變送器防雷擊損壞的應(yīng)對(duì)措施

摘要：華電運(yùn)營(yíng)試運(yùn)的尼日利亞歐莫托休二期4*125MW 單循環(huán)燃機(jī)電廠，雷雨天氣時(shí)發(fā)生過(guò)兩次戶外多型號(hào)變送器同時(shí)損壞的現(xiàn)象，經(jīng)多方求證分析，得出雷擊過(guò)電壓燒損變送器的結(jié)論，經(jīng)過(guò)對(duì)防雷裝置的改進(jìn)和完善，最終消除了隱患。

關(guān)鍵詞：兩線制變送器；雷擊；同時(shí)故障；過(guò)電壓；浪涌保護(hù)

故障描述
        2013年04月14日17：23分30秒，
        尼日利亞翁多州電閃雷鳴，暴雨突襲，華電運(yùn)營(yíng)公司負(fù)責(zé)運(yùn)維的某電廠（500MW燃機(jī)電廠）產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在#1、#2、#3、#4機(jī)組閉式循環(huán)水系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)、取水系統(tǒng)中露天布置的壓力、流量、液位、差壓24V/4~20mADC兩線制變送器共15臺(tái)同時(shí)輸出故障，清單附后，運(yùn)行人員在DCS系統(tǒng)上發(fā)現(xiàn)上述測(cè)點(diǎn)趨勢(shì)圖在17:23:30秒都同時(shí)發(fā)生異常跳變，DCS顯示壞點(diǎn)。

        此次故障現(xiàn)象讓現(xiàn)場(chǎng)人員聯(lián)想到2012年11月7日19：23出現(xiàn)的類似的故障，當(dāng)時(shí)造成現(xiàn)場(chǎng)21臺(tái)變送器燒損。

1、事故檢查及初步分析
1.1經(jīng)過(guò)華電運(yùn)營(yíng)熱工維護(hù)人員初步檢查，發(fā)現(xiàn)這些仕樂(lè)克變送器在24V DC電源輸入正常的情況下，輸出信號(hào)都變成DC 30~40mA且維持不變，初步判斷這些就地變送器的遠(yuǎn)傳輸出電路同時(shí)瞬間故障，這些就地變送器故障發(fā)生的原因可能與當(dāng)時(shí)的天氣有關(guān)，極有可能是遭受了瞬時(shí)雷擊過(guò)電壓沖擊造成變送器過(guò)電壓損壞。

1.2同類事故在2012年11月7日19：23分第一次出現(xiàn)過(guò)，當(dāng)時(shí)也損壞大量仕樂(lè)克變送器，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)各單位分析討論后，認(rèn)為與電網(wǎng)電壓不穩(wěn)造成過(guò)電壓有關(guān)，隨后DCS 廠家先后進(jìn)行了DCS 卡件軟件升級(jí)、在DCS盤柜電源出口安裝浪涌保護(hù)器等防范措施。

1.3本次檢查DCS系統(tǒng)控制柜，測(cè)得DCS的UPS電源(245VAC)和24VDC直流電源均正常，DCS的所有卡件均正常工作，DCS及就地儀表的接線柜裝置接地符合DCS設(shè)計(jì)施工圖，浪涌保護(hù)器工作正常，由此排除仕樂(lè)克變送器電源側(cè)串入高電壓的可能。

1.4初步分析認(rèn)為，雷擊電壓侵入變送器二次側(cè)電纜是造成變送器損壞的唯一原因。

2、事故原因的確定
2.1從設(shè)計(jì)方面考慮，一期工程電廠無(wú)空冷器，即無(wú)避雷針，其循環(huán)水泵進(jìn)出口母管壓力、流量變送器沒(méi)有設(shè)計(jì)防雷接地，未出現(xiàn)問(wèn)題。二期按一期經(jīng)驗(yàn)未設(shè)計(jì)防雷接地措施，因有空冷器設(shè)有避雷針，變送器估計(jì)距空冷器避雷針在10m之內(nèi)，當(dāng)在雷電作用下，這些變送器存在發(fā)生雷擊損壞的可能。

2.2綜合設(shè)計(jì)院、廠家及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員意見(jiàn)認(rèn)為，雷擊感應(yīng)過(guò)電壓導(dǎo)致了變送器損毀，沖擊來(lái)自DCS和仕樂(lè)克變送器間的電纜，同時(shí)沖擊DCS和變送器，由于DCS側(cè)采集回路設(shè)有過(guò)電壓保護(hù)，所以DCS側(cè)未受影響，仕樂(lè)克變送器無(wú)浪涌保護(hù)裝置，導(dǎo)致?lián)p毀。

2.3最終各方統(tǒng)一意見(jiàn)，認(rèn)為變送器損壞的直接原因就是仕樂(lè)克變送器未能承受超過(guò)其耐受電壓的過(guò)電壓沖擊而損毀。而過(guò)電壓只有兩種：一個(gè)是系統(tǒng)內(nèi)部的操作過(guò)電壓，而對(duì)于低壓、尤其是控制系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)，操作過(guò)電壓是微乎其微、可以忽略的；二是外部過(guò)電壓或者說(shuō)是雷擊過(guò)電壓，其對(duì)于某個(gè)設(shè)備的影響可以來(lái)自三個(gè)方面：

