电解车间防雷措施

电解车间防雷新举措四川其亚铝业集团公司郭奇峰一、 目前电解车间防雷设计依据目前电解车间的防雷设计依据均参照国家标准《建筑物防雷设计规范》、《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》，预计当地的雷击次数，确定建筑物的防雷等级，然后制定具体的防雷措施。而《建筑物防雷设计规范》、《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》是通用的防雷设计规范，对电解车间没有针对性的具体条款要求，更没有综合考虑电解车间存在巨大磁场、车间上空气流流动等对产生雷击可能带来的影响。近年来，电解槽容量越来越大，电解车间磁场越来越强，车间上空受温度影响的气流扰动也越来越大，特别是净化烟囱上部气流扰动最大，受雷击的可能性增大了很多倍。通过对国内同行业多家大型电解厂调查，在电解车间投产前后，车间发生雷击次数的几率完全不同。几乎所有的大型电解车间在投运后发生雷击的几率提高了好几成以上。因此，电解车间在设计时应考虑整体提高电解车间的防雷等级，以降低设备被雷击发生烧毁的现象。二、 电解车间雷电波侵入的主要途径、现象1、 进出车间的电源线电源电缆线一般由室外电缆桥架或直埋方式进入建筑物内，容易遭受感应雷的袭击。当遭雷击发生后，输电线路的感应高电压，其值可达几十千伏，这种感应高电压沿着电缆线迅速传向室内的用电设备，致使设备等受到干扰或被击坏。电源部分遭受雷击时，通常烧毁的设备绝大多数在电源部分。2、 通信线一般电解车间通信电缆较长，在整个敷设通道中容易受到感应雷电波的袭击。雷电波在通信线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，大部分设备由于电子元器件的高度集成化，而使耐过电压、耐过电流水平下降，在通信线路在遭受感应雷电波时很容易被烧毁。通信数据线感应雷电流通常可能造成通讯口、槽控机板、光端机等设备的损坏。电流数据线感应雷电流则可能造成槽控机板、I/F（电流/频率）转换器、电流信号驱动器等设备损坏。3、 直流母线当母线遭雷击或受感应雷、反击雷袭击时，母线上对地可能会出现较高的电压，直流母排感应雷电流则可能通过电压数据线侵入到槽控机。母线部分遭受雷击时，通常造成损坏的设备有：槽控机的V/F（电压/频率）转换器、主显板；接在母线上的总电压显示仪表、接地指示仪表；整流所控制室内的PLC系统、触摸屏系统等。4、 沿设备窜入在车间外受直接雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿各设备窜入，特别是安装在净化系统上的设备。雷电波沿各设备窜入时，通常烧毁PLC的DI、DO插件等。三、 本厂车间内部设备遭雷击范围车间遭受雷击的范围主要为：净化设备、槽控箱系统、整流仪表部分。车间雷击设备损坏程度由重至轻的排序为：净化设备一槽控箱系统一整流仪表部分。具体毁坏设备为：净化设备：通信模块6个、模拟量模块2个、CPU模块1个；槽控箱系统：主要为30#电解槽以前的电压采集板、电流采集板、通信板；整流室部分：触摸屏1个、电流变送器2个、模拟量模块1个、大直流传感器运放1只、元件损坏控制板三极管1只、车间总直流电压表及检测母线接地电压表各1只；四、 雷击现象及原因分析1、具体雷击现象分析从净化车间设备烧毁情况分析:雷电波浸入途径应为通信电缆、变送器回路。查看实际接线时发现通信电缆的屏蔽为两端接地，因此估计雷电波通过通信电缆的屏蔽层浸入而烧毁通信模块的可能性很大。模拟量回路中雷电波应为安装于现场的变送器引入，而变送器则主要是通过钢支架等引入。槽控箱系统毁情况分析：雷电波浸入途径应为通信电缆、直流大母线回路。估计具体浸入方式：通信电缆多由屏蔽层多处接地引入；直流大母线回路遭直击雷的几率非常小，通常为感应雷或母线有接地时通过大地反击。故障区域主要集中在30#电解槽以前，应该是受变电站独立避雷针影响所致；而1、2#电解槽烧毁最严重，估计应该与距离最远、电位差最大有关。整流室设备烧毁情况分析：雷电波浸入途径应主要为直流大母线回路，也不排除电源系统的可能。2、综合雷击原因分析变电站控制室内通信设备、网络设备、计算机应用设备等几乎没受损坏，主要原因是：变电站防雷系统相比车间要完善；独立避雷针单独接地；很多单体设备内部有过电压保护措施；部分重要设备电源采用隔离变并有防雷措施。而车间设备烧毁严重，综合有几个主要原因：雷电浸入方式多样化、雷击次数差异化、防雷设施相对不完善化等。本次雷击初步分析：烟囱或除尘器房顶遭受雷击：1、 直接通过管道或支架传递或感应到变送器烧毁PLC模拟量模块；2、 而通信线屏蔽层两端就近接地，正常运行时可能出现传导干扰，而在发生雷击放电时，由于电位高电流强度大、频率高，在放电通道周围将产生一个巨大磁场，处于磁场内的金属线缆会产生一个感应电压，造成设备损坏；3、 车间大母线有接地现象，在雷电能量未消耗完之前通过接地处传递到母线，引起母线上所接相关设备烧坏；五、需改造措施1、 通信设备、网络设备、计算机应用设备的电源回路部分均改接全车间隔离变，同时在每台槽控机设备和监控机电源的进线处加装电源防雷器。参考型号:OBOVF230.AC。2、 直流母线上安装防雷器，参考型号：OBOV20.C/4.AS.550V（单模块直流工作电压：750V）标准型声光报警电源防雷器，其最大允许操作电压1100V，泄流量：单模块一40kA。3、各单体设备的通信数据线、电流数据线、电压数据线在进入槽控机时安装相应的数据线防雷器。应与槽控箱厂协商充分考虑防雷产品与通信系统是否匹配，参考型号：OBOASP.VllEI/4数据专线防雷器，分别安装在槽控机内通信数据线、模拟量数据线输人端。4、 构建等电位连接雷击损坏设备的根本原因是通过不同的方式引入了大地电位差，电位差导致了设备内部的击穿损坏，因此防雷的基本思路就是消除不同电缆之间的电位差。首先需要找到一个参考的零电位点，通常选择大地作为参考零电位点，然后将设备上的各种线缆和接地系统做等电位连接，不带电的导体直接接地，带电的导体采用防雷器和接地系统建立等电位连接，建立一个等电位系统。5、 智能设备、屏蔽电缆均采用一点接地方式。根据GB50217《电力工程电缆设计规范》控制电缆金属屏蔽的接地方式规定:计算机监控系统的模拟信号回路控制电缆屏蔽层，不得构成两点或多点接地，宜用集中式一点接地。因此，屏蔽接地最好遵循单层屏蔽一端接地，双层屏蔽（必须有绝缘隔离）的最外层屏蔽层宜两段接地、最内层宜一端接地！6、 安装于现场的个别设备在有条件时采用绝缘安装，以切断雷电通过设备窜入途径。7、 彻底解决直流母线接地问题，以防止雷电波通过大地反击。六、电解车间防雷总要求随着通信设备、网络设备、计算机应用设备等弱电系统在电解铝行业的大规模使用，雷电以及操作瞬间过电压造成的危害将越来越严重，以往的常规防护体系已不能满足通信、网络、计算机、PLC等系统的安全要求。因此，现在防雷设计除考虑防直