较远，可能得不到第一级或第二级 SPD 的保护，在其 UPS 输出电源侧安装菲尼克斯公司PT2—PE 型电源 SPD，对机柜内的精密终端设备加强保护。

SPD 使用常见问题及解决办法

石油化工装置区的现场仪表和动力电子设备种类繁多，各种设备的工作电压及传输速率各不相同，特别是自控仪表和电动调节阀等，在选择SPD 进行保护时要充分考虑其自身的各种工作参数; 对于 PLC、DCS 和 FCS 三种控制系统在选择防雷器时，应将系统电源和数据信号分开考虑;对于数据信号部分，应区分系统输入/输出的数字量、模拟量和开关量，选用专用的产品型号和规格，否则 SPD 起不到保护作用。电源 SPD 应就近安装在相应配电柜旁，前端加装断路器。在 2009 年助剂二厂进行低压配电系统 SPD 安装时，就发生了由于考虑不周，SPD 的安装位置距离保护用电设备较远，装后不久反倒很快遇到雷击损坏。后来分析其原因，是因为当SPD 导通放电时，施加在被保护设备上的雷电脉冲残压为 SPD 上的残压加上连接线路上的 Ldi/dt电压降。其中，L 为 SPD 两端连接线的电感，di/dt 为雷电脉冲电流的陡度。因为 SPD 与被保护设备之间线路距离太长，使得线路电压降增大，甚至在线路上产生振荡现象，造成被保护设备上电压升高而损坏。SPD 的装设级位数并不是越多越好，相反，过多的 SPD 级位可能导致故障率的上升。SPD 的级位配置主要取决于被保护系统和设备的绝缘要求，即末级 SPD 的保护水平加上其两端引线的感应电压之和应小于被保护系统和设备的绝缘耐冲击电压水平。当采用一至二级 SPD 即能达到且其允许同流能力也符合要求时，可不装设第三级SPD。而 SPD 的位置一般均在不同防雷区交界处附近的配电柜或配电箱上，至于变压器低压侧的第一级 SPD 则可安装于变压器出现端子处，也可安装于低压总开关的进线电源侧，具体根据现场情况而定，但是要遵循以上安装原则。由于开关电源 SPD 的模块大多采用氧化锌压敏电阻，长期运行过程中会出现模块老化现象，建议值守人员应在雷雨季节来临前和雷雨季节中，定期巡视检查 SPD，发现隐患及时更换处理。装设了 SPD 后并不等于系统和设备就彻底安全了，实际上 SPD 投入运行后就会有泄漏电流产生。当泄漏电流达到一定数值或者发生雷击时 SPD 已经损坏，就会在该处电路形成接地故障，同样会影响设备和人身安全。