[联合站及转油站防雷防过压措施] 过压欠压保护器能防雷吗

　　摘要：针对目前我厂自控仪表系统在应用过程中出现的受雷击，过压损坏等问题，本文分析、讨论了联合站、转油站等油田产能站自动仪表系统的防雷问题，并针对这些问题着重阐述了自动仪表系统的综合防雷措施。
　　关键词：联合站；转油站；自动仪表系统；防雷、瞬间过电压
　　中图分类号：TU856 文献标识码：A
　　前言
　　随着计算机技术、控制仪表技术、通讯技术、显示技术的发展和广泛应用，目前联合站的自动仪表控制普遍采用由工控计算机或PLC组成的集数据采集、过程控制和信息传送于一体的监控网络。由于这些设备大量采用高度集成化的CMOS电路和CPU单元，其对瞬间过电压的承受能力大幅降低，成为其受雷电损害的主要设备。所以对自动仪表系统采取有效保护是非常必要的，明析瞬间过电压产生途径和危害是正确采取防护措施的前提。
　　1产生的原因及危害
　　1．1瞬间过电压的产生
　　瞬间过电压是指在微妙至毫秒之内所产生的尖峰冲击电压而非一般电源上的所谓过压，瞬间过电压有两种产生途径：雷击和电气开关动作。
　　1.1.1一般构筑物避雷网只能保护其本身免受直击雷损害，雷击会通过以下两种方式破坏电子设备：直击到电源输入线，经电源线进入而损害设备，因电力线上安装的各种保护间隙和电力避雷器，只可把线对地的电压限制到小于6000伏，而线对线无法控制。以感应方式偶合到电源、信号线上，最终损害设备。
　　1.1.2当电流在导体上流动时，会产生磁场存储能量并与电流大小和导线长度成正比，当电器设备开关时会便产生瞬间过电压而损害设备。
　　1.2瞬间过电压对电子设备的危害
　　瞬间过电压使电子设备讯号或数据的传输与存储都受到干扰甚至丢失，至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪；重复影响而降低电子设备寿命甚至立即烧毁元器件及设备。这一切都会给生产和工作带来较大损失。
　　2防雷防过压措施
　　根据瞬间过电压产生、危害途径和自控系统大量采用高度集成化的CMOS电路和CPU单元及集控制、通讯、监测为一体且分散面广的特点，我们认为对自控系统要尽可能降低雷电带来的损失，就必须采取系统的、综合的防雷措施。特别应从配电系统防雷、自控系统网络线路防雷、构筑物防雷和合理接地等四方面着手。
　　2.1自控配电系统的防雷
　　当雷击输电线或雷闪放电在输电线附近时，都将在输电线路上形成雷电冲击波，其能量主要集中在工频至几百的低端，容易与工频回路耦合。雷电冲击波从配电线路进入自控设备的电源模块以及从配电线路感应到同一电缆沟内的自控网络线上进入自控设备的通讯模块的几率比从反馈和信号线路进入的要高得多。因此配电线路的防雷是自控系统的重要部份。
　　第一级在变压器二次侧，主要泄放外线等产生的过电压，其雷通量大，启动电压高(920-1800V)。 第二级在各控制站PLC专用隔离变压器前，主要泄放第一级残压、配电线路上感应出的过电压和其它用电设备的操作过电压、其电流通量居中，启动电压居中(470-1800V)。隔离变压器的安装非常重要，它能有效抑制各种电磁干扰，对雷电波同样有效。 第三级在PLC专用电源模板前，主要泄放前面的残压，完全可达到箝位输出，其残压低，响应时间快。
　　2.2通讯线避雷、电源线避雷、信号线避雷
