第4-2章案例和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

1、1控制系統(tǒng)遭雷擊的控制系統(tǒng)遭雷擊的案例分析和雷害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估案例分析和雷害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估Research analysis and risk assessment of lightning stroke events for control systems 徐義亨20122012年年3 3月月21 1 控制系統(tǒng)遭雷擊的典型案例控制系統(tǒng)遭雷擊的典型案例31.1 1.1 某污水處理裝置雷擊案例（電磁感應(yīng)）某污水處理裝置雷擊案例（電磁感應(yīng)）雷害時(shí)間雷害時(shí)間：20022002年年6 6月月2828日日. .現(xiàn)場(chǎng)情況現(xiàn)場(chǎng)情況： 空曠、潮濕、有高壓輸電空曠、潮濕、有高壓輸電線，是明顯的引雷點(diǎn)。線，是明顯的引雷點(diǎn)

2、。 該裝置的該裝置的DCSDCS在廠長(zhǎng)辦公室在廠長(zhǎng)辦公室內(nèi)設(shè)立了一個(gè)監(jiān)控站，從控制室內(nèi)設(shè)立了一個(gè)監(jiān)控站，從控制室到廠長(zhǎng)辦公室的通信電纜，在室到廠長(zhǎng)辦公室的通信電纜，在室外大概有外大概有6 6米一段長(zhǎng)度是和建筑米一段長(zhǎng)度是和建筑物的避雷帶（相距僅物的避雷帶（相距僅100mm100mm）平）平行敷設(shè)的行敷設(shè)的 。事故情況事故情況： 由于避雷帶中的雷電流通過(guò)由于避雷帶中的雷電流通過(guò)電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)，將，將過(guò)電壓、過(guò)電流過(guò)電壓、過(guò)電流沿沿著通信電纜引入系統(tǒng)，將兩端的著通信電纜引入系統(tǒng)，將兩端的網(wǎng)卡擊穿網(wǎng)卡擊穿。避雷帶避雷帶通信電纜通信電纜4解決方法：解決方法： 方案一：方案一：拉開(kāi)距離拉開(kāi)距離。將通信

3、電纜重新敷設(shè)，保持和避雷帶、引。將通信電纜重新敷設(shè)，保持和避雷帶、引下線起碼要相隔下線起碼要相隔2 2米米以上的距離。同時(shí)還應(yīng)在金屬走線槽的兩端接以上的距離。同時(shí)還應(yīng)在金屬走線槽的兩端接地，槽與槽之間保持良好的電氣連接。地，槽與槽之間保持良好的電氣連接。 方案二：改用方案二：改用光纖通信光纖通信。這當(dāng)然是解決問(wèn)題的一種方案，但在。這當(dāng)然是解決問(wèn)題的一種方案，但在敷設(shè)光纜時(shí)同樣也要注意光纜金屬部分的防雷接地。敷設(shè)光纜時(shí)同樣也要注意光纜金屬部分的防雷接地。一點(diǎn)思考：一點(diǎn)思考： 該裝置的所有該裝置的所有I/OI/O信號(hào)電纜全部在信號(hào)電纜全部在0.80.8米以下并用金屬走線槽或米以下并用金屬走線槽或穿

4、金屬管穿金屬管埋地敷設(shè)埋地敷設(shè)，所以任憑雷擊，所有的，所以任憑雷擊，所有的I/OI/O卡都安然無(wú)恙。卡都安然無(wú)恙。 這就引起我們的思考這就引起我們的思考-關(guān)于信號(hào)傳輸線的關(guān)于信號(hào)傳輸線的雙層屏蔽雙層屏蔽為什為什么能起到防雷的作用。么能起到防雷的作用。51.2 1.2 某公司離子膜裝置和硫酸裝置的雷擊案例（電磁感應(yīng)）某公司離子膜裝置和硫酸裝置的雷擊案例（電磁感應(yīng)）控制室控制室硫酸裝置硫酸裝置離子膜裝置離子膜裝置全部電纜穿全部電纜穿金屬管埋地金屬管埋地全部電纜用玻全部電纜用玻璃鋼橋架敷設(shè)璃鋼橋架敷設(shè)6雷擊時(shí)間：雷擊時(shí)間：20062006年夏年夏雷擊結(jié)果：硫酸裝置雷擊結(jié)果：硫酸裝置的控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀

5、表無(wú)損壞；的控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表無(wú)損壞；離子膜裝置離子膜裝置損損壞了許多輸入壞了許多輸入/輸出卡。輸出卡。整改措施整改措施：將：將離子膜裝置離子膜裝置的玻璃鋼走線槽用不銹鋼薄鋼板包裹并隔的玻璃鋼走線槽用不銹鋼薄鋼板包裹并隔一定距離接地。一定距離接地。7整改措施整改措施不銹鋼板包不銹鋼板包裹走線槽裹走線槽接地干線接地干線81.3 1.3 某化工公司鄰硝裝置案例（反擊）某化工公司鄰硝裝置案例（反擊） 雷害時(shí)間雷害時(shí)間: :20042004年年3 3月月1717日日. . 事故情況事故情況: :遭受雷擊，現(xiàn)場(chǎng)的多遭受雷擊，現(xiàn)場(chǎng)的多臺(tái)變送器（包括德國(guó)的臺(tái)變送器（包括德國(guó)的E+HE+H液位液位變送器）和對(duì)

