摘　要：SCADA監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，能對(duì)遠(yuǎn)程站場(chǎng)的輸油泵、閥功能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程控制，并通過遠(yuǎn)程PLC控制系統(tǒng)收集輸油站場(chǎng)的各類數(shù)據(jù)，在很大程度上還要整合其它各輔助系統(tǒng)的運(yùn)行信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)提供給操作人員和管理者。他由通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)工作站、PLC控制系統(tǒng)等設(shè)備組成，而這些都屬于電子設(shè)備，他們的工作電壓較低，耐過電壓、過電流能力也很低，極易受到雷擊電磁脈沖的危害。因此，做好原油管道SCADA監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的雷擊防護(hù)工作，對(duì)提高原油管道生產(chǎn)安全運(yùn)行有著非常重要的作用。通過對(duì)某原油管道SCADA監(jiān)控系統(tǒng)雷擊事故的原因及危害分析，針對(duì)本案采取增加浪涌保護(hù)器和改善接地系統(tǒng)連接網(wǎng)的防護(hù)措施，增強(qiáng)管道SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的雷擊防護(hù)。

關(guān)鍵詞：SCADA監(jiān)控系統(tǒng)；防雷接地；浪涌保護(hù)器

1 雷擊實(shí)例及事故分析

1.1雷擊實(shí)例簡(jiǎn)介

2007年管道儲(chǔ)運(yùn)公司某輸油處13號(hào)站點(diǎn)受到雷擊，對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了勘查，發(fā)現(xiàn)SCADA監(jiān)控系統(tǒng)室內(nèi)UPS被雷擊損壞，2個(gè)PLC處理器被雷擊損壞，集線器被雷擊損壞，控制模塊有部分損壞；配電室內(nèi)的全自動(dòng)變頻供水器電源部分被雷擊損壞，電加熱棒油泵控制箱電源部分被雷擊損壞。造成了SCADA監(jiān)控系統(tǒng)整體癱瘓，使得工作人員不能及時(shí)有效的查看數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理，嚴(yán)重影響了該條原油管道的正常輸油生產(chǎn)。

1.2雷擊事故原因分析

1.2.1電源防雷器保護(hù)不到位

在UPS后端安裝防雷器，致使雷電流侵入電源線路時(shí)，UPS得不到防雷器的保護(hù)，因而被雷擊損壞。配電室內(nèi)的全自動(dòng)變頻供水器和電加熱棒油泵控制箱由于沒有安裝電源防雷設(shè)備，雷電流通過電源線侵入到設(shè)備，致使設(shè)備損壞。

1.2.2控制回路沒有采取防雷措施

SCADA監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制回路沒有采取防雷措施，很容易受電磁脈沖輻射。雷電流在其通道周圍的空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)，向外輻射電磁波，耦合到SCADA監(jiān)控系統(tǒng)控制室的計(jì)算機(jī)、儀表和現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表，以及各類金屬導(dǎo)體上，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電流，造成設(shè)備故障，損壞以致控制系統(tǒng)失靈。

1.2.3接地沒有形成等電位

該站點(diǎn)有3個(gè)地網(wǎng)，雖然每個(gè)地網(wǎng)的接地電阻都小于1Ω，但是地網(wǎng)之間距離相隔不到5m，而且沒有將其多個(gè)捆綁集中起來形成等電

勢(shì)地網(wǎng)。這種情況很容易造成反擊現(xiàn)象，雷電流有可能從地電位引入，侵入一些用電設(shè)備。

2 防雷措施的實(shí)施

防雷系統(tǒng)是一個(gè)綜合系統(tǒng)，其基本的防護(hù)原則有分流和接地、屏蔽、合理布線、過電壓保護(hù)等。通過此事故原因分析，具體實(shí)施措施：采用了增加浪涌保護(hù)器和改善接地的方法，來增強(qiáng)原油輸油站場(chǎng)SCADA監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備對(duì)雷擊的防護(hù)。

2.1增加浪涌保護(hù)器

2.1.1電源防雷器保護(hù)

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和《雷電電磁脈沖的防護(hù)》第三部分電涌保護(hù)器的要求表明對(duì)于電源系統(tǒng)的防雷問題，一般原則上要求采用三級(jí)保護(hù)。在總配電柜的三相電源輸出處安裝不小于60kA通流容量的電源防雷器，作為第一級(jí)電源保護(hù)；在UPS前端安裝電源防雷器，作為第二級(jí)電源保護(hù)；在UPS后端一些重要用電設(shè)備的前端安裝電源防雷器，作為第三級(jí)電源保護(hù)。

(1)電源一級(jí)防護(hù)

通常將配電系統(tǒng)第一級(jí)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)為：使用:10/350μs波形、通流容量40kA每線，8/20μs波形、通流容量100kA每線的B級(jí)電源電涌保護(hù)器將感應(yīng)雷擊過電壓限制到4000V以下。所有接線用25mm²多股銅線連接，地線用25mm²多股銅線連接。

(2)電源二級(jí)防護(hù)

