石油化工智慧防雷解決方案！

2022-04-17 · 閱讀420

一、項目概況

1.1項目概述

了解一個行業特點，才能根據特殊要求制定解決方案，石化行業生產工藝復雜，過程控制多樣化，導致防雷保護相對其他行來說相對復雜。石化行業特點是易燃燒、易爆炸、易蒸發、易產生靜電、易受熱膨脹、易流動擴散、易突沸。隨著科學技術的發展，戰爭的形式發生了重大改變。世界各國都在積極推進軍隊的機械化和信息化建設，軍隊油庫油料供應系統的建設成為軍隊建設的重要組成部分，對應的軍隊油庫以及加油站等化工行業的防雷也漸漸成為其不可或缺的一部分。

1.2雷電防護范圍

1.2.1保護信號傳輸  (ZVS-ICS24系列信號防雷保護器)

石化行業其過程控制現在主要存在以下三程控制系統：    

1) PLC控制系統           

2) DCS控制系統           

3) FCS控制系統

對于三種控制系統其防雷保護, 無論是PLC控制系統還是DCS、FCS控制系統，其I/O模塊及現場儀表的保護均只與過程控制儀表的類型、電壓、所處環境有關，與控制系統本身無關。對于三種控制系統其I/O模塊主要有四種：AI、AO、DI、DO四種信號。   

  

1.2.2保護供電傳輸 (SPD專用后備保護器配合電源防雷保護器)

石化行業其供電部分一般分兩部分，一部分為電氣設備供電線路，其一般采用雙回路供電，兩段供電回路間采用母聯開關，正常情況下， 各自對自身負載供電，故障或檢修時，可切換母聯開關，采用一路對所有設備供電，因此其防雷保護需對兩個回路均安裝防雷保護器。另一部分為儀表供電線路，電氣供電線路將電源送到儀表控制室，原后由儀表車間的人員進行分配、布線，給各個控制柜及現場儀表供電。

1.2.3廠區區域雷電防護(ZVD雷電臨近預警系統)

不同區域的石油化工單位每年的雷雨季節稍有差別，生產安排往往因雷電侵害遭受到了不同程度的影響，提前預知及響應機制顯得尤為重要。以蜂窩狀的多點預警監控系統進行布局，使廠區不但提早知道雷電侵襲，還能通過后臺分析得知雷電來襲具體方向，真正做到實時監控、有針對性的預防雷擊侵害。

1.2.4罐區、鐵塔及廠區外設備雷擊分析(ZVT-QD雷電峰值記錄儀)

雷電數據記錄反饋系統中的物理層設備與后臺軟件平臺共同實現儲油罐底部接地極、廠區外部設備、鐵塔接地極等雷電流的監測、傳輸并記錄儲油罐遭受雷擊的時間、雷電流峰值、雷電流走向等重要雷電參數，為儲油罐區、廠區外部設備、鐵塔的雷電防護提供第一手現場資料，同時為整體雷電防護方案的制定和防護效果的檢驗提供有效的現場數據。

1.3 綜合雷電防護系統

系統特征一: 產品安全性

解決DCS系統防雷產品損壞造成信號短路，聯動裝置出現停車問題解決電源SPD起火防護、防雷保護持續有效問題

系統特征二: 數據追溯性

解決雷電事故發生的時間、地點、次數、雷電流大小數據記錄

系統特征三: 產品管控性

對防雷系統雷電預警、雷電接閃、浪涌防護、接地電阻的狀態進行查詢

1.3.1系統組成

整個系統從體現安全第一、運行可靠、以人為本、功能實用、技術先進、經濟合理、施工維修方便、可擴展等各方面考慮，充分滿足項目建設的總體目標要求，并結合總體規劃目標，按照統一規劃、安全可靠、節能高效、分步實施的原則，使石油化工行業雷電防護系統具有良好的可擴展性、可升級性，合理節省投資成本。成為具有國內先進水平的安全化、智能化、數字化的基礎平臺，以達到資源共享、方便安全生產管理的目的。

1.3.2設計依據

（一）系統實施所涉及的技術標準和規范、產品標準和規范、工程標準和規范、驗收標準和規范等必須符合中華人民共和國有關條例及規范，包括但不限于：

《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010；

《安全防范工程技術規范》GB50348-2004；

《出入口控制系統工程設計規范》GB50396-2007；

《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB 50343-2012；

《建筑物防雷裝置檢測技術規范》GB/T 21431-2015；

《石油庫設計規范》GB50074-2014；

《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB50058-2014；

二、綜合雷電防護方案實施

2.1 雷電臨近預警系統

雷電預警系統是目前公認的能預防雷擊傷亡與災害最有效的措施之一。不同區域的石油化工單位每年的雷雨季節稍有差別，生產安排往往因雷電侵害遭受到了不同程度的影響，提前預知及響應機制顯得尤為重要。以蜂窩狀的多點預警監控系統進行布局，使廠區不但提早知道雷電侵襲，還能通過后臺分析得知雷電來襲具體方向，真正做到實時監控、有針對性的預防雷擊侵害。