6、應(yīng)的變送器）和對(duì)應(yīng)的AIAI卡同時(shí)被雷卡同時(shí)被雷擊壞。擊壞。 變送器變送器安裝支架安裝支架自然接地自然接地9事故原因：事故原因： 由于控制系統(tǒng)采用單獨(dú)接地，即便變送器的電子線路在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)沒(méi)由于控制系統(tǒng)采用單獨(dú)接地，即便變送器的電子線路在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)沒(méi)有工作接地，而且它和變送器的外殼隔有一定間隙（或串接一個(gè)反向有工作接地，而且它和變送器的外殼隔有一定間隙（或串接一個(gè)反向二極管），但變送器的外殼和金屬安裝支架（或與金屬設(shè)備相連）形二極管），但變送器的外殼和金屬安裝支架（或與金屬設(shè)備相連）形成了成了自然接地自然接地。當(dāng)變送器附近的設(shè)備或建筑物遭雷擊時(shí)，由于地電位。當(dāng)變送器附近的設(shè)備或建筑物遭雷擊時(shí)，由于地電

7、位的浮動(dòng)，可以使變送器和控制系統(tǒng)兩處的的浮動(dòng)，可以使變送器和控制系統(tǒng)兩處的地電位差達(dá)幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)地電位差達(dá)幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)伏伏，故通過(guò)信號(hào)電纜足以將變送器和控制系統(tǒng)的，故通過(guò)信號(hào)電纜足以將變送器和控制系統(tǒng)的AIAI卡同時(shí)擊穿，或擊卡同時(shí)擊穿，或擊穿其中之一。穿其中之一。解決方法：解決方法： 將變送器外殼和控制系統(tǒng)將變送器外殼和控制系統(tǒng)通過(guò)共用接地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)等電位接地通過(guò)共用接地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)等電位接地。10雷電反擊原理圖雷電反擊原理圖變送器變送器DCS150米米幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)伏地電位差幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)伏地電位差地電位分布曲線地電位分布曲線引下線引下線111.41.4 1975 1975年在荷蘭發(fā)生的驚人案例（反擊）

8、年在荷蘭發(fā)生的驚人案例（反擊） 12雷擊法拉第籠造成對(duì)雷擊法拉第籠造成對(duì)法拉第孔法拉第孔內(nèi)導(dǎo)線的閃絡(luò)內(nèi)導(dǎo)線的閃絡(luò) 電纜電纜RL=1法拉第孔法拉第孔100kA100kV法拉第籠法拉第籠 131.5 1.5 某石蠟加氫裝置案例分析（屏蔽不到位）某石蠟加氫裝置案例分析（屏蔽不到位）雷害時(shí)間：雷害時(shí)間：20042004年年7 7月月8 8日下午日下午4 4點(diǎn)。點(diǎn)。事故情況：事故情況：遭受雷擊。使操作站遭受雷擊。使操作站的工控機(jī)的主板被雷擊壞。的工控機(jī)的主板被雷擊壞。 事故原因：事故原因： 1 1）因?yàn)楣た貦C(jī)所在機(jī)柜）因?yàn)楣た貦C(jī)所在機(jī)柜位于離大窗戶(hù)和門(mén)口不到位于離大窗戶(hù)和門(mén)口不到0.80.8米，米，承受

9、著和室外一樣的電磁承受著和室外一樣的電磁場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)強(qiáng)度。 2 2）而工控機(jī)的）而工控機(jī)的外殼沒(méi)有外殼沒(méi)有屏蔽接地；屏蔽接地； 3 3）遭雷擊時(shí)，）遭雷擊時(shí)，機(jī)柜門(mén)又機(jī)柜門(mén)又半虛掩。半虛掩。 解決方法：解決方法： 首先是工控機(jī)的首先是工控機(jī)的外殼屏外殼屏蔽接地蔽接地。其次，將控制室建筑。其次，將控制室建筑物內(nèi)的鋼筋、金屬門(mén)窗等連接物內(nèi)的鋼筋、金屬門(mén)窗等連接起來(lái)，進(jìn)行起來(lái)，進(jìn)行格柵屏蔽格柵屏蔽。14 一點(diǎn)思考一點(diǎn)思考：該石油化工企業(yè)和：該石油化工企業(yè)和石蠟加氫裝置石蠟加氫裝置相距不到相距不到3030米的米的催化裂化裝置催化裂化裝置的的DCSDCS控制室，也為單層的獨(dú)立建筑物，由于設(shè)置了防控制室，也為

10、單層的獨(dú)立建筑物，由于設(shè)置了防直擊雷裝置（避雷帶），卻安然無(wú)恙。可見(jiàn)直擊雷裝置（避雷帶），卻安然無(wú)恙?？梢?jiàn)防直擊雷裝置對(duì)雷擊電防直擊雷裝置對(duì)雷擊電磁脈沖（磁脈沖（LEMPLEMP）有一定的衰減作用）有一定的衰減作用。所以，如控制系統(tǒng)所在的控制。所以，如控制系統(tǒng)所在的控制室是獨(dú)立建筑物，其周?chē)懈叽蠼ㄖ?，如用滾球法確定高大建筑接室是獨(dú)立建筑物，其周?chē)懈叽蠼ㄖ缬脻L球法確定高大建筑接閃器的保護(hù)范圍，控制室所在的獨(dú)立建筑物在該保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，雖閃器的保護(hù)范圍，控制室所在的獨(dú)立建筑物在該保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，雖然控制室所在的獨(dú)立建筑物可以不設(shè)防直擊雷裝置，但考慮到然控制室所在的獨(dú)立建筑物可以不設(shè)防直擊雷裝置

