電廠DCS系統(tǒng)防雷接地方案

1、電廠DCS系統(tǒng)防雷接地方案    一、防雷問題的提出雷電是一種自然放電現(xiàn)象，它具有極大的破壞力，對人類的生命、財產(chǎn)安全造成巨大的危害。自從人類進(jìn)入到電氣化時代以后，雷電的破壞由以直擊雷擊毀人和物為主，發(fā)展到以通過金屬線傳輸雷電波破壞電氣設(shè)備為主。隨著近年來電子技術(shù)的飛速發(fā)展,人類對電氣設(shè)備尤其是計算機(jī)設(shè)備的依賴越來越嚴(yán)重，同時電子元器件的微型化、集成化程度越來越高，而這些高精度的微電子設(shè)備內(nèi)置大量的CMOS半導(dǎo)體集成模塊，導(dǎo)致過壓、過流保護(hù)能力極其脆弱。（美國通用研究公司提供磁場脈沖超過0.07高斯，就可引起計算失效；磁場脈沖超過2.4高斯就可以引起集成電路永久性

2、損壞。）結(jié)果是各類電子設(shè)備的耐過電壓能力下降，遭雷電和過電壓破壞的比例呈不斷上升的趨勢，對設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的的安全運行造成嚴(yán)重威脅。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年因雷害造成的損失高達(dá)十億美元以上。系統(tǒng)的過電壓保護(hù)是一項重要的工作，在對現(xiàn)場勘查之后，設(shè)計了一套比較完整而且易于操作的防雷接地方案，從而達(dá)到使整個重要設(shè)備系統(tǒng)安全地運行的目的。二、現(xiàn)場防雷現(xiàn)狀發(fā)電廠的通信系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)是對雷電分敏感的弱電子設(shè)備，特別是DCS系統(tǒng)如果出現(xiàn)故障，會嚴(yán)重影響發(fā)電廠的正常生產(chǎn)。今年造成300億美元損失的美加大停電最初的起因就是雷擊。由于有了這樣深刻的教訓(xùn)，我國電力系統(tǒng)對雷電防護(hù)更加關(guān)注了。電力系統(tǒng)相關(guān)部門也正在采

3、取更完善防護(hù)措施。發(fā)電廠為多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般有多個職能不同的分廠，這些廠房屬國家級二類防雷建筑物。水電廠機(jī)房多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物，屬國家級二類防雷建筑物。由于通信機(jī)房（站）,我公司技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場的觀察和水電廠技術(shù)人員的交流，建筑物在建筑房屋時,已經(jīng)具備基本的直接雷防護(hù)措施，建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB50057-94。但發(fā)電廠帶強(qiáng)電的特點使得從雷擊角度來講是低阻區(qū)，因此，發(fā)電廠易受雷擊。三、防雷理論和設(shè)計依據(jù)3.1 雷電對電氣設(shè)備的影響雷電對電氣設(shè)備的影響，主要由以下四個方面造成：1.直擊雷  直擊雷蘊(yùn)含極大的能量，電壓峰值可達(dá)5000KV，具有極大的破壞力。 如建筑物直接被雷

4、電擊中，巨大的雷電流沿引下線入地，會造成以下三種影響：1巨大的雷電流在數(shù)微秒時間內(nèi)流下地，使地電位迅速抬高，造成反擊事故， 危害人身和設(shè)備安全。2雷電流產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁波，在電源線和信號線上感應(yīng)極高的脈沖電壓。3雷電流流經(jīng)電氣設(shè)備產(chǎn)生極高的熱量，造成火災(zāi)或爆炸事故。2.傳導(dǎo)雷  遠(yuǎn)處的雷電擊中線路或因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的極高電壓，由室外電源線路和通信線路傳至建筑物內(nèi)，損壞電氣設(shè)備。3.感應(yīng)雷  云層之間的頻繁放電產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁波，在電源線和信號線上感應(yīng)極高的脈沖電壓，峰值可達(dá)50KV。4.開關(guān)過電壓  供電系統(tǒng)中的電感性和電容性負(fù)載開啟或斷開、地極短路、電源線路短路等，都

5、能在電源線路上產(chǎn)生高壓脈沖，其脈沖電壓可達(dá)到線電壓的3.5倍，從而損壞設(shè)備。破壞效果與雷擊類似。3.2 完善的雷電保護(hù)系統(tǒng)那么概括的說，當(dāng)今電子設(shè)備的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等電位和過電壓保護(hù)五種方法。a.分流  利用避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)等將雷電流沿引下線安全地流入大地，防止雷電直接擊在建筑物和設(shè)備上。b.屏蔽  計算機(jī)系統(tǒng)所有的金屬導(dǎo)線,包括電力電纜、通信電纜和信號線均采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽，在機(jī)房建設(shè)中，利用建筑物鋼筋網(wǎng)和其他金屬材料，使機(jī)房形成一個屏蔽籠。用以防止外來電磁波（含雷電的電磁波和靜電感應(yīng)）干擾機(jī)房內(nèi)設(shè)備。c.等電位連接  將機(jī)房內(nèi)

