第4-2章案例和风险评估

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1、DCS遭雷击的案例分析和雷害的风险评估徐义亨浙江中控技术有限公司1本部分的主要内容1DCS遭雷击的典型案例；2DCS雷害的风险评估；3从“亡羊补牢”到“防患于未然”。2前言我公司在近四年来对遭雷害的DCS进行案例分析和风险评估，使我们逐渐清楚：1）雷电是通过什么耦合途径给DCS带来危害的；2）如何进行控制系统雷害的风险评估；3）自动化的工程环境对DCS防雷有着举足轻重的影响；4）应提高DCS本身的电磁兼容性（EMC）。31DCS遭雷击的典型案例41.1某污水处理装置雷击案例雷害时间：2002年6月28日.现场情况：空

2、旷、潮湿、有高压输电线，是明显的引雷点。该装置的DCS在厂长办公室内设立了一个监控站，从控制室到厂长办公室的通信电缆，在室外大概有6米一段长度是和建筑物的避雷带（相距仅100mm）平行敷设的。事故情况：由于避雷带中的雷电流通过电磁感应，将高电位沿着通信电缆引入系统，将两端的网卡击穿。5解决方法：方案一：拉开距离。将通信电缆重新敷设，保持和避雷带、引下线起码要相隔2米以上的距离。同时还应在金属走线槽的两端接地，槽与槽之间保持良好的电气连接。方案二：改用光纤通信。这当然是解决问题的一种方案，但在敷设光缆时同样也要注意光缆金

3、属部分的防雷。一点思考：该装置的所有I/O信号电缆全部在0.8米以下并用金属走线槽或穿金属管埋地敷设，所以任凭雷击，所有的I/O卡都安然无恙。这就引起我们的思考-----关于信号传输线的双层屏蔽为什么能起到防雷的作用。61.2某化工公司邻硝装置案例分析雷害时间:2004年3月17日.事故情况:遭受雷击，现场的多台变送器（包括德国的E+H液位变送器）和对应的AI卡同时被雷击坏。7事故原因：由于控制系统采用单独接地，即便变送器的电子线路在现场侧没有工作接地，而且它和变送器的外壳隔有一定间隙（或串接一个反向二极管），但变送器

4、的外壳和金属安装支架（或与金属设备相连）形成了自然接地。当变送器附近的设备或建筑物遭雷击时，由于地电位的浮动，可以使变送器和控制系统两处的地电位差达几万、几十万伏，故通过信号电缆足以将变送器和控制系统的AI卡同时击穿，或击穿其中之一（具体要视设备和导线的分压比）。解决方法：将变送器外壳和控制系统实现等电位接地。8雷电反击原理图变送器DCS150米几万、几十万伏地电位差地电位分布曲线引下线91.3某石蜡加氢装置案例分析雷害时间：2004年7月8日下午4点。事故情况：遭受雷击。使操作站的工控机的主板被雷击坏。事故原因：因为

5、工控机所在机柜位于离大窗户和门口不到0.8米，承受着和室外一样的电磁场强度。而工控机的外壳没有屏蔽接地，遭雷击时，机柜门又半虚掩。解决方法：首先是工控机的外壳屏蔽接地。其次，将控制室建筑物内的钢筋、金属门窗等连接起来，进行格栅屏蔽。101.4某石化公司沥青装置的案例分析雷害时间：2003年7月21日。11某石化总厂沥青装置的控制室平面12问题1：在雷电的当即，为什么显示器会发生黑屏？2秒钟后为什么又自动恢复？据现场调查，在遭雷击时，控制室内的UPS没有发生停电事故，控制器和操作站的电源开关也没有断开过。显示器黑屏2秒钟

6、后又恢复到黑屏前的显示画面，这说明操作站的主机在黑屏后也没有重新启动过（即一直处于通电状态）。因此遭成显示器黑屏的原因只能是强大的雷电电磁脉冲对阴极射线管（CRT）内的电子束产生的干扰所至。因为距控制室南墙大窗户只有3米左右的操作站，承受着和室外一样的电磁场强度。这种干扰产生的后果是使显示器失效，而不是破坏。即显示器在雷电电磁脉冲的作用下，失去正常功能，过2秒钟干扰消失后又恢复正常。13问题2：为什么连接在I/O信号卡前面的LB900型齐纳安全栅却安然无恙，而I/O卡却坏了？由齐纳安全栅原理图可知，无论是由非本安端或现

7、场端，当电压超过一定值时，要过毫秒级的时间（制造商提供的数据）后方使齐纳二极管VD1、VD2反向击穿并产生雪崩，从而将能量释放到地里去。而雷电脉冲的时间是μs级的，远小于雪崩时间和快速熔断器FA1的熔断时间。再则，如果雷电波在金属导线内的的传输速度为每秒15万公里，假定安全栅位于DCS前面3米，则从安全栅到DCS的传输时间为20ns。如果一旦有雷电波从现场经过安全栅，还未等齐纳二极管产生雪崩，雷电波已进入DCS系统，将DCS损坏，把进入的雷电能量释放掉的同时从而也保护了安全栅。所以为什么雷击时，I/O卡损坏了，连接在I

8、/O信号卡前面的齐纳安全栅却安然无恙。14齐纳安全栅原理图151.5某石化公司苯酚装置的案例分析雷害时间：2004年7月10日下午4点。DCS机型：美国MOORE公司的APACS型。事故现象：遭雷击时控制器内的EPROM里的程序丢失。原因分析：因为控制室、控制器和所在机柜都没有屏蔽接地，位于离大窗户（塑钢）不到1.8米，承受着和室