吳 學(xué)

〔中國石化廣西石油分公司 廣西百色 533000〕

1 信息系統(tǒng)防雷的現(xiàn)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(shè)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(zāi)報警、工業(yè)電視監(jiān)控、高低液位聯(lián)鎖等系統(tǒng)。隨著信息應(yīng)用的越來越普遍，伴隨而來的是電子設(shè)備、傳感器雷擊事故的不斷發(fā)生，溫度變送器、液位變送器、視頻監(jiān)控頭、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、敏感檢測元件等經(jīng)常發(fā)生被雷電擊壞事件，極大地影響到石油庫的日常生產(chǎn)運行，還帶來了因數(shù)據(jù)丟失和故障可能引發(fā)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(yīng)，主要體現(xiàn)在增加雷擊概率、感應(yīng)雷和地電位反擊。這些負面效應(yīng)給信息系統(tǒng)帶來很大的安全威脅。加之新投用信息系統(tǒng)的防雷保護措施尚有缺失，或者只是局部簡單地設(shè)置防雷零散部件，未對信息系統(tǒng)進行整體防雷保護，尤其是針對感應(yīng)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(tǒng)不能正常使用，甚至一擊即毀，大面積設(shè)備停擺。

近些年發(fā)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(tǒng)遭受雷擊，電子設(shè)備損害造成直接經(jīng)濟損失65萬元；2000年昆明某油庫發(fā)油臺遭受雷擊，80 %的裝車控制儀主板損毀，整個發(fā)油系統(tǒng)癱瘓；2008年廣東某油庫供油自動化系統(tǒng)遭受雷擊，油罐液位測量系統(tǒng)和大量計算機主要元件被擊穿，直接經(jīng)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(dǎo)致自控室大部分電腦設(shè)備及PLC柜大量元件被擊毀，整套管理系統(tǒng)直接癱瘓，修復(fù)周期長達一個多月，直接經(jīng)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(tǒng)穩(wěn)定性的要求越來越高，如何做好信息系統(tǒng)的防雷保護尤為重要。

2 雷電對信息系統(tǒng)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(yīng)雷。

(1)直擊雷。指雷云直接通過人體、建筑物及設(shè)備等對地放電所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象。此類雷擊破壞力主要體現(xiàn)在電流特性，使人體灼燒、建筑燃燒、設(shè)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(wǎng)、引下線將電流泄入大地[2]。目前在石油庫建設(shè)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(dǎo)通只能保護建筑物本身，雷擊產(chǎn)生的電流還會通過多種形式破壞電子設(shè)備[3]。

(2)感應(yīng)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(yīng)電磁場，對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成干擾、破壞，或使周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生大量的熱而引起火災(zāi)。感應(yīng)雷又可分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。感應(yīng)雷沒有直擊雷猛烈，但是發(fā)生的機率要高很多。直擊雷只能襲擊小范圍的目標，但感應(yīng)雷能通過周圍的電力線、電話線、網(wǎng)絡(luò)線等傳輸，使危害面積擴大。

信息系統(tǒng)的雷電災(zāi)害主要就是由感應(yīng)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(chǎn)生強大的雷電流。雷電流通過人體、建筑物、設(shè)備時轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅繜崮埽瑩?jù)專家估算，雷擊點的發(fā)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(dǎo)線傳送到設(shè)備，在強烈的雷電沖擊波下遠遠超出半導(dǎo)體等電路的負荷能力，形成強大的破壞力。

感應(yīng)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(zāi)害損失的33.8 %。感應(yīng)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(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流可順著導(dǎo)體四處傳播，在這種沖擊下對大面積設(shè)備造成不同程度的損壞，更有可能發(fā)生放電，若附近有可燃物將會引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。

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

2.3 信息系統(tǒng)分析

石油庫自動化技術(shù)的發(fā)展增速明顯加快?，F(xiàn)代電子技術(shù)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(fā)展。為了滿足日益提高的需求，電子設(shè)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(shè)備都承受不了±5 V的電壓波動。以計算機為例，當(dāng)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(dāng)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(yīng)雷襲擊，損失必然很大[3]。

目前油庫信息系統(tǒng)主要包含自動化付油、高低液位計量、工藝閥門控制、高低聯(lián)鎖安全聯(lián)鎖、周界報警、視頻監(jiān)控、火災(zāi)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(tǒng)，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(nèi)分布較廣，覆蓋到油庫各大重點要害部位。

自動化管理系統(tǒng)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(zhuǎn)儲功能失效，陷入癱瘓。如何提高信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性是需要深入研究的課題，目前雷擊造成信息系統(tǒng)損壞的比重相當(dāng)大。

3 信息系統(tǒng)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(tǒng)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(yīng)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(shù)，即分流(Dividing)、均壓(Bonding)、屏蔽(Shielding)、接地(Earthing)四項技術(shù)。只有通過綜合運用這四項技術(shù)才能真正達到信息系統(tǒng)的防雷保護[4]。

按照DBSE技術(shù)架構(gòu)綜合防雷系統(tǒng)，必須有兩大部分組成，即外部防雷措施和內(nèi)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(nèi)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(tǒng)很關(guān)鍵的一條就是必須采用共用接地系統(tǒng)。

3.2 信息防雷保護系統(tǒng)的構(gòu)建

信息系統(tǒng)防雷保護系統(tǒng)構(gòu)建及針對性措施整體包括以下要點：

(1)防直擊雷。保持現(xiàn)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(wǎng)作為接閃器，然后通過良好的接地網(wǎng)絡(luò)迅速將雷電流泄入大地。

(2)防感應(yīng)雷。建立全方位防雷保護，由四個部分構(gòu)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(nèi)的進線配電柜上或主配電盤上。第二級防護主要安裝在設(shè)備專用配電柜上。第三級防雷設(shè)置在用電設(shè)備的電源端，用于保護最終設(shè)備。

其二，信號防雷。采用信號避雷器防雷串聯(lián)或并聯(lián)在通信線路上，要取得良好的效果關(guān)鍵要選擇合適的通信避雷器，可以根據(jù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(gòu)件在雷擊情況下產(chǎn)生感應(yīng)電磁，最大限度地降低防雷區(qū)域內(nèi)金屬構(gòu)件相互間的電位差。等電位連接技術(shù)要求：防雷區(qū)域內(nèi)建筑物的金屬構(gòu)件、設(shè)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(tǒng)進行良好連接。

其四，重復(fù)接地及金屬屏蔽。首先在鋪設(shè)線纜和套管過程中，要盡量避免架空鋪設(shè)、高位鋪設(shè)，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(fù)接地，降低線纜上引入雷電高壓[1]。

4 結(jié)束語

總之，石油庫屬于高危險區(qū)域，防范雷電襲擊是投資建設(shè)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(shè)計和完善石油庫的信息系統(tǒng)的防雷保護方案，構(gòu)建綜合防雷保護系統(tǒng)。必須清醒地認識到信息系統(tǒng)自身的脆弱性及其穩(wěn)定的重要性，深入分析防雷系統(tǒng)的完善的空間，通過技術(shù)革新，提高防雷保護的實效。