6、所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設(shè)備外殼等金屬構(gòu)件進(jìn)行電氣連接。d.接地  在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，為保證其穩(wěn)定可靠的工作、保護(hù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和人身安全，解決環(huán)境電磁干擾及靜電危害，需要一個良好的接地系統(tǒng)。接地和等電位連接方式?？蓞⒄障聢D：e.過電壓保護(hù)在電子設(shè)備的信號線、電源線上安裝相應(yīng)的過電壓保護(hù)器，利用其非線性效應(yīng)，將線路上過高的脈沖電壓濾除，保護(hù)設(shè)備不被過電壓破壞。主要的保護(hù)器件為氧化鋅壓敏電阻、二極或三極放電管、快速箝位二極管等，根據(jù)需要進(jìn)行組合，形成完整的防雷保護(hù)器。3.3 防雷分區(qū)根據(jù)IEC1312-1雷電電磁脈沖的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，計算機(jī)系統(tǒng)的防雷保護(hù)區(qū)分為四個

7、區(qū)域，各區(qū)交界處應(yīng)作相應(yīng)的防雷處理。各區(qū)劃分如下：LPZ0A區(qū)：直擊雷作用區(qū)，處于建筑物避雷針系統(tǒng)保護(hù)區(qū)以外的區(qū)域，由于本區(qū)內(nèi)所有物體均有可能遭受直接雷擊，并可能導(dǎo)走全部雷電流；另外本區(qū)能所有物體均處于雷電電磁場最強(qiáng)處，故對于雷電的感應(yīng)最強(qiáng)。LPZ0B區(qū)：感應(yīng)雷主作用區(qū)，處于建筑物避雷針系統(tǒng)保護(hù)區(qū)內(nèi)，但未經(jīng)空間首次電磁屏蔽，雷電作用電磁場并不衰減，處于此空間的所用可導(dǎo)電物體均可感應(yīng)較強(qiáng)雷電流的區(qū)域。LPZ1區(qū)：建筑物屏蔽區(qū)，本區(qū)內(nèi)各物體不可能遭受直擊雷，流往各導(dǎo)體的雷電流比0B區(qū)進(jìn)一步減小，本區(qū)內(nèi)電磁場也可能會衰減，取決于建筑物的屏蔽措施。LPZ2區(qū)：房間屏蔽區(qū)，對于機(jī)房所處空間，應(yīng)采用屏蔽措

8、施，以進(jìn)一步減小空間電磁場的干擾。    當(dāng)金屬導(dǎo)線（電源線、信號線等）穿越不同的保護(hù)分區(qū)時，因電磁感應(yīng)的作用，會產(chǎn)生較高的過電壓，影響室內(nèi)設(shè)備的安全。因此，需安裝相應(yīng)的過電壓保護(hù)器，對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。在不同的保護(hù)分區(qū)，所采用的防雷器級別是不同的。同時，需要作相應(yīng)的等電位處理。防雷保護(hù)分區(qū)和防雷器的分級應(yīng)用如下圖所示：  進(jìn)入建筑物大樓的電源線和通訊線應(yīng)在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)交界處，以及終端設(shè)備的前端根據(jù)IEC1312雷電電磁脈沖防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，安裝上OBO之不同類別的電源類SPD，以及通訊網(wǎng)絡(luò)類SPD。(SPD瞬態(tài)過電壓保護(hù)器，SPD是用以

9、防護(hù)電子設(shè)備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導(dǎo)電涌過電壓的有效手段。3.4 防雷方案設(shè)計依據(jù)建筑物防雷規(guī)范       （GB50057-94）計算機(jī)房防雷設(shè)計規(guī)范  (GB50174-93計算站場安全要求      (GB9361-88計算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器   （GA173-1998）通信局（站）雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計規(guī)范 （YD5098/T-2001）雷電電磁脈沖的防護(hù)   （IEC1312）過電壓保護(hù)器  

10、（VDE0675）電力系統(tǒng)通信管理規(guī)程      （DL/T 544-94）電力系統(tǒng)通信站防雷運行管理規(guī)程  （DL/T 548-94）電力系統(tǒng)載波通信運行管理規(guī)程  （DL/T 546-94）四、DCS系統(tǒng)防雷接地方案DCS為分散控制系統(tǒng)的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）簡稱。指的是控制危險分散、管理和顯示集中。DCS分為三大部分，帶I/O板的控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)界面（HMI）。由I/O板通過端子板直接與生產(chǎn)過程相連，讀取傳感器來的信號。I/O板有幾種不同的類型，每一種I/O板都有

