變送器防雷擊損壞的應(yīng)對措施

周興宏中國華電集團(tuán)發(fā)電運(yùn)營有限公司

變送器防雷擊損壞的應(yīng)對措施

周興宏
中國華電集團(tuán)發(fā)電運(yùn)營有限公司

華電運(yùn)營試運(yùn)的尼日利亞歐莫托休二期4*125MW單循環(huán)燃機(jī)電廠，雷雨天氣時發(fā)生過兩次戶外多型號變送器同時損壞的現(xiàn)象，經(jīng)多方求證分析，得出雷擊過電壓燒損變送器的結(jié)論，經(jīng)過對防雷裝置的改進(jìn)和完善，最終消除了隱患。

兩線制變送器；雷擊；同時故障；過電壓；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)營公司負(fù)責(zé)運(yùn)維的某電廠（500MW燃機(jī)電廠）生產(chǎn)現(xiàn)場，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臺同時輸出故障，清單附后，運(yùn)行人員在DCS系統(tǒng)上發(fā)現(xiàn)上述測點(diǎn)趨勢圖在17:23:30秒都同時發(fā)生異常跳變，DCS顯示壞點(diǎn)。

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

1、事故檢查及初步分析

1.1經(jīng)過華電運(yùn)營熱工維護(hù)人員初步檢查，發(fā)現(xiàn)這些變送器在24V DC電源輸入正常的情況下，輸出信號都變成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)時的天氣有關(guān)，極有可能是遭受了瞬時雷擊過電壓沖擊造成變送器過電壓損壞。

1.2同類事故在2012年11月7日19：23分第一次出現(xiàn)過，當(dāng)時也損壞大量變送器，經(jīng)現(xiàn)場各單位分析討論后，認(rèn)為與電網(wǎng)電壓不穩(wěn)造成過電壓有關(guān)，隨后DCS廠家先后進(jìn)行了DCS卡件軟件升級、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，一期工程電廠無空冷器，即無避雷針，其循環(huán)水泵進(jìn)出口母管壓力、流量變送器沒有設(shè)計(jì)防雷接地，未出現(xiàn)問題。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)場技術(shù)人員意見認(rèn)為，雷擊感應(yīng)過電壓導(dǎo)致了變送器損毀，沖擊來自DCS和變送器間的電纜，同時沖擊DCS和變送器，由于DCS側(cè)采集回路設(shè)有過電壓保護(hù)，所以DCS側(cè)未受影響，變送器無浪涌保護(hù)裝置，導(dǎo)致?lián)p毀。

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

2.3.1直擊雷產(chǎn)生的過電壓，也就是雷直接打在該設(shè)備上產(chǎn)生的過電壓。

2.3.2雷擊電涌侵入過電壓，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電纜等金屬導(dǎo)體傳導(dǎo)到該設(shè)備上產(chǎn)生過電壓。

2.3.3雷擊感應(yīng)過電壓，雷擊到設(shè)備附近，通過空間的電磁感應(yīng)直接在設(shè)備上產(chǎn)生的過電壓或者雷擊到設(shè)備附近感應(yīng)到電纜等金屬導(dǎo)體上，再通過電纜傳導(dǎo)到該設(shè)備上產(chǎn)生過電壓。

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，說明了直接雷的防護(hù)設(shè)計(jì)沒有問題。

3、技術(shù)防范措施分析

對于敏感的弱電系統(tǒng)或設(shè)備的雷電防護(hù)無論是國內(nèi)或國際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；對于雷擊電涌侵入過電壓或稱傳導(dǎo)過電壓的防護(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，要使每個設(shè)備入口處的過電壓控制在該設(shè)備耐受電壓以下。

3.2對于分散在戶外各處、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)對措施

考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)過各方討論形成統(tǒng)一改進(jìn)意見并實(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)接和接地線不能過長，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10?，二是盡可能拉開避雷針接地點(diǎn)與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以上越長越好，這對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)過一年多的運(yùn)行考驗(yàn)，項(xiàng)目現(xiàn)場所有變送器再未發(fā)生過雷擊過電壓導(dǎo)致的損壞事故，證明以上措施行之有效，防止變送器過電壓的層層保護(hù)措施發(fā)揮了重要作用。

[1]劉禾，白焰，李新利.火電廠熱工自動控制技術(shù)及應(yīng)用2009.2

[2]IEC1312.國際電工委員會雷電電磁脈沖的防護(hù)

[3]IEC1643-1.低壓電力配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器

周興宏（1974-），男，四川資中人，華電運(yùn)營貴港發(fā)電有限公司工程師，1998年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院熱動專業(yè)，從事海外燃機(jī)電廠項(xiàng)目管理工作。