對(duì)于低壓配電室等屬于需要重要保護(hù)的區(qū)域，浪涌保護(hù)器應(yīng)選擇通流容量為40kA。安裝于配電箱內(nèi)。為防止浪涌保護(hù)器遭受雷擊后損壞后，電源對(duì)地短路，需要在浪涌保護(hù)器前安裝空氣開關(guān)及保險(xiǎn)端子作為短路保護(hù)裝置。

(3)電源三級(jí)防護(hù)

依據(jù)配電線路設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，考慮到各種電子設(shè)備的重要性，將配電系統(tǒng)第三級(jí)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)為：使用8/20μs波形、通流容量20kA每線的電源電涌保護(hù)器將感應(yīng)雷擊過電壓限制到1500V以下。選用V10-C/1+NPE、VF230-AC電源防雷模塊。

2.1.2控制回路防雷器保護(hù)

在SCADA監(jiān)控系統(tǒng)控制柜中對(duì)每一個(gè)控制回路增加浪涌保護(hù)器(SPD)可以限制回路中瞬態(tài)過電壓和分走雷擊產(chǎn)生的浪涌電流。它拼接在被保護(hù)設(shè)備的前端，在無浪涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗(即開路狀態(tài))，當(dāng)出現(xiàn)浪涌時(shí)就在最短的時(shí)間內(nèi)(納秒級(jí))內(nèi)迅速將雷電流泄放到地使浪涌保護(hù)器(SPD)變?yōu)榈妥杩?，從而保護(hù)了被保護(hù)設(shè)備。

2.2改善接地系統(tǒng)的連接網(wǎng)

接地是防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷，感應(yīng)雷或其它形式的雷，都將通過接地裝置導(dǎo)入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置，就不能有效地防雷。每個(gè)輸油站場(chǎng)SCADA監(jiān)控系統(tǒng)所在的一座建筑物內(nèi)有許多不同性質(zhì)的設(shè)備，需要多個(gè)接地裝置，如避雷接地、保護(hù)接地、工作接地、防靜電接地等。各SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的儀表柜、通信設(shè)備和交流電源設(shè)備的接地是為了獲得一個(gè)零電位點(diǎn)。如果各設(shè)備分別接地，當(dāng)發(fā)生雷擊的時(shí)候各設(shè)備的接地點(diǎn)的電位可能相差很大，而電位差往往是造成敏感電子設(shè)備損壞的原因之一。其次，在站場(chǎng)內(nèi)要分別做幾個(gè)相互沒有連接的地網(wǎng)是很困難的，因?yàn)橐髥蝹€(gè)地網(wǎng)之間最小要有5m乃至20m的距離，同時(shí)又要與各種地下金屬管道、電纜金屬屏蔽層、各大金屬構(gòu)件都要有足夠距離?；谏厦鎯蓚€(gè)原因，所以獨(dú)立接地系統(tǒng)已不適合站場(chǎng)的實(shí)際狀況。

如果采用共用接地，雷電流在沖擊接地電阻上產(chǎn)生的高電壓，將同時(shí)存在各系統(tǒng)的接地線上，各設(shè)備地線之間不存在高電位差，也不存在同一臺(tái)設(shè)備的各接地系統(tǒng)之間的擊穿問題。SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)接地屬于低壓配電系統(tǒng)接地，所以應(yīng)按電氣專業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和方法進(jìn)行；應(yīng)接入電氣專業(yè)的低壓配電系統(tǒng)接地網(wǎng)，即等電位共用接地網(wǎng)。本方案的儀表接地系統(tǒng)采用了《SH3081-2003T石油化工儀表接地設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行安裝，新增浪涌接地匯流總板，將保護(hù)地、工作地、浪涌地分開；現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備電纜護(hù)管接地就近引入接地網(wǎng)，并將低壓配電接地與儀表接地通過鍍鋅扁鐵實(shí)現(xiàn)等電位連接；設(shè)備接地設(shè)施施工時(shí)符合要求的接地重新引入等電位接地網(wǎng)中。

3結(jié)論

上述處理措施主要針對(duì)本案例，經(jīng)過幾年雷雨期沒有再出現(xiàn)雷擊損壞上述設(shè)備的事故發(fā)生，說明采取的措施對(duì)SCADA監(jiān)控系統(tǒng)防雷有一定的效果。鑒于此情況在原油管道SCADA監(jiān)控系統(tǒng)有一定的普遍性，因此此案例在石油管道行業(yè)有一定的推廣價(jià)值。由于雷電活動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的自然現(xiàn)象，防雷是一個(gè)綜合性的整體工程，它不但涉及電氣、儀表還和土建的基建項(xiàng)目有重要的關(guān)聯(lián)，需要多個(gè)專業(yè)及各個(gè)部門的通力合作，才能盡量減少雷害的發(fā)生，在這里我們只是簡(jiǎn)單對(duì)SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的防雷措施進(jìn)行了介紹，本課題也是作為一個(gè)嘗試，我們將繼續(xù)不懈地研究，以保障原油管道SCADA監(jiān)控系統(tǒng)輸油站場(chǎng)的生產(chǎn)安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]SH/T3081-2003石油化工儀表接地設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

[2]GB50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范．

(本文作者：張繼光 王鳳琴 中油遼河工程有限公司)