11、相應(yīng)的端子板。 模擬量輸入，4-20毫安的標(biāo)準(zhǔn)信號板和用以讀取熱電偶的毫伏信號板；4-16個通道不等； 模擬量輸出，通常都是4-20毫安的標(biāo)準(zhǔn)信號，一般它的通道比較少，4-8個個通道； 開關(guān)量輸入；16-32個通道： 開關(guān)量輸出，開關(guān)量輸入和輸出還分不同電壓等級的板，如直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16個通道不等； 脈沖量輸入，用于采集速率的信號；4-8通道不等； 快速中斷輸入； HART協(xié)議輸入板； 現(xiàn)場總線I/O板；   電力系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)主要構(gòu)架也如同上面所敘述的那樣，但它下面的過程層DPU分為很多子系統(tǒng)：常規(guī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS、爐膛安全監(jiān)控系

12、統(tǒng)FSSS、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS、順序控制系統(tǒng)SCS、汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH、小汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)MEH、汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)ETS、鍋爐旁路控制系統(tǒng)BPC，還包括煙氣脫硫控制系統(tǒng)FGDCS、電氣控制系統(tǒng)ECS。由于DPU單元都是反饋過來重要的過程量，如果由于雷擊事故造成了數(shù)據(jù)的紊亂或者過程量的偏差，將會給正常的發(fā)電生產(chǎn)造成嚴(yán)重的后果，因此，DCS系統(tǒng)進(jìn)行防雷保護(hù)是一種必不可少的防護(hù)措施。傳統(tǒng)的雷電防護(hù)方法由外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)兩個環(huán)節(jié)組成。外部防護(hù)是防止雷電擊中建筑物時在建筑物本身出現(xiàn)的火災(zāi)和機(jī)械損害。包含建筑物外將雷電放電電流導(dǎo)人大地的設(shè)施：避雷針(避雷帶、引下線、建筑物周圍的接地網(wǎng)及接地系統(tǒng)等。在

13、變電站建設(shè)時，我們按照GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范即可滿足外部防護(hù)的要求。內(nèi)部防護(hù)是減少被保護(hù)空間雷電流的電磁影響的措施，目的是降低由雷電流引起的電位差。所有引入和引出被保護(hù)空間的電源線和通信線路，或其他導(dǎo)體都要進(jìn)行等電位連接，依據(jù)IEC51312-1說明，等電位連接的目的，在于減小保護(hù)區(qū)間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差。對（如金屬支架、金屬機(jī)柜等）需要采用導(dǎo)線進(jìn)行等電位連接，對于帶電金屬體（如動力電纜等）需要采用防雷器做等電位連接。4.1外接地網(wǎng)一般電廠都采用聯(lián)合接地。4.2室內(nèi)等電位連接由于電廠DCS控制機(jī)房的面積不大，因此可以采用4 x 40mm扁銅帶沿機(jī)房墻壁0.5m處布放

14、成環(huán)狀作為工作地接地環(huán)，每根扁銅帶需要用膨脹螺釘架空510cm鋪設(shè)在地面上。此接地環(huán)要用4 x 40mm扁銅帶或扁鋼與直流接地引下線作焊接處理。站內(nèi)的設(shè)備的接地線以最短的方式，直接連接到環(huán)狀工作地接地環(huán)上。防靜電地板的金屬支架和靜電地板下的線橋都應(yīng)直接連接到環(huán)狀工作地接地環(huán)上。4.4 通過防雷器建立等電位連接4.4.1 電源部分電源部分采用二級防雷。第一級電源防雷器采用OBO公司的V25-B/3+NPE電源防雷器。在機(jī)房總配兩路輸入配電母線控制開關(guān)的次極出線端上安裝V25-B/3+NPE電源防雷器，從三相電源進(jìn)線側(cè)引線V25-B/3+NPE，前面串聯(lián)加裝3PCS 32A的空氣開關(guān)，安裝在主配電

15、柜里面。第二級電源防雷器采用OBO公司的V20-C/3+NPE，并聯(lián)安裝在的機(jī)房分配電箱的主空開后，UPS的輸入端，主要作用是進(jìn)一步將電源線引入雷電導(dǎo)致的過電壓限制到對設(shè)備無害的水平。并且防雷器前要串聯(lián)3PCS 20A的后備空氣開關(guān)。 4.4.2 DCS系統(tǒng)控制線路防雷控制線路采用一級防雷。ADAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）的防雷     DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）包括各種類型熱力參數(shù)、電氣一次系統(tǒng)刀閘和開關(guān)的狀態(tài)以及電壓、電流、電量、有功功率、無功功率等和輔機(jī)閥門狀態(tài)等數(shù)據(jù)的采集、測量和監(jiān)視； 完成所有參數(shù)的當(dāng)前值、歷史值和狀態(tài)的顯示、分析、管理和打??； 參數(shù)報警的

