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【摘 要】SCADA 监控系统是一个基于计算机的监控系统，能对远程站场的输油泵、阀功能进行现场或远程控制，并通过远程PLC 控制系统收集输油站场的各类数据，在很大程度上还要整合其它各辅助系统的运行信息和生产数据，并将这些数据提供给操作人员和管理者。他由通信设备、计算机工作站、PLC 控制系统等设备组成，而这些都属于电子设备，他们的工作电压较低，耐过电压、过电流能力也很低，极易受到雷击电磁脉冲的危害。因此，做好原油管道 SCADA 监控系统设备的雷击防护工作，对提高原油管道生产安全运行有着非常重要的作用。通过对某原油管道 SCADA 监控系统雷击事故的原因及危害分析，针对本案采取增加浪涌保护器和改善接地系统连接网的防护措施，增强管道 SCADA 监控系统的雷击防护。
【关键词】SCADA监控系统；防雷接地；浪涌保护器
1.雷击实例及事故分析
1.1雷击实例简介
2007年管道储运公司某输油处13号站点受到雷击，对事故现场进行了勘查，发现SCADA监控系统室内UPS被雷击损坏，2个PLC处理器被雷击损坏，集线器被雷击损坏，控制模块有部分损坏；配电室内的全自动变频供水器电源部分被雷击损坏，电加热棒油泵控制箱电源部分被雷击损坏。造成了SCADA监控系统整体瘫痪，使得工作人员不能及时有效的查看数据及数据处理，严重影响了该条原油管道的正常输油生产。
1.2雷击事故原因分析
1.2.1电源防雷器保护不到位
在UPS后端安装防雷器，致使雷电流侵入电源线路时，UPS得不到防雷器的保护，因而被雷击损坏。配电室内的全自动变频供水器和电加热棒油泵控制箱由于没有安装电源防雷设备，雷电流通过电源线侵入到设备，致使设备损坏。
1.2.2控制回路没有采取防雷措施
SCADA监控系统PLC控制回路没有采取防雷措施，很容易受电磁脉冲辐射。雷电流在其通道周围的空间产生电磁场，向外辐射电磁波，耦合到SCADA监控系统控制室的计算机、仪表和现场仪器仪表，以及各类金属导体上，产生感应电动势或感生电流，造成设备故障，损坏以致控制系统失灵。
1.2.3接地没有形成等电位
该站点有3个地网，虽然每个地网的接地电阻都小于1Ω，但是地网之间距离相隔不到5m，而且没有将其多个捆绑集中起来形成等电势地网。这种情况很容易造成反击现象，雷电流有可能从地电位引入，侵入一些用电设备。
2.防雷措施的实施
防雷系统是一个综合系统，其基本的防护原则有分流和接地、屏蔽、合理布线、过电压保护等。通过此事故原因分析，具体实施措施：采用了增加浪涌保护器和改善接地的方法，来增强原油输油站场SCADA监控系统设备对雷击的防护。
2.1增加浪涌保护器
2.1.1电源防雷器保护
根据《建筑物防雷设计规范》和《雷电电磁脉冲的防护》第三部分电涌保护器的要求表明对于电源系统的防雷问题，一般原则上要求采用三级保护。在总配电柜的三相电源输出处安装不小于60kA通流容量的电源防雷器，作为第一级电源保护；在UPS前端安装电源防雷器，作为第二级电源保护；在UPS后端一些重要用电设备的前端安装电源防雷器，作为第三级电源保护。
（1）电源一级防护：
通常将配电系统第一级防雷保护设计为：使用：10/350μs波形、通流容量40kA每线，8/20μs波形、通流容量100kA每线的B级电源电涌保护器将感应雷击过电压限制到4000V以下。所有接线用 25mm2多股铜线连接，地线用25mm2多股铜线连接。
（2）电源二级防护：
对于低压配电室等属于需要重要保护的区域，浪涌保护器应选择通流容量为 40kA。安装于配电箱内。为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后，电源对地短路，需要在浪涌保护器前安装空气开关及保险端子作为短路保护装置。
（3）电源三级防护
依据配电线路设计的实际情况，考虑到各种电子设备的重要性，将配电系统第三级防雷保护设计为：使用8/20μs波形、通流容量20kA每线的电源电涌保护器将感应雷击过电压限制到1500V以下。选用V10-C/1+NPE、VF230-AC电源防雷模块。
2.1.2控制回路防雷器保护