2.3.1直擊雷產(chǎn)生的過(guò)電壓，也就是雷直接打在該設(shè)備上產(chǎn)生的過(guò)電壓。
2.3.2雷擊電涌侵入過(guò)電壓，雷擊到別的物體，大部分雷電流被釋放入地，有少部分雷電流通過(guò)電纜等金屬導(dǎo)體傳導(dǎo)到該設(shè)備上產(chǎn)生過(guò)電壓。
2.3.3雷擊感應(yīng)過(guò)電壓，雷擊到設(shè)備附近，通過(guò)空間的電磁感應(yīng)直接在設(shè)備上產(chǎn)生的過(guò)電壓或者雷擊到設(shè)備附近感應(yīng)到電纜等金屬導(dǎo)體上，再通過(guò)電纜傳導(dǎo)到該設(shè)備上產(chǎn)生過(guò)電壓。
2.4本工程運(yùn)行近一年，高壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)乃至低壓系統(tǒng)都未出現(xiàn)雷擊事故，說(shuō)明了直接雷的防護(hù)設(shè)計(jì)沒(méi)有問(wèn)題。

3、技術(shù)防范措施分析
對(duì)于敏感的弱電系統(tǒng)或設(shè)備的雷電防護(hù)無(wú)論是國(guó)內(nèi)或國(guó)際IEC或IEEE標(biāo)準(zhǔn)都是要求多層防護(hù)，就好像是雞蛋有蛋殼一層防護(hù)、蛋白一層防護(hù)、蛋黃一層防護(hù)，最好將敏感設(shè)備放到蛋黃內(nèi)受到多層保護(hù)，實(shí)際在工程中采用的保護(hù)措施如下：

3.1對(duì)于集中布置的在建筑物內(nèi)的弱電設(shè)備其直接雷防護(hù)（無(wú)論是采用避雷針、避雷帶或建筑物采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)）是很容易做到的；其雷擊感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)采用屏蔽措施（可采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼絲網(wǎng)屏蔽結(jié)構(gòu)具體視屏蔽的要求而定，并注意接地）也是不難做到的；對(duì)于雷擊電涌侵入過(guò)電壓或稱傳導(dǎo)過(guò)電壓的防護(hù)只能采用加強(qiáng)接地和分層設(shè)置浪涌保護(hù)器或稱過(guò)電壓保護(hù)器，在同樣的雷電沖擊下，最先損壞的總是絕緣最弱或耐受電壓最低的設(shè)備或部分，要使每個(gè)設(shè)備入口處的過(guò)電壓控制在該設(shè)備耐受電壓以下。

3.2對(duì)于分散在戶外各處、且不高的弱電設(shè)備，其遭受直擊雷的概率極低、且無(wú)法集中設(shè)置直擊雷防護(hù)，其直擊雷防護(hù)措施是：不設(shè)直擊雷防護(hù)或者單個(gè)設(shè)備自己本身加強(qiáng)或設(shè)置直擊雷防護(hù)。

4、采取的應(yīng)對(duì)措施
考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)各方討論形成統(tǒng)一改進(jìn)意見(jiàn)并實(shí)施如下：
4.1變送器本身加強(qiáng)外殼防護(hù)。采用封閉的金屬外殼，其金屬板材厚度至少在4mm以上（按照油罐的防雷標(biāo)準(zhǔn)為4mm以上），將敏感的仕樂(lè)克變送器保護(hù)在其中，且外殼要可靠接地，可以起到防雨、防護(hù)直接雷和感應(yīng)雷的綜合作用。
4.2在各變送器入口加浪涌保護(hù)器，其安裝要滿足相關(guān)規(guī)范以及浪涌保護(hù)器廠家的要求，聯(lián)接和接地線不能過(guò)長(zhǎng)，要使浪涌保護(hù)器和連接線、接地線一起構(gòu)成的殘壓與變送器的耐壓相配合。
4.3檢查各變送器附近的避雷針接地情況，一是要確保避雷針可靠接地且在接地處要加設(shè)集中接地裝置，其接地電阻要不大于10Ω，二是盡可能拉開(kāi)避雷針接地點(diǎn)與仕樂(lè)克變送器以及電纜接地點(diǎn)的距離。
4.4至變送器的電纜穿鋼管埋入地中至少在10m以上越長(zhǎng)越好，這對(duì)于減少和衰減沿電纜傳導(dǎo)的雷電侵入波很有好處。

5、取得的效果
經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行考驗(yàn)，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)所有變送器再未發(fā)生過(guò)雷擊過(guò)電壓導(dǎo)致的損壞事故，證明以上措施行之有效，防止變送器過(guò)電壓的層層保護(hù)措施發(fā)揮了重要作用。

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