“雷電預警”的基本定義是：在雷擊發生之前的10～30分鐘左右發出警報，提醒或告知管理人員，及時采取適當的措施避雷。

雷電預警系統的作用：

（1）提醒野外作業人員及時停止或暫停室外作業，進屋避雷，防止雷擊傷害；

（2）對某些可能造成重大危害的作業，雷擊前及時采取適當措施，防止重大雷擊事故發生。比如：易燃易爆場所的室外作業，此時必須停止或是暫停。

（3）就是采取一種線路隔離雷電的防護措施，對一些重要設備進行保護。

中為防雷雷電預警系統是一款集大氣電場監測、雷電臨近預警等諸多功能于一體的硬、軟件高度集成的系統。產品一方面，設備兼具獨立的風向、風速、溫度、濕度、磁通量、納聲，六大外部傳感器接口，通過監測到的大氣環境中可能影響雷云運動方向和速度的綜合數據，疊加到預警數據上，使所監測的雷云信息更加實時準確。另一方面，設備同時兼具外部聲光報警器及斷路器電操機構接口。通過外部聲光報警器，擴大報警范圍，及時做好雷電防護；同時與斷路器電操機構聯動，將重要設備的供電系統電源切斷或切換至直流供電，當預警解除后聯動切換至交流供電，第一時間做好保護設備的準備。

 

2.1.1 預警系統安裝位置及硬件組成

本方案擬在廠區或加油站辦公屋頂安裝雷電預警系統，雷電預警系統由：雷電預警設備、電腦及雷電預警系統軟件等組成。

雷電預警系統控制主機

雷電預警系統控制主機與預警器探頭采取一體式安裝，附加太陽能電池板、太陽能電池供電，無需外部接線供電；

預警設備

初定將預警設備安裝于辦公樓頂或周邊空曠的平地上，應在安裝點預先做好底座安裝基礎，要求為：底座安裝環境1平方米水泥臺，高30cm。

通信模塊

預警系統控制主機內置通信模塊，通信模塊必須使用G網的手機SIM卡。手機卡必須帶有至少50M上網流量，并確保安裝點范圍內有良好的移動手機信號。手機卡的提供方由雙方協商而定 (為了避免產生漫游費用宜使用本地卡)

終端電腦

擬在辦公樓控制室設置電腦，要求該電腦必須能夠連接因特網。

雷電預警系統主要技術參數

1.工作電壓：12VDC

2.配備電池：鉛酸電池12V/65Ah

3.待機功耗：0.5W（無數據通信）

4.工作功耗：2W（有數據通信）

5.數據通信接口：GPRS

6.探頭直徑：218mm

7.支撐桿直徑：60mm

8.支撐桿高度：1.5m（可定制）

9.電場探測強度范圍：-50kV～+50kV /m

10.預警范圍：0～15km

11.工作溫度：-20℃～60℃

12.工作濕度：20%～90%（控制主機）

13.防塵防水等級：IP65（探頭），IP65（控制主機）

2.1.2雷電預警控制軟件

雷電預警控制軟件系統主要包括時間管理、歷史預覽、報警數據查詢和地理信息監控、預警點的群組等功能。當聯機運行后，即可在主窗口實時顯示當前的電場強度，各個預警點的工作狀態并在軟件界面上對當天的電場情況進行預覽顯示。

（1）根據安裝雷電預警探測頭的地理信息位置，直觀的在地圖上標出其位置信息和實時雷電預警信息。

 

（2）每月雷電預警查詢，根據探測頭或區域統計每月雷電預警信息。

（3）當有預警發生時，矢量地圖自動將預警的點放在正中央，顯示預警等級且閃動。

2.2 雷電防護在線監測系統

石化行業其供電部分一般分兩部分，一部分為電氣設備供電線路，其一般采用雙回路供電，兩段供電回路間采用母聯開關，正常情況下， 各自對自身負載供電，故障或檢修時，可切換母聯開關，采用一路對所有設備供電，因此其防雷保護需對兩個回路均安裝防雷保護器。另一部分為儀表供電線路，電氣供電線路將電源送到儀表控制室，原后由儀表車間的人員進行分配、布線，給各個控制柜及現場儀表供電。

系統在各配電箱均設有智能SPD，通過通訊主機將數據傳輸至上位機控制，SPD設有三級防護，保證庫區內部供電正常，保證設備可靠運行。中為智能雷電防護監控系統實現了系統可知、可測、可控, 通過采集數據與監控系統，現場數據通過增強型RS485(TD490雙向通信)總線傳輸到集中控制器，該集中控制器作為子站進行局部監控；子站數據通過Internet網絡傳輸到管理中心的監控管理平臺，實現“集中管理、分散控制”監控方式。通過對電涌保護器SPD微安級漏流、雷擊沖擊電流強度的準確檢測，實現SPD劣化過程、使用壽命的實時監測和失效報警，從而實現雷電保護的安全性，降低運行維護的成本，提高維護的智能化、網絡化。