11、，但考慮到防直防直擊雷裝置對(duì)雷擊電磁脈沖（擊雷裝置對(duì)雷擊電磁脈沖（LEMPLEMP）有一定的衰減作用）有一定的衰減作用，所以該建筑，所以該建筑物還是宜按物還是宜按GB 50057 GB 50057 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的中規(guī)定的第三類(lèi)防雷第三類(lèi)防雷建筑物建筑物采取防直擊雷措施。采取防直擊雷措施。151.6 1.6 某石化公司瀝青裝置的案例分析某石化公司瀝青裝置的案例分析雷害時(shí)間雷害時(shí)間：20032003年年7 7月月2121日。日。16某石化總廠瀝青裝置的控制室平面某石化總廠瀝青裝置的控制室平面瀝青裝置減壓塔m接地極總匯線橋架機(jī)柜室操作室大面積窗戶(hù)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)17問(wèn)題問(wèn)題1

12、1：在雷電的當(dāng)即，為什么在雷電的當(dāng)即，為什么CRTCRT顯示器會(huì)發(fā)生顯示器會(huì)發(fā)生黑屏黑屏？2 2秒鐘后為什秒鐘后為什么又自動(dòng)恢復(fù)？么又自動(dòng)恢復(fù)？ 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在遭雷擊時(shí)，控制室內(nèi)的據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在遭雷擊時(shí)，控制室內(nèi)的UPSUPS沒(méi)有發(fā)生停電事沒(méi)有發(fā)生停電事故，控制器和操作站的電源開(kāi)關(guān)也沒(méi)有斷開(kāi)過(guò)。顯示器黑屏故，控制器和操作站的電源開(kāi)關(guān)也沒(méi)有斷開(kāi)過(guò)。顯示器黑屏2 2秒鐘后秒鐘后又恢復(fù)到黑屏前的顯示畫(huà)面，這說(shuō)明操作站的主機(jī)在黑屏后也沒(méi)有又恢復(fù)到黑屏前的顯示畫(huà)面，這說(shuō)明操作站的主機(jī)在黑屏后也沒(méi)有重新啟動(dòng)過(guò)（即一直處于通電狀態(tài)）。重新啟動(dòng)過(guò)（即一直處于通電狀態(tài)）。 因此遭成顯示器黑屏的原因只能是因此遭成

13、顯示器黑屏的原因只能是強(qiáng)大的雷電電磁脈沖對(duì)陰極強(qiáng)大的雷電電磁脈沖對(duì)陰極射線管（射線管（CRTCRT）內(nèi)的電子束產(chǎn)生的干擾所至）內(nèi)的電子束產(chǎn)生的干擾所至。因?yàn)榫嗫刂剖夷蠅Υ蟆Ｒ驗(yàn)榫嗫刂剖夷蠅Υ蟠皯?hù)只有窗戶(hù)只有3 3米左右的操作站，承受著和室外一樣的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。米左右的操作站，承受著和室外一樣的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。 這種干擾產(chǎn)生的后果是使顯示器這種干擾產(chǎn)生的后果是使顯示器失效失效，而不是破壞。即顯示器，而不是破壞。即顯示器在雷電電磁脈沖的作用下，失去正常功能，過(guò)在雷電電磁脈沖的作用下，失去正常功能，過(guò)2 2秒鐘干擾消失后又恢秒鐘干擾消失后又恢復(fù)正常。復(fù)正常。 18問(wèn)題問(wèn)題2 2：為什么連接在為什么連接在I

14、/OI/O信號(hào)卡前面的信號(hào)卡前面的LB900 LB900 型型齊納安全柵齊納安全柵卻安然卻安然無(wú)恙，而無(wú)恙，而I/OI/O卡卡卻壞了？卻壞了？ 由齊納安全柵原理圖可知，無(wú)論是由非本安端或現(xiàn)場(chǎng)端，當(dāng)電由齊納安全柵原理圖可知，無(wú)論是由非本安端或現(xiàn)場(chǎng)端，當(dāng)電壓超過(guò)一定值時(shí)，要過(guò)壓超過(guò)一定值時(shí)，要過(guò)毫秒級(jí)毫秒級(jí)的時(shí)間（制造商提供的數(shù)據(jù)）后方使的時(shí)間（制造商提供的數(shù)據(jù)）后方使齊納二極管齊納二極管VD1VD1、VD2VD2反向擊穿并產(chǎn)生反向擊穿并產(chǎn)生雪崩雪崩，從而將能量釋放到地，從而將能量釋放到地里去。而雷電脈沖的時(shí)間是里去。而雷電脈沖的時(shí)間是ss級(jí)的，級(jí)的，遠(yuǎn)小于雪崩時(shí)間和快速熔斷器遠(yuǎn)小于雪崩時(shí)間和快速

15、熔斷器FA1FA1的熔斷時(shí)間。的熔斷時(shí)間。 再則，如果雷電波在金屬導(dǎo)線內(nèi)的的傳輸速度為每秒再則，如果雷電波在金屬導(dǎo)線內(nèi)的的傳輸速度為每秒1515萬(wàn)公萬(wàn)公里，假定安全柵位于里，假定安全柵位于DCSDCS前面前面3 3米米，則，則從安全柵到從安全柵到DCSDCS的傳輸時(shí)間為的傳輸時(shí)間為20ns20ns。如果一旦有雷電波從現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)安全柵，還未等齊納二極管產(chǎn)。如果一旦有雷電波從現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)安全柵，還未等齊納二極管產(chǎn)生雪崩，雷電波已進(jìn)入生雪崩，雷電波已進(jìn)入DCSDCS系統(tǒng)，將系統(tǒng)，將DCSDCS損壞，把進(jìn)入的雷電能量釋損壞，把進(jìn)入的雷電能量釋放掉的同時(shí)從而也保護(hù)了安全柵。所以為什么雷擊時(shí)，放掉的同時(shí)從而也保