在SCADA监控系统控制柜中对每一个控制回路增加浪涌保护器（SPD）可以限制回路中瞬态过电压和分走雷击产生的浪涌电流。它拼接在被保护设备的前端，在无浪涌出现时为高阻抗（即开路状态），当出现浪涌时就在最短的时间内（纳秒级）内迅速将雷电流泄放到地使浪涌保护器（SPD）变为低阻抗，从而保护了被保护设备。
2.2改善接地系统的连接网
接地是防雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。每个输油站场SCADA监控系统所在的一座建筑物内有许多不同性质的设备，需要多个接地装置，如避雷接地、保护接地、工作接地、防静电接地等。各SCADA监控系统的仪表柜、通信设备和交流电源设备的接地是为了获得一个零电位点。如果各设备分别接地，当发生雷击的时候各设备的接地点的电位可能相差很大，而电位差往往是造成敏感电子设备损坏的原因之一。其次，在站场内要分别做几个相互没有连接的地网是很困难的，因为要求单个地网之间最小要有5m乃至20m的距离，同时又要与各种地下金属管道、电缆金属屏蔽层、各大金属构件都要有足够距离。基于上面两个原因，所以独立接地系统已不适合站场的实际状况。
如果采用共用接地，雷电流在冲击接地电阻上产生的高电压，将同时存在各系统的接地线上，各设备地线之间不存在高电位差，也不存在同一台设备的各接地系统之间的击穿问题。SCADA 监控系统的保护接地属于低压配电系统接地，所以应按电气专业的有关标准规范和方法进行；应接入电气专业的低压配电系统接地网，即等电位共用接地网。本方案的仪表接地系统采用了《SH3081-2003T 石油化工仪表接地设计规范》进行安装，新增浪涌接地汇流总板，将保护地、工作地、浪涌地分开；现场仪表设备电缆护管接地就近引入接地网，并将低压配电接地与仪表接地通过镀锌扁铁实现等电位连接；设备接地设施施工时符合要求的接地重新引入等电位接地网中。
3.结论
上述处理措施主要针对本案例，经过几年雷雨期没有再出现雷击损坏上述设备的事故发生，说明采取的措施对SCA-DA监控系统防雷有一定的效果。鉴于此情况在原油管道SCADA监控系统有一定的普遍性，因此此案例在石油管道行业有一定的推广价值。由于雷电活动是一个复杂的自然现象，防雷是一个综合性的整体工程，它不但涉及电气、仪表还和土建的基建项目有重要的关联，需要多个专业及各个部门的通力合作，才能尽量减少雷害的发生，在这里我们只是简单对SCADA监控系统的防雷措施进行了介绍，本课题也是作为一个尝试，我们将继续不懈地研究，以保障原油管道SCADA监控系统输油站场的生产安全运行。
【参考文献】
[1]SH/T3081-2003石油化工仪表接地设计规范[S].
[2]GB50057-94建筑物防雷设计规范.
【关键词】SCADA监控系统；防雷接地；浪涌保护器
1.雷击实例及事故分析
1.1雷击实例简介
2007年管道储运公司某输油处13号站点受到雷击，对事故现场进行了勘查，发现SCADA监控系统室内UPS被雷击损坏，2个PLC处理器被雷击损坏，集线器被雷击损坏，控制模块有部分损坏；配电室内的全自动变频供水器电源部分被雷击损坏，电加热棒油泵控制箱电源部分被雷击损坏。造成了SCADA监控系统整体瘫痪，使得工作人员不能及时有效的查看数据及数据处理，严重影响了该条原油管道的正常输油生产。
1.2雷击事故原因分析
1.2.1电源防雷器保护不到位
在UPS后端安装防雷器，致使雷电流侵入电源线路时，UPS得不到防雷器的保护，因而被雷击损坏。配电室内的全自动变频供水器和电加热棒油泵控制箱由于没有安装电源防雷设备，雷电流通过电源线侵入到设备，致使设备损坏。
1.2.2控制回路没有采取防雷措施
SCADA监控系统PLC控制回路没有采取防雷措施，很容易受电磁脉冲辐射。雷电流在其通道周围的空间产生电磁场，向外辐射电磁波，耦合到SCADA监控系统控制室的计算机、仪表和现场仪器仪表，以及各类金属导体上，产生感应电动势或感生电流，造成设备故障，损坏以致控制系统失灵。
1.2.3接地没有形成等电位
该站点有3个地网，虽然每个地网的接地电阻都小于1Ω，但是地网之间距离相隔不到5m，而且没有将其多个捆绑集中起来形成等电势地网。这种情况很容易造成反击现象，雷电流有可能从地电位引入，侵入一些用电设备。
2.防雷措施的实施
防雷系统是一个综合系统，其基本的防护原则有分流和接地、屏蔽、合理布线、过电压保护等。通过此事故原因分析，具体实施措施：采用了增加浪涌保护器和改善接地的方法，来增强原油输油站场SCADA监控系统设备对雷击的防护。
