石油庫信息系統的防雷保護

吳 學

〔中國石化廣西石油分公司 廣西百色 533000〕

1 信息系統防雷的現狀

隨著石油庫科技化、信息化成果的逐步引入，大量的電子設備開始介入油庫的日常管理，例如油罐液位計量、溫度計量、自動火災報警、工業電視監控、高低液位聯鎖等系統。隨著信息應用的越來越普遍，伴隨而來的是電子設備、傳感器雷擊事故的不斷發生，溫度變送器、液位變送器、視頻監控頭、數據傳輸設備、敏感檢測元件等經常發生被雷電擊壞事件，極大地影響到石油庫的日常生產運行，還帶來了因數據丟失和故障可能引發的事故隱患。然而目前大部分油庫在防雷方面的保護工作僅停留在防范直擊雷方面，防范的主要方式為避雷針、避雷帶、以油罐作為接閃器等，這些防雷保護主要是以通過“引火燒身”的形式達到保護的目的，但是這樣的方式帶來許多負面效應，主要體現在增加雷擊概率、感應雷和地電位反擊。這些負面效應給信息系統帶來很大的安全威脅。加之新投用信息系統的防雷保護措施尚有缺失，或者只是局部簡單地設置防雷零散部件，未對信息系統進行整體防雷保護，尤其是針對感應雷、電磁脈沖、過電壓的防護。雷擊過后的直接后果就是信息系統不能正常使用，甚至一擊即毀，大面積設備停擺。

近些年發生的案例給人們敲響了警鐘。例如1998年4月某日夜間，某管道輸油站儀表微機自動控制系統遭受雷擊，電子設備損害造成直接經濟損失65萬元；2000年昆明某油庫發油臺遭受雷擊，80 %的裝車控制儀主板損毀，整個發油系統癱瘓；2008年廣東某油庫供油自動化系統遭受雷擊，油罐液位測量系統和大量計算機主要元件被擊穿，直接經濟損失50多萬元；2011年湖南某油庫辦公樓及自控室遭受強雷擊，導致自控室大部分電腦設備及PLC柜大量元件被擊毀，整套管理系統直接癱瘓，修復周期長達一個多月，直接經濟損失80多萬元。全國類似案例舉不勝舉[1]。

隨著石油庫自動化水平的提高，對信息系統穩定性的要求越來越高，如何做好信息系統的防雷保護尤為重要。

2 雷電對信息系統的傷害

2.1 雷電分析

雷電按作用方式主要分為直擊雷和感應雷。

(1)直擊雷。指雷云直接通過人體、建筑物及設備等對地放電所產生的電擊現象。此類雷擊破壞力主要體現在電流特性，使人體灼燒、建筑燃燒、設備部件熔化。一般防范直擊雷的方式主要通過避雷裝置接閃器譬如避雷針、避雷帶、接地網、引下線將電流泄入大地[2]。目前在石油庫建設過程中，對直擊雷防護較為重視，而接閃器、引下線、接地帶等接地裝置的導通只能保護建筑物本身，雷擊產生的電流還會通過多種形式破壞電子設備[3]。

(2)感應雷。在雷電閃擊或雷云之間放電時，由于雷電流的變化率大，在雷電流的通道附近形成了一個很強的感應電磁場，對建筑物內的電子設備造成干擾、破壞，或使周圍的金屬構件產生感應電流，產生大量的熱而引起火災。感應雷又可分為靜電感應雷和電磁感應雷。感應雷沒有直擊雷猛烈，但是發生的機率要高很多。直擊雷只能襲擊小范圍的目標，但感應雷能通過周圍的電力線、電話線、網絡線等傳輸，使危害面積擴大。

信息系統的雷電災害主要就是由感應雷造成的。

2.2 傷害分析

首先需要了解雷擊造成傷害或損失的途徑。直擊雷在對地放電的過程產生強大的雷電流。雷電流通過人體、建筑物、設備時轉變為大量熱能，據專家估算，雷擊點的發熱量約為500～2 000 J，該熱能可融化50～200 mm3的鋼材。因此在遭受雷擊時雷電流從導線傳送到設備，在強烈的雷電沖擊波下遠遠超出半導體等電路的負荷能力，形成強大的破壞力。

感應雷的傷害途徑有別于直擊雷，但是造成的損害卻高居榜首，占全部災害損失的33.8 %。感應雷的形成主要是利用雷電流的變化形成強大的脈沖磁場，使附近的金屬構件產生感應電流，電流可順著導體四處傳播，在這種沖擊下對大面積設備造成不同程度的損壞，更有可能發生放電，若附近有可燃物將會引發火災甚至爆炸。