　　自控系统通讯线一般都采用特制屏蔽双绞线(如DH+、MB+)，并且一般在安装时都是穿管直埋(或电缆沟)铺设，所以雷电在此处的感应电压不高(1KV-2KV)。但由于其直接进入PLC或计算机通讯口这一薄弱环节(正常电压一般为正负5V、12V、24V、48V等)，故损害也很大。计算机数据交换或通讯频率是从直流到几十兆赫兹(据系统而定)，在选用避雷器件时一般都不采用氧化物避雷器，因为它的分布电容大、对高频损耗大，除非对之进行特殊处理。通常避雷器原理，其中箝位二极管残压很低，若额定电压为24V，则残压在于24-30V之间。选用此类避雷器时应以通讯电平和频率或速率来确定，对于比较高频的讯号便需要特殊设计的防雷器以确保其阻抗与该系统对应，否则会有信号反射的现象。避雷器应靠近通讯接口处安装(减小反射损耗)。网络通讯线路避雷的最好方法当然是采用光纤网络。
　　3控制站构筑物的防雷
　　值班室是控制和信息中心，集中了很多计算机设备、通讯设备、仪器仪表，是全站的生产监控、调度中心，在装修中大量采用了铝、铁等金属材料，所以在防雷上的要求就更高一些，其目的是要形成均压等电位屏蔽措施。
　　控制站所在构筑物应安装避雷带、避雷网，只安装避雷针效果不好，因为联合站构筑物高度虽低，但地势空旷，又加上有事故罐，游离水脱除器等金属容器，所以极易遭受各方向的各种形式的雷击。控制站所在构筑物的接地电阻须小于4欧。
　　事故罐、游离水脱除器等大型金属容器应安装避雷针，并置于构筑物避雷网45°角内，避雷针的接地除用建筑物内钢筋结构接地以外，还应单独铺设引下线引至构筑物接地网。如只采用构筑物钢筋结构接地，因为在构筑物修建时其钢筋焊接质量不一定能得到保证，雷击时其均压要求不能保证而易在构筑物内出现强磁场。构筑物外墙上的所有金属门窗应接入构筑物的接地网。
　　4合理接地
　　防雷的最终措施是“泄放”，因而对“接地”切不可轻心。一般站内的接地主要有构筑物接地、配电系统及强电设备接地、计算机系统接地。如这三种接地配置不合理，极易在雷击时通过接地网对自控系统造成反击。
　　计算机自控系统是一个特殊用电系统，有以下接地形式：系统地、直流地、安全保护地。在安装时难以分开(特别是对PLC系统)，对这一系统采用联合接地较好。
　　目前站上的接地网一般是联合接地的，但我们认为，在联合站还是分开设置较好，原因有以下几点：
　　4.1站上构筑物大多数在修建时未考虑计算机等弱电设备，且其接闪地和设备地本身已分开设置。
　　4.2站内，为普通用电设备供电的高、低压配电系统中，都采用一个接地系统，由于用电的复杂性，在运行和雷击时常常使零线(地线)电流不为零(Id)。如采用联合接地时(Rd)，必然使计算机接地电位抬高到Id Rd，从而可能造成反击。
　　4.3新增计算机、PLC系统时，若要与构筑物接地、配电系统及强电设备接地联合接地，其接地电阻小于0．5欧较安全。
　　地网分开设置时应注意避免地网之间的闪络。雷击时，会在地网及附近导体中产生很高电位，地网分开，则可能造成接闪接地体向其它接地体闪络。
　　5避雷器的选型及安装布线
　　要发挥良好避雷功能，防雷器应不会对保护的设备或线路造成任何干扰和中断现象；具有低“通过”电压(将瞬间过电压降到设备能承受的范围)；能承受高电流(二次感应电流一般不会超过10000A)；反复使用寿命长且具有状态显示。电源避雷须提供相对地、中对地及相对中的全面保护作用。导线的电压降主要取决于其电感值，而电感值受到长度和连接方法影响，我们采用以下方法来减少并联防雷器的感性电压：①尽量减少连接线长度(25CM)时，多加一组连接线并分组绑扎，使电感电流平分到两组上从而减低磁场强度。串联防雷器保证输出线与输入线、接地线尽量远离，以免再次偶合感应。
　　总之，由于自控仪表系统大量采用大规模CMOS集成电路和分散控制用的CPU单元，使其对瞬间过电压承受能力大幅度减弱，同时控制系统各种线路伸入到联合站内的各种环境之中，采用任何一种单一的防雷器件都有难以保证其安全，必须采取综合防护的措施，对症下药将各类可能引起雷害的因素排除，才能将雷害减少至最低限。