16、護(hù)了安全柵。所以為什么雷擊時(shí)，I/OI/O卡損壞卡損壞了，連接在了，連接在I/OI/O信號(hào)卡前面的齊納安全柵卻安然無(wú)恙。信號(hào)卡前面的齊納安全柵卻安然無(wú)恙。19齊納安全柵原理圖齊納安全柵原理圖本 安 端非 本 安 端接 現(xiàn) 場(chǎng) 元 件201.7 1.7 某石化公司苯酚裝置的案例分析（屏蔽不到位）某石化公司苯酚裝置的案例分析（屏蔽不到位）雷害時(shí)間：雷害時(shí)間：20042004年年7 7月月1010日下午日下午4 4點(diǎn)。點(diǎn)。 DCSDCS機(jī)型：機(jī)型：美國(guó)美國(guó)MOOREMOORE公司的公司的APACSAPACS型。型。事故現(xiàn)象：事故現(xiàn)象： 遭雷擊時(shí)控制器內(nèi)的遭雷擊時(shí)控制器內(nèi)的EPROMEPROM里的程里

17、的程序丟失。序丟失。原因分析：原因分析： 控制器和所在機(jī)柜都沒(méi)有屏蔽接地控制器和所在機(jī)柜都沒(méi)有屏蔽接地，位于離大窗戶(hù)（塑鋼）不到位于離大窗戶(hù)（塑鋼）不到1.81.8米，承米，承受著和室外一樣的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。遭雷受著和室外一樣的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。遭雷擊時(shí)，使擊時(shí)，使128K128K的的EPROMEPROM內(nèi)的程序丟失。內(nèi)的程序丟失。重新下裝后正常。重新下裝后正常。211.8 1.8 某燃?xì)夤净炫湔景咐治瞿橙細(xì)夤净炫湔景咐治隼讚魰r(shí)間：雷擊時(shí)間：20032003年年8 8月月1010日。日。事故情況：遭受雷擊的在線控制系統(tǒng)中包括一臺(tái)控制混合氣含氧量事故情況：遭受雷擊的在線控制系統(tǒng)中包括一臺(tái)控制混合氣

18、含氧量的控制單元的控制單元。該氧氣分析裝置是美國(guó)。該氧氣分析裝置是美國(guó)TELEDYNETELEDYNE分析儀表公司的分析儀表公司的327RA327RA型產(chǎn)品，其中包括一臺(tái)基于袖珍型燃料電池的型產(chǎn)品，其中包括一臺(tái)基于袖珍型燃料電池的分析單元分析單元（美國(guó)專(zhuān)利（美國(guó)專(zhuān)利U.S. PAT.#3U.S. PAT.#3，429429，796796）和一臺(tái)）和一臺(tái)控制單元控制單元。由于它對(duì)整個(gè)混配過(guò)程。由于它對(duì)整個(gè)混配過(guò)程的操作具有舉足輕重的作用，以至雷擊后整個(gè)裝置不得不停產(chǎn)，嚴(yán)的操作具有舉足輕重的作用，以至雷擊后整個(gè)裝置不得不停產(chǎn)，嚴(yán)重地影響城市的供氣。重地影響城市的供氣。 22 電子線路分析：電子線路

19、分析：我們查閱了控制單元信號(hào)輸入部分的電子線路我們查閱了控制單元信號(hào)輸入部分的電子線路（見(jiàn)圖），并根據(jù)替換下來(lái)的損壞件是圖（見(jiàn)圖），并根據(jù)替換下來(lái)的損壞件是圖2 2中的中的A2A2（OP07OP07）運(yùn)算放大）運(yùn)算放大器，器，就可以說(shuō)明，雷電波（高電位）是通過(guò)外部連接電纜從就可以說(shuō)明，雷電波（高電位）是通過(guò)外部連接電纜從TS6TS6的的2-2-3 3端，經(jīng)過(guò)端，經(jīng)過(guò)A1A1（OP07OP07）運(yùn)算放大器量程選擇開(kāi)關(guān)的反饋通路直接進(jìn)入）運(yùn)算放大器量程選擇開(kāi)關(guān)的反饋通路直接進(jìn)入A2A2（OP07OP07）運(yùn)算放大器，然后將其擊穿。）運(yùn)算放大器，然后將其擊穿。 23含氧控制單元信號(hào)輸入的電子線路圖（

20、局部）含氧控制單元信號(hào)輸入的電子線路圖（局部） 量程選擇開(kāi)關(guān)來(lái)自分析單元 的輸入信號(hào)輸出24現(xiàn)場(chǎng)情況分析：現(xiàn)場(chǎng)情況分析：該含氧分析儀從安裝在現(xiàn)場(chǎng)的分析單元到控制該含氧分析儀從安裝在現(xiàn)場(chǎng)的分析單元到控制室內(nèi)的控制單元，總共有室內(nèi)的控制單元，總共有7 7根信號(hào)線相連，根信號(hào)線相連，中間相距約中間相距約150150米米，采用，采用的是單層的屏蔽電纜（控制室一端接地）。電纜沿深度為的是單層的屏蔽電纜（控制室一端接地）。電纜沿深度為700mm700mm、寬、寬約約800 mm800 mm的水泥地溝內(nèi)敷設(shè)，溝內(nèi)的電纜的水泥地溝內(nèi)敷設(shè)，溝內(nèi)的電纜沒(méi)有再用金屬管和金屬走沒(méi)有再用金屬管和金屬走線槽保護(hù)線槽保護(hù)，

