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SCADA系統的防雷措施

文檔作者：江濤，劉國柱文檔來源：中海石油管道輸氣有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年11月04日
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過程控制實施技術 石 油 化 工 自 動 化，2008，6：77
AUT0M AT10N IN PETR()-CH EM ICAL INDUSTRY
SCADA系統的防雷措施
江濤，劉國柱
(中海石油管道輸氣有限公司，海南?？?570228)
摘要：輸氣站場和閥室主要采用SCADA控制系統，其系統設備耐過電流，耐雷電壓的水平較低，除了日常的維護，防雷
是一個不容忽視的問題。針對雷電的危害，概述了輸氣站場及閥室防雷設施的現狀及特點，分析了SCADA系統防雷存在的問
題，針對輸氣站場及閥室電子設備的特點，提出了應采取的改進措施。
關鍵詞：SCADA；站場；閥室；防雷；接地
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：B 文章編號：1007—7324(2008)06—0077—02
1 引 言
近年來輸氣站場和線路閥室因雷雨天氣頻頻造
成的雷擊事故，已成為中海石油管道輸氣有限公司
安全生產的重大隱患。站場和閥室主要采用
SCADA控制系統和GPRS數據遠傳系統，其系統
設備耐過電流、耐雷電壓的水平較低，除了做好平
時的日常維護外，防雷更是一個不容忽視的問題。
2 SCADA系統防雷接地改進
系統的接地直接決定了系統的安全性能和可
靠性能。站場的接地系統分為獨立接地和聯合接
地兩種方式，避雷針作獨立接地設計，與另外一個
大的地網分開，兩個地網相隔5 m。大地網采用聯
合接地方式，現場儀表閥門的接地、變壓器中性點
接地、機柜間總匯流排的接地，都接到這個聯合接
地網。閥室改造后的接地系統在原有的基礎上又
在儀表問周圍增加接地極并共網連接。
站場及閥室儀表間均采用等電位接地方式，如
GB50057—2000口]，形成一個屏蔽的“法拉弟籠”，
從理論上減少系統內各金屬部件和各系統之間的
電位差。該系統選用基本的S(星形)結構，各類接
地包括交流保護地、直流工作地、屏蔽地、靜電防雷
地都接到機柜內的匯流銅牌上，但接地基準點
ERP的位置不在電纜進口處。閥室工藝間及儀表
問屋頂還焊接避雷帶和引下線用于防直擊雷。
站場配電系統的保護接地方式采用的是TN—
S系統(三相五線制) ]，在變壓器側中性點接地后
N線和PE線分開，PE線在設備端重復接地。在
交流配電柜柜內加裝有一級保護的SPD(浪涌保
護器)，經過UPS問配電隔離后，在儀表問配電箱
裝有二級SPD。機柜電源沒有再配備針對PLC電
源冗余模塊的SPD。在防雷擊電磁脈沖方面，在
總配電箱及UPS前都安裝有電源SPD，RTU機柜
AI，DI信號安裝SPD，DO信號用繼電器隔離。
3 SCADA系統防雷改進措施
該公司SCADA系統現場防雷主要是針對各
類變送器及分析儀表和閥門控制系統，現場變送器
防雷安裝MTL TP48型SPD，最大脈沖峰值電流
10 kA。機柜對信號防雷安裝的是MTL SD32信
號SPD，最大脈沖峰值電流10 kA。監(jiān)控系統現場
的攝像頭和云臺控制器裝有電源SPD，在控制室
安裝控制信號SPD。由于有一部分安裝在避雷塔
上，感應的雷擊電磁脈沖強度比較大。因此在防雷
上做了以下改進。
a)在PLC機柜增加對電源模塊的三級防浪
涌保護器，對整個機柜供電提供保護。
b)增加對PCM 的信號SPD，如電話線和
網線。
c)對操作臺各個站控電腦使用的電源插座更
改為防雷型插座，保護站控電腦在電源處的過電壓
沖擊，并對整個操作臺與儀表間匯流排進行等電位
連接。
d)改造后的工業(yè)電視監(jiān)控系統應在現場和儀
表間兩端增加電源、信號、視頻三合一防雷器。
e)站場LineGuard2100控制箱內增加24 V
的電源SPD。
