電解車間防雷措施

電解車間防雷新舉措四川其亞鋁業(yè)集團(tuán)公司郭奇峰一、 目前電解車間防雷設(shè)計(jì)依據(jù)目前電解車間的防雷設(shè)計(jì)依據(jù)均參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》、《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》，預(yù)計(jì)當(dāng)?shù)氐睦讚舸螖?shù)，確定建筑物的防雷等級(jí)，然后制定具體的防雷措施。而《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》、《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》是通用的防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)電解車間沒有針對(duì)性的具體條款要求，更沒有綜合考慮電解車間存在巨大磁場(chǎng)、車間上空氣流流動(dòng)等對(duì)產(chǎn)生雷擊可能帶來(lái)的影響。近年來(lái)，電解槽容量越來(lái)越大，電解車間磁場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，車間上空受溫度影響的氣流擾動(dòng)也越來(lái)越大，特別是凈化煙囪上部氣流擾動(dòng)最大，受雷擊的可能性增大了很多倍。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)同行業(yè)多家大型電解廠調(diào)查，在電解車間投產(chǎn)前后，車間發(fā)生雷擊次數(shù)的幾率完全不同。幾乎所有的大型電解車間在投運(yùn)后發(fā)生雷擊的幾率提高了好幾成以上。因此，電解車間在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮整體提高電解車間的防雷等級(jí)，以降低設(shè)備被雷擊發(fā)生燒毀的現(xiàn)象。二、 電解車間雷電波侵入的主要途徑、現(xiàn)象1、 進(jìn)出車間的電源線電源電纜線一般由室外電纜橋架或直埋方式進(jìn)入建筑物內(nèi)，容易遭受感應(yīng)雷的襲擊。當(dāng)遭雷擊發(fā)生后，輸電線路的感應(yīng)高電壓，其值可達(dá)幾十千伏，這種感應(yīng)高電壓沿著電纜線迅速傳向室內(nèi)的用電設(shè)備，致使設(shè)備等受到干擾或被擊壞。電源部分遭受雷擊時(shí)，通常燒毀的設(shè)備絕大多數(shù)在電源部分。2、 通信線一般電解車間通信電纜較長(zhǎng)，在整個(gè)敷設(shè)通道中容易受到感應(yīng)雷電波的襲擊。雷電波在通信線路上能感應(yīng)出較高的瞬時(shí)沖擊能量，大部分設(shè)備由于電子元器件的高度集成化，而使耐過(guò)電壓、耐過(guò)電流水平下降，在通信線路在遭受感應(yīng)雷電波時(shí)很容易被燒毀。通信數(shù)據(jù)線感應(yīng)雷電流通?？赡茉斐赏ㄓ嵖?、槽控機(jī)板、光端機(jī)等設(shè)備的損壞。電流數(shù)據(jù)線感應(yīng)雷電流則可能造成槽控機(jī)板、I/F（電流/頻率）轉(zhuǎn)換器、電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備損壞。3、 直流母線當(dāng)母線遭雷擊或受感應(yīng)雷、反擊雷襲擊時(shí)，母線上對(duì)地可能會(huì)出現(xiàn)較高的電壓，直流母排感應(yīng)雷電流則可能通過(guò)電壓數(shù)據(jù)線侵入到槽控機(jī)。母線部分遭受雷擊時(shí)，通常造成損壞的設(shè)備有：槽控機(jī)的V/F（電壓/頻率）轉(zhuǎn)換器、主顯板；接在母線上的總電壓顯示儀表、接地指示儀表；整流所控制室內(nèi)的PLC系統(tǒng)、觸摸屏系統(tǒng)等。4、 沿設(shè)備竄入在車間外受直接雷或感應(yīng)雷而加載的雷電壓及過(guò)電流沿各設(shè)備竄入，特別是安裝在凈化系統(tǒng)上的設(shè)備。雷電波沿各設(shè)備竄入時(shí)，通常燒毀PLC的DI、DO插件等。三、 本廠車間內(nèi)部設(shè)備遭雷擊范圍車間遭受雷擊的范圍主要為：凈化設(shè)備、槽控箱系統(tǒng)、整流儀表部分。車間雷擊設(shè)備損壞程度由重至輕的排序?yàn)椋簝艋O(shè)備一槽控箱系統(tǒng)一整流儀表部分。具體毀壞設(shè)備為：凈化設(shè)備：通信模塊6個(gè)、模擬量模塊2個(gè)、CPU模塊1個(gè)；槽控箱系統(tǒng)：主要為30#電解槽以前的電壓采集板、電流采集板、通信板；整流室部分：觸摸屏1個(gè)、電流變送器2個(gè)、模擬量模塊1個(gè)、大直流傳感器運(yùn)放1只、元件損壞控制板三極管1只、車間總直流電壓表及檢測(cè)母線接地電壓表各1只；四、 雷擊現(xiàn)象及原因分析1、具體雷擊現(xiàn)象分析從凈化車間設(shè)備燒毀情況分析:雷電波浸入途徑應(yīng)為通信電纜、變送器回路。查看實(shí)際接線時(shí)發(fā)現(xiàn)通信電纜的屏蔽為兩端接地，因此估計(jì)雷電波通過(guò)通信電纜的屏蔽層浸入而燒毀通信模塊的可能性很大。模擬量回路中雷電波應(yīng)為安裝于現(xiàn)場(chǎng)的變送器引入，而變送器則主要是通過(guò)鋼支架等引入。