21、即連接電纜沒(méi)有采取雙層屏蔽和兩端接地的措施。所經(jīng)，即連接電纜沒(méi)有采取雙層屏蔽和兩端接地的措施。所經(jīng)之地又有之地又有4 4、5 5處和建筑物避雷帶引下線的接地點(diǎn)相距很近處和建筑物避雷帶引下線的接地點(diǎn)相距很近。雷擊。雷擊時(shí)，通過(guò)電磁感應(yīng)將雷電波帶入控制單元，將其損壞。時(shí)，通過(guò)電磁感應(yīng)將雷電波帶入控制單元，將其損壞。解決方法：解決方法：采用雙層屏蔽電纜敷設(shè)。采用雙層屏蔽電纜敷設(shè)。 25某燃?xì)夤净炫湔镜碾娎|溝某燃?xì)夤净炫湔镜碾娎|溝電纜溝電纜溝26 2 DCS2 DCS雷害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估雷害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估27 概述概述 風(fēng)險(xiǎn)一般定義為風(fēng)險(xiǎn)一般定義為遭受災(zāi)害遭受災(zāi)害和和損失損失的可能性，包括：的可能性，包括：

22、n風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)的來(lái)源來(lái)源評(píng)估；評(píng)估；n風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)濟(jì)損失經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估。評(píng)估。 要對(duì)要對(duì)DCSDCS進(jìn)行雷害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，進(jìn)行雷害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，首先要有一個(gè)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)首先要有一個(gè)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)查。據(jù)查閱，目前涉及雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)有：閱，目前涉及雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)有：n氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn): :氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范QX3-2000QX3-2000；n國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn): :通信局站雷電損壞危險(xiǎn)的評(píng)估通信局站雷電損壞危險(xiǎn)的評(píng)估ITU-TK.39ITU-TK.39；nIECIEC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn): :雷電災(zāi)荒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估雷電災(zāi)荒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估IEC 62305

23、IEC 62305；n國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn): :建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范GB 50343-2004GB 50343-2004。 我們以我們以20042004年發(fā)布的年發(fā)布的IECIEC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)“雷電災(zāi)荒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估雷電災(zāi)荒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 IEC 62305IEC 62305”和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范 GB 50343-2004GB 50343-2004”作作為評(píng)估的參考標(biāo)準(zhǔn)。為評(píng)估的參考標(biāo)準(zhǔn)。 28 本文僅討論風(fēng)險(xiǎn)的來(lái)源評(píng)估。其評(píng)估的基本內(nèi)容包括：本文僅討論風(fēng)險(xiǎn)的來(lái)源評(píng)估。其評(píng)估的基本內(nèi)容包括： 1 1）依據(jù)本地區(qū)

24、的）依據(jù)本地區(qū)的年平均雷暴日年平均雷暴日和和控制室建筑物以及工藝裝置控制室建筑物以及工藝裝置的的長(zhǎng)、寬、高計(jì)算長(zhǎng)、寬、高計(jì)算年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)； 2 2）依據(jù)電源電纜和）依據(jù)電源電纜和I/OI/O電纜等效受雷面積計(jì)算電纜等效受雷面積計(jì)算進(jìn)控制室線纜年進(jìn)控制室線纜年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)； 3 3）計(jì)算）計(jì)算年預(yù)計(jì)雷擊總次數(shù)年預(yù)計(jì)雷擊總次數(shù)。 4 4）按防雷裝置的攔截效率確定）按防雷裝置的攔截效率確定DCSDCS的的雷電防護(hù)等級(jí)雷電防護(hù)等級(jí)； 5 5）存在的）存在的雷害隱患和改進(jìn)措施雷害隱患和改進(jìn)措施。 292.1 2.1 建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù) 依據(jù)本地區(qū)的年平均

25、雷暴日和建筑物的長(zhǎng)、寬、高計(jì)算建筑物年預(yù)依據(jù)本地區(qū)的年平均雷暴日和建筑物的長(zhǎng)、寬、高計(jì)算建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)。計(jì)雷擊次數(shù)。 例：例：上海地區(qū)實(shí)際的年平均雷暴日上海地區(qū)實(shí)際的年平均雷暴日Td=49.9d/aTd=49.9d/a（歷史數(shù)據(jù)為（歷史數(shù)據(jù)為28.4d/a28.4d/a） 30計(jì)算：計(jì)算： （1 1）雷擊大地的年平均密度雷擊大地的年平均密度 即按地區(qū)的年平均雷暴日即按地區(qū)的年平均雷暴日TdTd換算成換算成每年每平方公里遭受雷擊的次數(shù)每年每平方公里遭受雷擊的次數(shù)。 按最新的按最新的 IEC 62305IEC 62305 的計(jì)算公式為：的計(jì)算公式為： Ng=0.1 TNg=0.1 Td d=

26、0.149.9=5.0 =0.149.9=5.0 次次/km/km2 2aa（曾經(jīng)用（曾經(jīng)用0.023T0.023Td d1.31.3、0.024T0.024Td d1.31.3來(lái)計(jì)算，美國(guó)現(xiàn)用來(lái)計(jì)算，美國(guó)現(xiàn)用0.2T0.2Td d來(lái)計(jì)算）來(lái)計(jì)算） 31(2)(2)控制室所在建筑物的等效受雷面積控制室所在建筑物的等效受雷面積注：注： IEC 62305IEC 62305 Ae Ae是這樣計(jì)算等效的受雷面積的：是這樣計(jì)算等效的受雷面積的： 通過(guò)建筑物頂部與其接觸，將傾斜度為通過(guò)建筑物頂部與其接觸，將傾斜度為1/31/3的直線，圍繞建筑物的直線，圍繞建筑物一周后與地面交接的截面積為等效受雷面積（見(jiàn)

