石化装置中自动化仪表系统防雷设计

王勤

摘要：分析了雷电危害自动化仪表系统的形式，介绍了仪表系统防雷工程的设计原则，指出这是一项综合的、系统工程。同时，明确了自动化仪表系统防雷的主要措施；强调了配备电涌防护器的重要性，重点讲解了有关电涌防护器的应用问题.

关键词：雷电；电涌防护器（SPD）；接地装置；仪表系统防雷工程

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2015）04017502

如今，石化装置大型化、一体化成为了一种趋势，而石化生产装置往往是高温、高压、连续化生产，同时，原料和成品大都属于易燃易爆物质。一旦发生故障，后果不堪设想。因此，不间断的、安全、可靠的运行成为石化生产必须要做到的，这就使得石油化工生产必不可少的神经中枢——自动化仪表系统成为举足轻重的角色。然而，由于自动化仪表系统遭到雷击或雷电电磁脉冲干扰而造成生产装置、机组停运的情况，近年来时有发生，所以，人们越来越重视仪表控制系统的防雷问题。

1雷电危害自动化仪表系统的形式

要解决防雷问题首先要搞清楚雷电侵害自动化仪表系统的形式，它可分成三种情况：（1）直击雷；（2）地电位反击；（3）雷电电磁感应。对于第一种情况，我们可以采用设置避雷针等手段予以解决；对于第二种情况，就要求我们要按照电气有关标准的规定做好全厂的等电位连接系统的设计；而对于第三种情况，则需要通过设置电涌防护器、屏蔽电线电缆、合理布线等措施予以解决。

2仪表系统防雷工程的设计原则

在工程设计中一般遵循文献[1]的要求：防雷等级为一级的区域和控制室应实施仪表系统防雷工程；防雷等级为二级的区域和控制室宜实施仪表系统防雷工程；防雷等级为三级的区域和控制室可实施仪表系统防雷工程。

3自动化仪表系统防雷的主要措施

仪表系统防雷工程是一项系统工程，应采用综合防护的方法，它是与建筑物防雷工程、供电系统防雷工程密切相关的。

仪表系统雷电防护，主要包括：（1）外部雷电防护措施，包括：接闪器；引下线；接地装置等。（2）内部雷电防护措施，包括：电信电缆的屏蔽；机柜的屏蔽；等电位连接与接地；合理布线；配备电涌防护器等。其中，配备电涌防护器是一个非常重要的环节。

4电涌防护器的应用

电涌防护器（SPD）也称浪涌保护器，它是用于限制瞬态过电压和分流电涌电流，保护电器或电子设备的器件。正确应用电涌防护器可有效消除电涌对仪表系统的影响。

4.1电涌防护器的设置原则

（1）当信号电缆在室外地面以上敷设的水平直线距离大于100m或垂直距离大于10m时，现场仪表和控制室仪表两端宜设置电涌防护器。即使是埋地敷设的，最好也设置电涌防护器。

（2）仪表及其线缆敷设均在室内的，无须设置电涌防护器。

（3）不够防雷等级的区域和控制室不应设置电涌防护器。

4.2电涌防护器设置对象的选择

（1）设置电涌防护器的仪表包括：安全仪表系统的现场仪表端；变送器现场端；电气阀门定位器及电磁阀等现场电信号执行器类仪表端；热电阻现场端；电子开关现场端；可燃/有毒气体报警器现场端。