f)增加火災報警控制箱的電源SPD，控制箱
體作等電位連接。
4 閥室防雷系統的改進
另根據閥室?guī)状卫讚魮p壞的設備分析，閥室防
收稿日期：2008—07—18。
作者簡介：江濤(1981 )，男，海南海V1人，2002年畢業(yè)于中
國石油大學工業(yè)自動化專業(yè)，本科學位，現工作于中海石油管道輸氣
有限公司。
石油化工自動化
雷系統還存在一些問題亟待改進。
a)儀表間電纜溝里面電纜密度大，有信號線纜
也有供電線纜，有些電纜屏蔽層沒有接地，電纜溝無
金屬蓋板，承受著和室外一樣的電磁場強度。建議
增加金屬蓋板并與接地匯流排做等電位連接，這樣
使電纜溝由IEC定義的直擊雷防護區(qū)(LPZOB)變成
第一防護區(qū)(LPZ1)，使電磁場強度被衰減。圖1是
根據文獻E15x~閥室防雷防護區(qū)的劃分。
圖1 閥室防雷防護區(qū)的劃分
b)進線總配電箱內安裝的SPD采用1+1方
式保護L線和N線對地過電壓(由于供電采用TT
系統，電源地與本地共用地不相連，N線與本地的
PE線也可能有過電壓)，而機柜安裝在進UPS前
的SPD型號與前級一樣，這樣就存在一個SPD之
間的級間配合問題，前后級SPD之間無能量分配，
不符合IEC及GB50057的多級保護原則，建議在
進UPS前的防雷安裝用于更低一級界面的SPD，
而且二級SPD 盡量靠近UPS。另外，根據
GB50057—94規(guī)定：當線路多處安裝SPD且沒有
準確數據時，電壓開關型SPD與限壓型SPD間的
線路長度不小于10 m，限壓型SPD之間的線路長
度不小于5 m?？紤]到閥室空間有限，前后級距離
比較短，為了能讓兩級SPD在有過電壓時先后動
作，兩級之間應加退耦器，使上下級的保護裝置獲
得最理想的布置，達到最理想的配合。
c)工藝問控制器箱體及防雷接地現在用多芯
電纜中剩余的幾芯作為接地線連到儀表問接地排
上，這樣造成接地電阻大，雷電流不能及時泄放。
由于工藝問變送器支架上焊接有連接地網的接地
扁鋼，建議用鍍鋅扁鋼將變送器之間進線電纜的鍍
鋅管焊接，讓箱體就近接地，這樣就可降低箱體的
接地電阻值，使雷電流能及時釋放，保護控制箱內
壓力變送器及RTU。
d)RTU與控制器之間由于采用的是串口通
訊，而串口的工作電平通常都是幾伏，更容易受到
雷擊電磁脈沖的干擾，雖然RTU 串口前端加了防
雷器，但控制器的串口有一定的通訊距離，感應的
過電壓仍然會對串口造成破壞?，F在的串口保護
一般采用SPD或是光電隔離，二者都可以達到保
護串口的效果，浪涌保護是將浪涌電流瀉放到大
地，需要有良好接地；光電隔離是通過光信號來隔
離浪涌電流，不需要接地。建議在通訊串口兩端都
增加串口光電隔離器，使用光電隔離保護可以讓串
口完全隔離，而不用向防雷器那樣考慮是否接地良
好，即使強雷將隔離器損壞，也可保證通訊設備的
安全。另外在控制器端最好再增加RS一485通訊
的浪涌保護器。
e)電磁屏蔽是減少電磁干擾的基本措施，閥
室工藝間和儀表間之間的傳輸電纜都是采用鎧裝
屏蔽電纜，按文獻[3]對信號電纜的屏蔽原則上是
規(guī)定一端接地、一端懸空。但現在的防雷工程更提
倡用信號傳輸線的雙層屏蔽來用于防雷，為此，除
了內屏蔽層的一端作等電位連接外，對外屏蔽層
(鎧皮)應至少在兩端作等電位聯結。在雷擊時外
屏蔽層與地構成了環(huán)路，感應出電流產生的磁通抵
消源磁場的磁通，從而抑制無外屏蔽層時所感應的
電壓。
f)在關鍵位置增加雷電流計數器，現在各個
廠家生產的雷擊電流計數器一般都比較靈敏，感應
雷電流超過1 kA 就會動作，并記錄動作日期，這
樣便于對各個點感應雷電流的次數進行統計，方便
管理，以便對該位置進行針對性的防護。
參考文獻：
1 GB50057—2000，建筑物防雷設計規(guī)范
2 葉向東．石油化工儀表系統防雷工程設計(I)．石油化工自動
化，2008，(2)：1～9
3 HG／T 20513—2000，儀表系統接地設計規(guī)定
祝廣大讀者、作者新年快樂f

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