27、下圖）。一周后與地面交接的截面積為等效受雷面積（見(jiàn)下圖）。 對(duì)下圖所示的建筑物，其等效受雷面積為：對(duì)下圖所示的建筑物，其等效受雷面積為： Ae=LW+6H(L+W)+9HAe=LW+6H(L+W)+9H2 2 (m (m2 2) ) N N1 1=k N=k Ng g A Ae e1010-6-6（次（次/ /年）年）式中式中k k為和建筑物所處地理環(huán)境有關(guān)的校正系數(shù)，它可以按下表選取。為和建筑物所處地理環(huán)境有關(guān)的校正系數(shù)，它可以按下表選取。32 建筑物等效受雷面積建筑物等效受雷面積1 1：3 3LH3HW33 如建筑物具有復(fù)雜的形狀，例如在屋面上的某個(gè)部位具有一定如建筑物具有復(fù)雜的形狀，例如

28、在屋面上的某個(gè)部位具有一定高度的凸出物，可以根據(jù)上述定義用作圖法來(lái)計(jì)算建筑物的等效受高度的凸出物，可以根據(jù)上述定義用作圖法來(lái)計(jì)算建筑物的等效受雷面積。此時(shí)，一個(gè)可以接受的雷面積。此時(shí)，一個(gè)可以接受的近似算法近似算法以最高點(diǎn)的以最高點(diǎn)的 高度的高度的 三三倍畫(huà)一個(gè)圓，其圓面積為：倍畫(huà)一個(gè)圓，其圓面積為： Ae=9HAe=9Hp p2 21010-6-6 (km (km2 2) ) 34建筑物建筑物( (電纜電纜) )的相對(duì)位置的相對(duì)位置校正系數(shù)校正系數(shù)k k位于山丘或山頂上的孤立建筑物位于山丘或山頂上的孤立建筑物( (電纜電纜) )2.02.0孤立建筑物孤立建筑物( (電纜電纜) )：附近沒(méi)有其

29、它物體：附近沒(méi)有其它物體1.01.0被其它物體或樹(shù)所包圍被其它物體或樹(shù)所包圍0.50.535一點(diǎn)重要的說(shuō)明：一點(diǎn)重要的說(shuō)明： 建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的計(jì)算，除了控制室所在建建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的計(jì)算，除了控制室所在建筑物外，還應(yīng)包括含有變送器、執(zhí)行器等控制設(shè)備的筑物外，還應(yīng)包括含有變送器、執(zhí)行器等控制設(shè)備的工工藝廠房或工藝框架。藝廠房或工藝框架。 （計(jì)算方法相同）（計(jì)算方法相同）362.2 2.2 進(jìn)機(jī)柜室進(jìn)機(jī)柜室I/OI/O電纜年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)電纜年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N2N2的確定的確定 IEC 62305 IEC 62305是這樣計(jì)算進(jìn)主控室電纜年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)是這樣計(jì)算進(jìn)主控室電纜年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N

30、N2 2的：的： 進(jìn)主控制室電纜年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)進(jìn)主控制室電纜年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N N2 2為：為： N N2 2= kNgA= kNgAl l1010-6 -6 （次（次/ /年）年）式中：式中：kk線路位置的校正系數(shù)，它可以按上表選取。線路位置的校正系數(shù)，它可以按上表選取。 A Al l雷擊電纜的等效受雷面積，它包括雷擊電纜的等效受雷面積，它包括雷擊入戶(hù)電纜的等雷擊入戶(hù)電纜的等效受雷面積效受雷面積A Al1l1和雷擊入戶(hù)電纜鄰近區(qū)域的等效受雷面積和雷擊入戶(hù)電纜鄰近區(qū)域的等效受雷面積A Al2l2，即，即A1=AA1=Al1l1+A+Al2l2。 37表表4.6 4.6 電纜的等效受雷面積電纜的等

31、效受雷面積AlAl注：注：1. 1. LcLc是線路從控制室建筑物至現(xiàn)場(chǎng)的第一個(gè)分支點(diǎn)或與相鄰建筑物的長(zhǎng)度，是線路從控制室建筑物至現(xiàn)場(chǎng)的第一個(gè)分支點(diǎn)或與相鄰建筑物的長(zhǎng)度，單位為單位為m m，最大值為，最大值為1000m1000m，當(dāng)，當(dāng)LcLc未知時(shí)，可假定未知時(shí)，可假定L=1000mL=1000m。 2.2.為埋設(shè)電纜的土壤電阻率，最大值可取為埋設(shè)電纜的土壤電阻率，最大值可取500m500m。 3.3.HaHa線路與工藝裝置相接的高度線路與工藝裝置相接的高度m m； HbHb線路與控制室建筑物相線路與控制室建筑物相接的高度接的高度m m； HcHc線路離地面的高度線路離地面的高度m m。架空

32、敷設(shè)架空敷設(shè)埋地敷設(shè)埋地敷設(shè)雷擊入戶(hù)電纜雷擊入戶(hù)電纜Al1Al16HcLc-3(Ha+Hb)6HcLc-3(Ha+Hb)0.8Lc-3(Ha+Hb) 0.8Lc-3(Ha+Hb) 1/21/2雷擊入戶(hù)電纜的鄰近區(qū)域雷擊入戶(hù)電纜的鄰近區(qū)域Al2Al21000Lc1000Lc50Lc50Lc1/21/2382.3 2.3 按雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估按雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估DCSDCS的雷電防護(hù)等級(jí)的雷電防護(hù)等級(jí)（1 1）建筑物及進(jìn)控制室）建筑物及進(jìn)控制室I/OI/O電纜年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)電纜年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N N的確定的確定 N= NN= N1 1+ N+ N2 2 + +N N3 3=1.275(=1.275(次次/ /年