2.2.1 系統硬件組成

智能浪涌監控系統主要由智能 SPD、SPD專用外置后備保護器、數據采集終端、監控中心四部分組成。

（1）智能 SPD 位于各配電箱柜中（具體配置詳見配電系統圖），其通過兼容RS485總線協議與數據采集終端通信。

 

（2）SPD專用外置后備保護器，能夠檢測后備保護器開合閘狀態，可通過上位機軟件實時監控，并進行開閘報警。

 

（3）數據采集終端設置于臨近配電間，采用35毫米卡軌式安裝，采用12V電源供電。對智能SPD的數據進行采集，單一通信回路，長度不超過1000米，同一回路中，連接SPD數量不應超過25套，數據采集終端通過以GPRS或TCP/IP方式與監控中心通信。

 

（4）監控中心應包括：監控主機、服務器、報警裝置等設備。

2.2.2 系統軟件功能

（1）遠程實時監測功能：對接入系統中所有智能SPD的信息進行實時采集、集中監測；包括每一個模塊的插入、拔出、運行狀態、通信狀態、故障事件和壽命劣化程度，都可在監測界面上識別。

（2）劣化可知：系統可以檢測浪涌保護器（SPD）微安級純阻性漏電流，判斷漏電流是否超限，通過內部計算分析，達到對劣化、提前預知、報警的目的，當漏電流超過限定值時，系統可通過聲、光等形式報警，并對故障進行記錄。

（3）雷電流信息記錄：可實時記錄每臺SPD的雷擊數據，包括雷擊次數、時間、峰值、極性等數據。

（4）雷電浪涌情況查詢：系統自動檢測雷擊浪涌強度和發生時間，可以通過監控主機進行查詢。

（5）故障報警：報警內容包括熱脫扣、專用后備保護器脫扣、壽命到、模塊非法拔出等，監控主機通過聲、光等方式發出報警信號，并對故障進行記錄。

（6）SPD參數調整：通過軟件系統可對智能SPD的通訊參數進行調整設置。在系統中存儲所有SPD的參數定值，選定操作對象后，系統即提供相應對象的參數定值的當前設置。

（7）歷史記錄和信息查詢：系統將所有信息記錄存儲，生成報表，用戶通過監控主機可以自動查詢每臺在線 SPD 的信息，包括運行狀況、故障信息、安裝位置、維護記錄等。

（8）統計報表及打印功能：系統可生成各個設備的故障據統計表、事件記錄表等；所有報表支持打印輸出，可導出Excel格式的文檔進行保存，方便進行管理存檔。

（9）圖形化數字化管理：界面清晰、操作便捷、功能完備，可模擬每臺SPD空間位置。

（10）操作安全防護：操作員分為四級，超級管理員、大區管理員、小區管理員和普通用戶。不同級別的管理員登陸系統后，可操作的內容不同。大區管理員可為小區管理員分配賬號和可管理的SPD，不同管理員登陸后，只看到自己管理范圍內的SPD設備。

2.3信號防雷器

 

作為石化行業生產系統大腦和眼睛的DCS系統中，突然出現因為某個環節的防雷保護器件損壞而造成信號線路短路是極其危險的，大面積連鎖設備停工、剎車、癱瘓，導致大量生產原料報廢,給國家經濟帶來了不可估量的損失!

 DCS系統中的傳感器和變送器屬于重要設備信號,每一條信息都指導著生產的進度，當雷電侵襲時，防雷保護器件雖然保護了傳感器和變送器的安全，但被過高的能量擊壞后自身出現了兩個致命的缺陷。

（1）防雷保護器件串聯在線路中，一旦損壞信號不能通過！              

       

（2）防雷保護器件自身損壞后造成內部電路形成短路狀態，造成連鎖設備相繼停車！

信號防雷保護器的核心器件-TVS管，損壞時呈短路狀態，信號不能向下傳輸，極易造成DCS系統誤停車事故! 

中為防雷對防雷器的核心器件-TVS管采用特殊封裝工藝，使用稀有金屬銦合金焊料，超聲堆焊接，使熱量進行匯聚，實現了安全脫扣切斷TVS電路。脫扣機構聯動遙信干接點輸出，信號不間斷傳輸，對DCS系統極為重要！

 

2.4雷電信息記錄

雷電峰值記錄儀服務于儲油罐、鐵塔接地處監測點，對雷電流不同感應區域進行監測。當有雷電流產生，罐底、鐵塔接地處的雷電峰值記錄儀進行信號采集，信號采集完畢將此信息發送至終端。

 

罐底的雷電峰值記錄儀主要針對地勢較低處的對地泄放雷電流和部分感應雷電流，對泄放雷電流在不同灌區的分布進行有針對性的信息收集。

 

ZVD中為防雷，http://www.kaiyuanfeather.com.cn/knowledge/0417413.html