（2）不设置电涌防护器的仪表包括：热电偶现场端可不设置电涌防护器；触点开关现场端不应设置电涌防护器；配电间及电气控制室来的机泵信号可不设置电涌防护器。

4.3电涌防护器的选型

（1）电涌防护器的主要参数的选择。

我们需要考虑的主要参数有In、Uc、Up和响应时间等，In、Uc和Up越大越好，但过分放大会导致过度防护，造成用户成本的上升。

（2）电涌防护器类型的选择。

①根据仪表的防爆等级，选择相应的电涌防护器，如仪表为隔爆的，那么电涌防护器也选择隔爆的。

②电涌防护器的工作电压、信号类型与线制应与仪表相一致。

③通常情况下模块式（通用式）电涌防护器适用于控制室侧设备的电涌防护，另一种电涌防护器是装配式的，它适用于现场侧的仪表设备的电涌防护，一般为金属外壳。

4.4电涌防护器的安装及接线

（1）现场仪表侧电涌防护器的安装及接线。

现场仪表宜采用装配式电涌防护器，也可以采用内置集成式电涌防护器，或模块式电涌防护器。装配式电涌防护器可通过螺纹直接与现场仪表的出线端口相连，这样可以尽量减少从电涌防护器到被保护仪表的距离，极易满足接线长度不大于0.5m的规范要求，该电涌防护器与被保护现场仪表为并联连接。当然，我们也可以采用另一种方式，即采用模块式电涌防护器。模块式电涌防护器安装在仪表保护箱内，该保护箱与现场仪表的距离不要大于5m，它们之间的电缆应穿钢管（或小型仪表桥架）进行敷设。电涌防护器与被保护现场仪表为串联连接，即该电涌防护器的输入端接现场仪表，而输出端接控制室内的电涌防护器，如图1所示。

图1安装在义表保护箱中的电涌防护器

与被保护仪表接线图（2）控制室侧电涌防护器的安装及接线。

在控制室内，模块式的电涌防护器将通过导轨，安装在盘柜内，当电涌防护器的数量较多时，可设置电涌防护器柜。电涌防护器将串联在仪表回路中，其输入端与现场侧的信号相连，输出端与控制系统的I/O卡相接，若设置有安全栅，则电涌防护器的输出端与安全栅相接。安全栅再与控制系统的I/O卡相接。当电涌防护器与安全栅混装在同一盘柜内时，各自应安装在自己的独立导轨上。

4.5电涌防护器的接地

在控制室，电涌防护器的接地汇流导轨、安全栅接地汇流导轨及机柜工作接地汇流条应相互连接，形成等电位接地，所选用的多股铜芯导线的截面积为6mm2，所形成的连接电阻值不应超过1Ω。

在现场安装电涌防护器的仪表保护箱、电缆保护钢管及被保护仪表，应进行等电位连接，并就近接地。电涌防护器的接地连线应为截面积2.5mm2的多股绞合绝缘铜线。

4.6电缆的辐射和屏蔽

现场仪表电缆敷设时应穿钢管、封闭钢板结构的仪表桥架，仪表与钢管、钢管与钢管、钢管与仪表桥架间应有良好的电气连接。

仪表电缆应采用屏蔽电缆。对于外屏蔽层应至少在两端接地，内屏蔽层应在一端接地。

4.7电涌防护器的寿命与维护

任何仪表都有使用寿命，电涌防护器也是如此。确保电涌防护器的“健康”，同样是保证自动化仪表系统防雷效果不可或缺的。为此，电涌防护器应定期或在发生雷电之后进行“健康”检查，及时更新已“衰老的”电涌防护器，切实做好维护工作，确保电涌防护器的有效使用。目前，已有厂家开发了智能型电涌防护器产品（仅限模块式），该产品是将模块集中在盘柜内，通过盘柜面板上的液晶显示屏，查询内部各防雷模块的工作状态，实时监测控制室内所有仪表信号的防雷情况。并可随时在线插拔，更新模块，方便防雷模块的维护。

5结束语

为了提高石化装置中自动化仪表系统的防雷效果，在实施仪表防雷工程时，一定要对整个生产装置以等电位连接的原则进行设计，从现场仪表、控制室、仪表信号和电源线等多方面考虑，采用接闪、屏蔽、等电位连接、接地装置、电涌保护等多种措施，进行综合防护，电气、建筑、自控等专业要协同合作。同时，还需特别指出，设置电涌防护器是仪表防雷工程各项工作中的重中之重，一定要合理正确的设置电涌防护器，满足规范要求。对于仪表防雷工程来说，我们要在兼顾投资与运行成本的基础上，建立合理、有效的自动化仪表防雷系统，以确保石化装置的长期平稳运行。

参考文献

[1]石油化工仪表系统防雷设计规范（SH/T3164-2012）.[S]

[2]易秀成，肖稳安.电涌保护器的选型设计探讨[J].建筑电气，2007，（8）：3236.

[3]宋富祥.雷电防护中SPD的应用[J].现代农业科技，2008，17（1）：2324.

[4]陈庆明.浅谈电涌保护器（SPD）选择及应用[J].福建建设科技，2009，（4）：6263.