33、年) )（2 2）可接受的最大年平均雷擊次數(shù)）可接受的最大年平均雷擊次數(shù)NcNc的計(jì)算的計(jì)算 式中：式中：CC各類(lèi)因子各類(lèi)因子 C=C1+C2+C3+C4+C5C=C1+C2+C3+C4+C5 C C1 1DCSDCS所在建筑物材料結(jié)構(gòu)因子所在建筑物材料結(jié)構(gòu)因子，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)取，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)取1.01.0； C C2 2DCSDCS重要程度因子重要程度因子，集成化程度較高的低電壓微電流設(shè)，集成化程度較高的低電壓微電流設(shè)備取備取3.03.0； C C3 3DCSDCS抗浪涌能力因子抗浪涌能力因子，相當(dāng)弱取，相當(dāng)弱取3.03.0； C C4 4DCSDCS所在雷電防護(hù)區(qū)（所在雷電防護(hù)區(qū)（LPZ

34、LPZ）因子）因子，在，在LPZ2LPZ2區(qū)取區(qū)取0.50.5； C C5 5DCSDCS發(fā)生雷擊事故的后果因子發(fā)生雷擊事故的后果因子，因中斷后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后，因中斷后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果取果取1.51.5。CNc/108 . 55 . 139控制系統(tǒng)所在建筑物材料結(jié)構(gòu)因子控制系統(tǒng)所在建筑物材料結(jié)構(gòu)因子C1C1建筑物材料建筑物材料結(jié)構(gòu)因子結(jié)構(gòu)因子 金屬結(jié)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土鋼筋混凝土 磚混結(jié)構(gòu)磚混結(jié)構(gòu) 磚木結(jié)構(gòu)磚木結(jié)構(gòu) 木結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu) c c1 10.50.51.01.01.51.52.02.02.52.540控制系統(tǒng)重要程度因子控制系統(tǒng)重要程度因子C2C2 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)重要程度因子重要程度因子等

35、電位接地及屏蔽等電位接地及屏蔽較完善的設(shè)備較完善的設(shè)備使用架空使用架空線纜的設(shè)備線纜的設(shè)備集成化程度較高的集成化程度較高的低電壓微電流設(shè)備低電壓微電流設(shè)備c c2 22.52.51.01.03.03.041控制系統(tǒng)抗浪涌能力因子控制系統(tǒng)抗浪涌能力因子C3C3 控制系統(tǒng)抗浪涌控制系統(tǒng)抗浪涌能力因子能力因子一般一般較弱較弱相當(dāng)弱相當(dāng)弱c c3 30.51.03.042控制系統(tǒng)所在雷電防護(hù)區(qū)（控制系統(tǒng)所在雷電防護(hù)區(qū)（LPZLPZ）因子）因子C4C4 控制系統(tǒng)所在雷控制系統(tǒng)所在雷電防護(hù)區(qū)（電防護(hù)區(qū)（LPZLPZ）因子因子LPZ2LPZ2區(qū)或以上區(qū)或以上LPZ1LPZ1區(qū)內(nèi)區(qū)內(nèi)LPZB0LPZB0區(qū)內(nèi)區(qū)

36、內(nèi)c c4 40.51.01.51.52.02.0 43控制系統(tǒng)發(fā)生雷擊事故的后果因子控制系統(tǒng)發(fā)生雷擊事故的后果因子C5C5 控制系統(tǒng)發(fā)生控制系統(tǒng)發(fā)生雷擊事故的雷擊事故的后果因子后果因子中斷后不會(huì)中斷后不會(huì)產(chǎn)生不良后果產(chǎn)生不良后果中斷后中斷后無(wú)嚴(yán)重后果無(wú)嚴(yán)重后果中斷后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)中斷后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果重后果C50.50.51.01.01.51.52.02.044所以所以 C=1+3+3+0.5+1.5+=9.0C=1+3+3+0.5+1.5+=9.0 =5.8 =5.81010-1.5-1.5/9.0=0.0206(/9.0=0.0206(次次/ /年年) )即即本裝置本裝置DCSDCS因直擊雷和雷

37、電電磁脈沖損壞可接受的年平均最大雷擊次因直擊雷和雷電電磁脈沖損壞可接受的年平均最大雷擊次數(shù)每年僅為數(shù)每年僅為0.02060.0206次次。CNc/108.55.145（2 2）防雷裝置）防雷裝置攔擊效率攔擊效率E E的計(jì)算的計(jì)算 E=1-Nc/N=1-0.0206/E=1-Nc/N=1-0.0206/1.2751.275=0.984=0.984 根據(jù)根據(jù)建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范（建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范（GB 50343-2004GB 50343-2004）第第4.2.44.2.4條款有關(guān)雷電防護(hù)等級(jí)的規(guī)定：條款有關(guān)雷電防護(hù)等級(jí)的規(guī)定： 當(dāng)當(dāng)E E0.980.98時(shí)時(shí) 定為定為A