16、記錄、提示、打印及處理； SOE的記錄、打印，并在發(fā)生SOE時自動推出相關(guān)畫面 ；報表的自動計算和自動打印。根據(jù)實際需要，我們選擇重要的數(shù)據(jù)過程量進(jìn)行防雷，防雷器選用德國OBO的FLD24工業(yè)控制防雷器。B. CCS/MCS（協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)/模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)）的防雷 CCS/MCS包括協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括負(fù)荷管理中心、壓力定值回路、機(jī)、爐指令形成回路等；燃料自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；送風(fēng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；引風(fēng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 磨煤機(jī)出口溫度/入口壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；過熱器減溫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 除氧器/凝汽器水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；軸封壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 高/低壓旁路溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；各種控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)有很多重

17、要參數(shù)直接關(guān)系到正常工作，因此我們需對這些重要的子系統(tǒng)進(jìn)行防雷，防雷器選用德國OBO的FLD24工業(yè)控制防雷器。C. FSSS和BMS（鍋爐保護(hù)系統(tǒng)和燃燒指導(dǎo)系統(tǒng)）防雷FSSS具有大、小油槍的程控、對角啟停；火焰檢測； 鍋爐吹掃及允許點火條件；滅火保護(hù)及首次跳閘記憶等功能。BMS具有一、二、三次風(fēng)速測量； 煤粉濃度測量計算； 鍋爐實時效率計算；燃燒操作指導(dǎo)等功能。上述各重要參數(shù)也直接關(guān)系到正常工作，我們也許進(jìn)行防雷保護(hù)，防雷器選用德國OBO的FLD24工業(yè)控制防雷器。D. SCS（順序控制系統(tǒng)）防雷SCS具有電動門、遠(yuǎn)方操作執(zhí)行器的軟手操及聯(lián)鎖、成組控制；電磁閥、電磁鐵、氣動球閥的軟手操及聯(lián)鎖

18、控制； 重要輔機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)、聯(lián)鎖啟停等功能； 主要輔機(jī)的順序控制啟停功能。同樣它也存在很多重要的4-20mA過程量，我們也必須對這些采集終端進(jìn)行防雷保護(hù)，防雷器選用德國OBO的FLD24工業(yè)控制防雷器。E. ECS（電氣控制系統(tǒng)）防雷ECS主要斷路器的軟手操功能，包括預(yù)合、合閘、預(yù)分、分閘、禁操等；高壓廠用電動機(jī)和低壓電動機(jī)的順序控制啟停； 自動同期、同期閉鎖、微機(jī)自動準(zhǔn)同期開關(guān)、調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動勵磁、自動解列、自動滅磁等功能； 廠用電源切換； 模擬顯示電氣系統(tǒng)的各項參數(shù)與設(shè)備分合狀態(tài)、電氣潮流圖 ；發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、母線絕緣檢查； 報警記錄繼電保護(hù)裝置動作情況及各斷路器動作順序 ； 通過

19、與專用裝置配合，完成自動準(zhǔn)同期（AASS）、自動電壓調(diào)整裝置（AIR）、廠用電源備自投（BZT）等功能; 實現(xiàn)電力系統(tǒng)“五防”（防止誤拉、誤合斷路器、帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)、帶電掛接地線/合接地刀閘、帶接地線/接地刀閘送電、誤入帶電間隔），減少誤操作概率; 升壓站網(wǎng)控控制 ，利用MACS多域結(jié)構(gòu)，整合繼電保護(hù)等自動裝置，實現(xiàn)發(fā)電機(jī)變壓器組高、低壓廠用電系統(tǒng)、廠用電動機(jī)、輸電線路、母線保護(hù)等設(shè)備的控制、監(jiān)視、保護(hù)功能一體化，同時又保證了各功能間的獨立性和可靠性; 繼電保護(hù)管理功能 根據(jù)事先輸入的參數(shù)、由操作員輸入相應(yīng)的參數(shù)后系統(tǒng)自動生成電氣系統(tǒng)阻抗圖，顯示當(dāng)前繼電保護(hù)裝置安值、動作統(tǒng)計、準(zhǔn)確率計算。ECS系統(tǒng)是DCS系統(tǒng)中比較重要的一個子系統(tǒng)，它有許多相當(dāng)重要的數(shù)據(jù)參數(shù)，因此我們對它進(jìn)行防雷保護(hù)，防雷器選用德國OBO的FLD24工業(yè)控制防雷器。 F. DEH（數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）防雷