2.1增加浪涌保护器
2.1.1电源防雷器保护
根据《建筑物防雷设计规范》和《雷电电磁脉冲的防护》第三部分电涌保护器的要求表明对于电源系统的防雷问题，一般原则上要求采用三级保护。在总配电柜的三相电源输出处安装不小于60kA通流容量的电源防雷器，作为第一级电源保护；在UPS前端安装电源防雷器，作为第二级电源保护；在UPS后端一些重要用电设备的前端安装电源防雷器，作为第三级电源保护。
（1）电源一级防护：
通常将配电系统第一级防雷保护设计为：使用：10/350μs波形、通流容量40kA每线，8/20μs波形、通流容量100kA每线的B级电源电涌保护器将感应雷击过电压限制到4000V以下。所有接线用 25mm2多股铜线连接，地线用25mm2多股铜线连接。
（2）电源二级防护：
对于低压配电室等属于需要重要保护的区域，浪涌保护器应选择通流容量为 40kA。安装于配电箱内。为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后，电源对地短路，需要在浪涌保护器前安装空气开关及保险端子作为短路保护装置。
（3）电源三级防护
依据配电线路设计的实际情况，考虑到各种电子设备的重要性，将配电系统第三级防雷保护设计为：使用8/20μs波形、通流容量20kA每线的电源电涌保护器将感应雷击过电压限制到1500V以下。选用V10-C/1+NPE、VF230-AC电源防雷模块。
2.1.2控制回路防雷器保护
在SCADA监控系统控制柜中对每一个控制回路增加浪涌保护器（SPD）可以限制回路中瞬态过电压和分走雷击产生的浪涌电流。它拼接在被保护设备的前端，在无浪涌出现时为高阻抗（即开路状态），当出现浪涌时就在最短的时间内（纳秒级）内迅速将雷电流泄放到地使浪涌保护器（SPD）变为低阻抗，从而保护了被保护设备。
2.2改善接地系统的连接网
接地是防雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。每个输油站场SCADA监控系统所在的一座建筑物内有许多不同性质的设备，需要多个接地装置，如避雷接地、保护接地、工作接地、防静电接地等。各SCADA监控系统的仪表柜、通信设备和交流电源设备的接地是为了获得一个零电位点。如果各设备分别接地，当发生雷击的时候各设备的接地点的电位可能相差很大，而电位差往往是造成敏感电子设备损坏的原因之一。其次，在站场内要分别做几个相互没有连接的地网是很困难的，因为要求单个地网之间最小要有5m乃至20m的距离，同时又要与各种地下金属管道、电缆金属屏蔽层、各大金属构件都要有足够距离。基于上面两个原因，所以独立接地系统已不适合站场的实际状况。
如果采用共用接地，雷电流在冲击接地电阻上产生的高电压，将同时存在各系统的接地线上，各设备地线之间不存在高电位差，也不存在同一台设备的各接地系统之间的击穿问题。SCADA 监控系统的保护接地属于低压配电系统接地，所以应按电气专业的有关标准规范和方法进行；应接入电气专业的低压配电系统接地网，即等电位共用接地网。本方案的仪表接地系统采用了《SH3081-2003T 石油化工仪表接地设计规范》进行安装，新增浪涌接地汇流总板，将保护地、工作地、浪涌地分开；现场仪表设备电缆护管接地就近引入接地网，并将低压配电接地与仪表接地通过镀锌扁铁实现等电位连接；设备接地设施施工时符合要求的接地重新引入等电位接地网中。
3.结论
上述处理措施主要针对本案例，经过几年雷雨期没有再出现雷击损坏上述设备的事故发生，说明采取的措施对SCA-DA监控系统防雷有一定的效果。鉴于此情况在原油管道SCADA监控系统有一定的普遍性，因此此案例在石油管道行业有一定的推广价值。由于雷电活动是一个复杂的自然现象，防雷是一个综合性的整体工程，它不但涉及电气、仪表还和土建的基建项目有重要的关联，需要多个专业及各个部门的通力合作，才能尽量减少雷害的发生，在这里我们只是简单对SCADA监控系统的防雷措施进行了介绍，本课题也是作为一个尝试，我们将继续不懈地研究，以保障原油管道SCADA监控系统输油站场的生产安全运行。
【参考文献】
[1]SH/T3081-2003石油化工仪表接地设计规范[S].
[2]GB50057-94建筑物防雷设计规范.