38、A級(jí)；級(jí)； 當(dāng)當(dāng)0.900.90E0.98E0.98時(shí)時(shí) 定為定為B B級(jí)；級(jí)； 當(dāng)當(dāng)0.800.80E0.90E0.90時(shí)時(shí) 定為定為C C級(jí)；級(jí)； 當(dāng)當(dāng)E0.80E0.80時(shí)時(shí) 定為定為D D級(jí)。級(jí)。 所以所以本裝置的本裝置的DCSDCS的雷電防護(hù)等級(jí)應(yīng)劃為的雷電防護(hù)等級(jí)應(yīng)劃為A A級(jí)級(jí)，即最高等級(jí)。，即最高等級(jí)。462.4 2.4 存在的隱患存在的隱患( (以某公司的加氫裂化裝置為例）以某公司的加氫裂化裝置為例）（該裝置采用的（該裝置采用的DCSDCS系統(tǒng)為系統(tǒng)為美國(guó)美國(guó)FoxboroFoxboro公司的公司的I/AI/A系列系列。）。）（1 1）存在于接地系統(tǒng)的問(wèn)題）存在于接地系統(tǒng)的問(wèn)

39、題A. DCSA. DCS系統(tǒng)采用系統(tǒng)采用單獨(dú)接地，單獨(dú)接地，但其接地體和建筑物防直擊雷的接地體但其接地體和建筑物防直擊雷的接地體相距相距僅僅1212米，小于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的米，小于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2020米距離米距離。B.B.本裝置本裝置所有現(xiàn)場(chǎng)變送器的外殼和所有現(xiàn)場(chǎng)變送器的外殼和DCSDCS系統(tǒng)都沒(méi)有等電位接地系統(tǒng)都沒(méi)有等電位接地，而變，而變送器是由于安裝支架自然接地的。當(dāng)變送器附近的設(shè)備或建筑物遭送器是由于安裝支架自然接地的。當(dāng)變送器附近的設(shè)備或建筑物遭雷擊時(shí)，通過(guò)雷擊時(shí)，通過(guò)反擊反擊可以使變送器和可以使變送器和DCSDCS失效或損壞。失效或損壞。C.C.所有機(jī)柜的接地匯流排沒(méi)有采用分類(lèi)匯總

40、的連接方法，現(xiàn)有的所所有機(jī)柜的接地匯流排沒(méi)有采用分類(lèi)匯總的連接方法，現(xiàn)有的所謂謂環(huán)路（即串聯(lián)接地）連接環(huán)路（即串聯(lián)接地）連接，會(huì)對(duì)各柜間的接地系統(tǒng)產(chǎn)生耦合，這，會(huì)對(duì)各柜間的接地系統(tǒng)產(chǎn)生耦合，這對(duì)本安地是絕對(duì)不允許的。對(duì)本安地是絕對(duì)不允許的。 47（2 2）存在于線纜敷設(shè)的問(wèn)題）存在于線纜敷設(shè)的問(wèn)題 本裝置的電纜絕大部分采用環(huán)氧樹(shù)酯走線槽架空敷設(shè)的本裝置的電纜絕大部分采用環(huán)氧樹(shù)酯走線槽架空敷設(shè)的，起不了，起不了外層的屏蔽作用。外層的屏蔽作用。 如果整個(gè)工藝裝置遭受雷擊的話，空間的雷電電磁場(chǎng)通過(guò)電磁感如果整個(gè)工藝裝置遭受雷擊的話，空間的雷電電磁場(chǎng)通過(guò)電磁感應(yīng)將高電位通過(guò)線纜帶入應(yīng)將高電位通過(guò)線纜帶

41、入DCSDCS將其損壞，這可能是最主要的原因。將其損壞，這可能是最主要的原因。48（3 3）其它存在的問(wèn)題）其它存在的問(wèn)題 A.A.要關(guān)注建筑物防雷裝置要關(guān)注建筑物防雷裝置引下線引下線的具體位置，這對(duì)線纜敷設(shè)以及盤(pán)的具體位置，這對(duì)線纜敷設(shè)以及盤(pán)柜的布置有著舉足輕重的影響。柜的布置有著舉足輕重的影響。B.B.要核實(shí)該要核實(shí)該DCSDCS的的電磁兼容性（電磁兼容性（EMCEMC）指標(biāo)）指標(biāo)，特別是對(duì)防雷有重要影，特別是對(duì)防雷有重要影響的浪涌抗擾度指標(biāo)和脈沖磁場(chǎng)抗擾度指標(biāo)。因?yàn)檫@牽涉到有否必響的浪涌抗擾度指標(biāo)和脈沖磁場(chǎng)抗擾度指標(biāo)。因?yàn)檫@牽涉到有否必要對(duì)重要的工藝參數(shù)的要對(duì)重要的工藝參數(shù)的I/OI/O

42、端口加設(shè)浪涌吸收器（端口加設(shè)浪涌吸收器（SPDSPD）。）。493 3 從從“亡羊補(bǔ)牢亡羊補(bǔ)牢”到到“防患于未然防患于未然” 50 無(wú)論是雷害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，或者是案例分析，雖然找出了問(wèn)題的無(wú)論是雷害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，或者是案例分析，雖然找出了問(wèn)題的癥結(jié)所在，由于是在工程的施工大體完成或開(kāi)工之后，如要作很大癥結(jié)所在，由于是在工程的施工大體完成或開(kāi)工之后，如要作很大的修改談何容易的修改談何容易, ,而且這終究是而且這終究是“亡羊補(bǔ)牢亡羊補(bǔ)牢”。因此，如果能在工。因此，如果能在工程的設(shè)計(jì)階段就予以考慮程的設(shè)計(jì)階段就予以考慮DCSDCS的防雷措施，的防雷措施，“防患于未然防患于未然”才是解決才是解決問(wèn)題的根本辦法。問(wèn)題的