引言(1)
20世紀90年代后，石化企業(yè)電子設(shè)備技術(shù)更新的發(fā)展比較迅速，但隨之而來的雷擊事故也逐漸增多。這些事故不但給企業(yè)造成了經(jīng)濟損失，而且由于事故比較頻繁，嚴重影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)秩序。因此，對以往發(fā)生的雷擊事故進行分析，杜絕同類事故原發(fā)生就顯得尤為重要。本文就某石化企業(yè)定量裝車控制系統(tǒng)發(fā)生的雷擊事故進行了分析。
事故簡介(2)
該企業(yè)罐區(qū)定量裝車控制系統(tǒng)多次發(fā)生雷擊事故：1996年有3次，1997年有2次。其中損失最嚴重的是1996年8月的一次，控制系統(tǒng)的多處部位被雷擊損壞，其中包括：
控制室：主機CONIEL：IPL-80主板1塊、L/O板1只，以及保險絲、安全柵等。
裝車臺：定量裝車儀(BDQC-Ⅱ)主板14塊。
現(xiàn)場概況(3)
該定量裝車控制系統(tǒng)涉及的主要結(jié)構(gòu)單元包括：
控制室：為12m×7m×7m混凝土結(jié)構(gòu)房，控制部分主要設(shè)防在二樓，包括主機、操作臺、儀表柜、住處終端等。
裝車臺：在控制室北側(cè)20m左右，有金屬結(jié)構(gòu)頂棚，臺上設(shè)5套控制單元，可以給40個鶴位計量裝油。裝車臺與控制室間的信號電纜沿金屬線槽布置，約50m;執(zhí)行機構(gòu)電源電纜由地溝穿管進入(一端按地)。
變配電室：在控制室西側(cè)200m左右，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屋上設(shè)有避雷線，內(nèi)有變壓器、高壓柜(6kV)、低壓柜等。變配電室與控制室間電源電纜沿地溝敷設(shè)。變配電室西側(cè)6m處有60m高消雷塔。
雷擊原因分析(4)
1 防雷情況
從防雷設(shè)施看，該系統(tǒng)比較重視直擊雷保護，包括專用消雷塔、屋上避雷線、信號電纜槽屏蔽和鎧裝電源電纜等。但在防止雷電流電磁耦合或侵入上，漏洞較多。主要表現(xiàn)在：
(1)控制室進出線由北墻和西墻各分兩路穿入，屋內(nèi)只設(shè)幾個接地端子，各進出線保護管沒有等電位連接。
(2)裝車臺信號線進控制室線槽側(cè)，沒有接地;罐區(qū)信號線進控制室，采用塑料保護管，也沒有接地保護。
(3)電源電纜進控制室雖然穿管，但沒有接地;電纜經(jīng)消雷塔側(cè)沒有采取屏蔽保護措施。
(4)除電源系統(tǒng)高壓側(cè)(6kV)設(shè)避雷器外，在電源低壓側(cè)、設(shè)備側(cè)，以及信號系統(tǒng)等均沒有防浪涌避雷保護，系統(tǒng)自我保護能力弱。
2 侵入途徑分析
從防雷保護來看，該系統(tǒng)雖然有較多漏洞，但查清與這次雷擊直接有關(guān)的原因和侵入路徑，提出相應(yīng)的保護措施，對提高系統(tǒng)今后的抗雷沖擊能力，無疑是有益的。事故后由于忙于恢復(fù)生產(chǎn)，沒有保留有關(guān)證據(jù)或資料，以下僅就現(xiàn)場調(diào)查情況，提出幾點分析意見。
(1)從現(xiàn)場保護設(shè)施看，基本可以排隊直擊雷侵入損害。現(xiàn)場設(shè)備均在LPZ1或LPZ0B保護區(qū)內(nèi)，且進出線(包括電源電纜和信號電纜)均沿線槽或地溝敷設(shè)，沒有直擊可能，閃擊能量只能是通過電磁感應(yīng)或其它耦合形式侵入系統(tǒng)。
(2)從損壞設(shè)備的方位和元器件來看，以電源系統(tǒng)侵入的可能性最大。從線路方位看，損壞部位既有儀表室部分也有站臺部分;從損壞元器件看，既有弱電部分(主機、主板)也有強電部分(保險絲、安全柵)。通常只有電源系統(tǒng)出現(xiàn)過流過壓現(xiàn)象，才會產(chǎn)生上述損壞。
(3)電源系統(tǒng)自我保護能力弱，且存在雷電流耦合漏洞。如前所述，電源系統(tǒng)除高壓側(cè)有過電壓保護器外，低壓側(cè)和設(shè)備側(cè)均無避雷保護器，而且整個電纜在敷設(shè)和連接時，基本沒有考慮雷電流耦合的屏蔽，以及設(shè)備端邊界區(qū)的等電位連接和去耦保護。傳輸電纜一旦有雷電流侵入，將直接進入設(shè)備并引起過壓過流破壞。
從現(xiàn)場布置來看，最容易引起雷電流侵入的部位，是最接近消雷塔的電源電纜。該段電纜距消雷塔地電極只有5m左右，一旦有雷電流流散，通過土壤電阻耦合或感應(yīng)，就會接受部分雷電能量。
3 地電位計算
為分析消雷塔接閃后對附近電纜的影響，對可能產(chǎn)生的地電位進行計算。為簡化計算，可將消雷塔四周接地極的分布作用，簡化成塔基中心電極形式。該中心距電纜溝約5m。
由地電極引起的不同距離的地電位，可按下式計算：
Uds=ρ·Id/2πS
式中：Uds——不同距離的地電位;
Id——接地極雷電流;
S——計算點與地電極的距離;
ρ——土壤電阻率。
沙土土壤電阻率通常為300~500Ω·m，下雨時可按100Ω·m考慮。雷電流1%概率的典型值為200kA，90%概率的典型值為10kA(滾球半徑約30m)。將以上典型值代入，分別為：
當Id=200kA時，Uds=100×200/2π×5=637.0(kV)
當Id=10kA時，Uds=100×10/2π×5=32(kV)
4 結(jié)論
計算表明，當消雷塔接引200kA雷電流時(概率為1%)，電源電纜可以受到637kV地電位的影響;當消雷塔接引10kA雷電流閃擊時(概率為90%)，亦可感受到32kV地電位的影響。由于傳輸過程沒有去耦和限幅保護，因而會引起破壞性能量沖擊。以上分析，極有可能是該系統(tǒng)1996年8月雷擊事故的物理過程。(最專業(yè)的安全生產(chǎn)管理-風(fēng)險世界網(wǎng)）
整改建議(5)
根據(jù)該系統(tǒng)存在的問題，并結(jié)合已發(fā)生事故的情況，建議作如下整改：
(1)變配電室已有屋上避雷線(針高0.6m)，可拆掉消雷塔或按滾球法原理適當降低現(xiàn)有高度。
(2)在電纜溝的消雷塔一側(cè)增設(shè)屏蔽地網(wǎng)。
(3)控制室進戶前的電纜保護管不低于15m，并可靠接地。