槽控箱系統(tǒng)毀情況分析：雷電波浸入途徑應(yīng)為通信電纜、直流大母線回路。估計(jì)具體浸入方式：通信電纜多由屏蔽層多處接地引入；直流大母線回路遭直擊雷的幾率非常小，通常為感應(yīng)雷或母線有接地時(shí)通過(guò)大地反擊。故障區(qū)域主要集中在30#電解槽以前，應(yīng)該是受變電站獨(dú)立避雷針影響所致；而1、2#電解槽燒毀最嚴(yán)重，估計(jì)應(yīng)該與距離最遠(yuǎn)、電位差最大有關(guān)。整流室設(shè)備燒毀情況分析：雷電波浸入途徑應(yīng)主要為直流大母線回路，也不排除電源系統(tǒng)的可能。2、綜合雷擊原因分析變電站控制室內(nèi)通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)備等幾乎沒受損壞，主要原因是：變電站防雷系統(tǒng)相比車間要完善；獨(dú)立避雷針單獨(dú)接地；很多單體設(shè)備內(nèi)部有過(guò)電壓保護(hù)措施；部分重要設(shè)備電源采用隔離變并有防雷措施。而車間設(shè)備燒毀嚴(yán)重，綜合有幾個(gè)主要原因：雷電浸入方式多樣化、雷擊次數(shù)差異化、防雷設(shè)施相對(duì)不完善化等。本次雷擊初步分析：煙囪或除塵器房頂遭受雷擊：1、 直接通過(guò)管道或支架傳遞或感應(yīng)到變送器燒毀PLC模擬量模塊；2、 而通信線屏蔽層兩端就近接地，正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)傳導(dǎo)干擾，而在發(fā)生雷擊放電時(shí)，由于電位高電流強(qiáng)度大、頻率高，在放電通道周圍將產(chǎn)生一個(gè)巨大磁場(chǎng)，處于磁場(chǎng)內(nèi)的金屬線纜會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓，造成設(shè)備損壞；3、 車間大母線有接地現(xiàn)象，在雷電能量未消耗完之前通過(guò)接地處傳遞到母線，引起母線上所接相關(guān)設(shè)備燒壞；五、需改造措施1、 通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)備的電源回路部分均改接全車間隔離變，同時(shí)在每臺(tái)槽控機(jī)設(shè)備和監(jiān)控機(jī)電源的進(jìn)線處加裝電源防雷器。參考型號(hào):OBOVF230.AC。2、 直流母線上安裝防雷器，參考型號(hào)：OBOV20.C/4.AS.550V（單模塊直流工作電壓：750V）標(biāo)準(zhǔn)型聲光報(bào)警電源防雷器，其最大允許操作電壓1100V，泄流量：?jiǎn)文K一40kA。3、各單體設(shè)備的通信數(shù)據(jù)線、電流數(shù)據(jù)線、電壓數(shù)據(jù)線在進(jìn)入槽控機(jī)時(shí)安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)線防雷器。應(yīng)與槽控箱廠協(xié)商充分考慮防雷產(chǎn)品與通信系統(tǒng)是否匹配，參考型號(hào)：OBOASP.VllEI/4數(shù)據(jù)專線防雷器，分別安裝在槽控機(jī)內(nèi)通信數(shù)據(jù)線、模擬量數(shù)據(jù)線輸人端。4、 構(gòu)建等電位連接雷擊損壞設(shè)備的根本原因是通過(guò)不同的方式引入了大地電位差，電位差導(dǎo)致了設(shè)備內(nèi)部的擊穿損壞，因此防雷的基本思路就是消除不同電纜之間的電位差。首先需要找到一個(gè)參考的零電位點(diǎn)，通常選擇大地作為參考零電位點(diǎn)，然后將設(shè)備上的各種線纜和接地系統(tǒng)做等電位連接，不帶電的導(dǎo)體直接接地，帶電的導(dǎo)體采用防雷器和接地系統(tǒng)建立等電位連接，建立一個(gè)等電位系統(tǒng)。5、 智能設(shè)備、屏蔽電纜均采用一點(diǎn)接地方式。根據(jù)GB50217《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》控制電纜金屬屏蔽的接地方式規(guī)定:計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的模擬信號(hào)回路控制電纜屏蔽層，不得構(gòu)成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地，宜用集中式一點(diǎn)接地。因此，屏蔽接地最好遵循單層屏蔽一端接地，雙層屏蔽（必須有絕緣隔離）的最外層屏蔽層宜兩段接地、最內(nèi)層宜一端接地！6、 安裝于現(xiàn)場(chǎng)的個(gè)別設(shè)備在有條件時(shí)采用絕緣安裝，以切斷雷電通過(guò)設(shè)備竄入途徑。7、 徹底解決直流母線接地問(wèn)題，以防止雷電波通過(guò)大地反擊。六、電解車間防雷總要求隨著通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)備等弱電系統(tǒng)在電解鋁行業(yè)的大規(guī)模使用，雷電以及操作瞬間過(guò)電壓造成的危害將越來(lái)越嚴(yán)重，以往的常規(guī)防護(hù)體系已不能滿足通信、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、PLC等系統(tǒng)的安全要求。因此，現(xiàn)在防雷設(shè)計(jì)除考慮防直