隨著石油庫微電子設備的日益增多，自動化程度越高，感應雷的破壞力越加凸顯，必須引起高度重視。

2.3 信息系統分析

石油庫自動化技術的發展增速明顯加快。現代電子技術正在走向集成化，向高精度、高靈敏度、高頻率和高可靠性方向發展。為了滿足日益提高的需求，電子設備的靈敏度將越來越高，伴隨的是耐壓能力很低。一般的電子設備都承受不了±5 V的電壓波動。以計算機為例，當雷電電磁脈沖的磁極強度超過0.07 Gs時，就會引起誤動作，當磁極強度超過2.4 Gs時，就會造成微機的永久性破壞，故一旦遭受感應雷襲擊，損失必然很大[3]。

目前油庫信息系統主要包含自動化付油、高低液位計量、工藝閥門控制、高低聯鎖安全聯鎖、周界報警、視頻監控、火災報警、可燃氣體報警、壓力檢測、UPS不間斷電源管理、消防自動控制、油氣回收等各類系統，均匯集了大量的微電子元件，并且要求精準度較高，在油庫內分布較廣，覆蓋到油庫各大重點要害部位。

自動化管理系統的引入一定程度上降低了員工的工作強度，但是一旦遭到損壞后果將更加嚴重，甚至整個油庫轉儲功能失效，陷入癱瘓。如何提高信息系統的穩定性是需要深入研究的課題，目前雷擊造成信息系統損壞的比重相當大。

3 信息系統防雷的主要措施

3.1 信息防雷保護的選擇

認識到信息系統防雷的重要性，就必須掌握如何進行有效的防雷保護。

由于感應雷的特殊性，雷害的治理措施必須通過多方面綜合地進行防治。這里重點介紹目前國際上比較成熟的DBSE技術，即分流(Dividing)、均壓(Bonding)、屏蔽(Shielding)、接地(Earthing)四項技術。只有通過綜合運用這四項技術才能真正達到信息系統的防雷保護[4]。

按照DBSE技術架構綜合防雷系統，必須有兩大部分組成，即外部防雷措施和內部防雷措施。外部防雷措施主要為接閃器、引下線、屏蔽、接地裝置，內部防雷措施主要是安裝電涌保護器(SPD)、合理布線、等電位連接。綜合防雷系統很關鍵的一條就是必須采用共用接地系統。

3.2 信息防雷保護系統的構建

信息系統防雷保護系統構建及針對性措施整體包括以下要點：

(1)防直擊雷。保持現狀的防范措施，并確保有效。主要采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網作為接閃器，然后通過良好的接地網絡迅速將雷電流泄入大地。

(2)防感應雷。建立全方位防雷保護，由四個部分構成。

其一，電源防雷。保證配電部分三級防雷保護，第一級防護在電源總配電室內的進線配電柜上或主配電盤上。第二級防護主要安裝在設備專用配電柜上。第三級防雷設置在用電設備的電源端，用于保護最終設備。

其二，信號防雷。采用信號避雷器防雷串聯或并聯在通信線路上，要取得良好的效果關鍵要選擇合適的通信避雷器，可以根據數據網絡通訊線路的類型、通信頻帶、線路電平等進行配備。

其三，等電位連接。確保周邊金屬構件在雷擊情況下產生感應電磁，最大限度地降低防雷區域內金屬構件相互間的電位差。等電位連接技術要求：防雷區域內建筑物的金屬構件、設備金屬外殼、電纜的金屬外皮、金屬管線的橋接必須與接地系統進行良好連接。

其四，重復接地及金屬屏蔽。首先在鋪設線纜和套管過程中，要盡量避免架空鋪設、高位鋪設，首選采用埋地電纜并用金屬套管進行屏蔽，金屬套管在進入機房前重復接地，降低線纜上引入雷電高壓[1]。

4 結束語

總之，石油庫屬于高危險區域，防范雷電襲擊是投資建設或隱患改造的重點之一，在不斷提高油庫自動化水平的同時，更要合理地設計和完善石油庫的信息系統的防雷保護方案，構建綜合防雷保護系統。必須清醒地認識到信息系統自身的脆弱性及其穩定的重要性，深入分析防雷系統的完善的空間，通過技術革新，提高防雷保護的實效。