石油库信息系统的防雷保护

吴 学

〔中国石化广西石油分公司 广西百色 533000〕

1 信息系统防雷的现状

随着石油库科技化、信息化成果的逐步引入，大量的电子设备开始介入油库的日常管理，例如油罐液位计量、温度计量、自动火灾报警、工业电视监控、高低液位联锁等系统。随着信息应用的越来越普遍，伴随而来的是电子设备、传感器雷击事故的不断发生，温度变送器、液位变送器、视频监控头、数据传输设备、敏感检测元件等经常发生被雷电击坏事件，极大地影响到石油库的日常生产运行，还带来了因数据丢失和故障可能引发的事故隐患。然而目前大部分油库在防雷方面的保护工作仅停留在防范直击雷方面，防范的主要方式为避雷针、避雷带、以油罐作为接闪器等，这些防雷保护主要是以通过“引火烧身”的形式达到保护的目的，但是这样的方式带来许多负面效应，主要体现在增加雷击概率、感应雷和地电位反击。这些负面效应给信息系统带来很大的安全威胁。加之新投用信息系统的防雷保护措施尚有缺失，或者只是局部简单地设置防雷零散部件，未对信息系统进行整体防雷保护，尤其是针对感应雷、电磁脉冲、过电压的防护。雷击过后的直接后果就是信息系统不能正常使用，甚至一击即毁，大面积设备停摆。

近些年发生的案例给人们敲响了警钟。例如1998年4月某日夜间，某管道输油站仪表微机自动控制系统遭受雷击，电子设备损害造成直接经济损失65万元；2000年昆明某油库发油台遭受雷击，80 %的装车控制仪主板损毁，整个发油系统瘫痪；2008年广东某油库供油自动化系统遭受雷击，油罐液位测量系统和大量计算机主要元件被击穿，直接经济损失50多万元；2011年湖南某油库办公楼及自控室遭受强雷击，导致自控室大部分电脑设备及PLC柜大量元件被击毁，整套管理系统直接瘫痪，修复周期长达一个多月，直接经济损失80多万元。全国类似案例举不胜举[1]。

随着石油库自动化水平的提高，对信息系统稳定性的要求越来越高，如何做好信息系统的防雷保护尤为重要。

2 雷电对信息系统的伤害

2.1 雷电分析

雷电按作用方式主要分为直击雷和感应雷。

(1)直击雷。指雷云直接通过人体、建筑物及设备等对地放电所产生的电击现象。此类雷击破坏力主要体现在电流特性，使人体灼烧、建筑燃烧、设备部件熔化。一般防范直击雷的方式主要通过避雷装置接闪器譬如避雷针、避雷带、接地网、引下线将电流泄入大地[2]。目前在石油库建设过程中，对直击雷防护较为重视，而接闪器、引下线、接地带等接地装置的导通只能保护建筑物本身，雷击产生的电流还会通过多种形式破坏电子设备[3]。

(2)感应雷。在雷电闪击或雷云之间放电时，由于雷电流的变化率大，在雷电流的通道附近形成了一个很强的感应电磁场，对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏，或使周围的金属构件产生感应电流，产生大量的热而引起火灾。感应雷又可分为静电感应雷和电磁感应雷。感应雷没有直击雷猛烈，但是发生的机率要高很多。直击雷只能袭击小范围的目标，但感应雷能通过周围的电力线、电话线、网络线等传输，使危害面积扩大。

信息系统的雷电灾害主要就是由感应雷造成的。

2.2 伤害分析

首先需要了解雷击造成伤害或损失的途径。直击雷在对地放电的过程产生强大的雷电流。雷电流通过人体、建筑物、设备时转变为大量热能，据专家估算，雷击点的发热量约为500～2 000 J，该热能可融化50～200 mm3的钢材。因此在遭受雷击时雷电流从导线传送到设备，在强烈的雷电冲击波下远远超出半导体等电路的负荷能力，形成强大的破坏力。

感应雷的伤害途径有别于直击雷，但是造成的损害却高居榜首，占全部灾害损失的33.8 %。感应雷的形成主要是利用雷电流的变化形成强大的脉冲磁场，使附近的金属构件产生感应电流，电流可顺着导体四处传播，在这种冲击下对大面积设备造成不同程度的损坏，更有可能发生放电，若附近有可燃物将会引发火灾甚至爆炸。

随着石油库微电子设备的日益增多，自动化程度越高，感应雷的破坏力越加凸显，必须引起高度重视。

2.3 信息系统分析

石油库自动化技术的发展增速明显加快。现代电子技术正在走向集成化，向高精度、高灵敏度、高频率和高可靠性方向发展。为了满足日益提高的需求，电子设备的灵敏度将越来越高，伴随的是耐压能力很低。一般的电子设备都承受不了±5 V的电压波动。以计算机为例，当雷电电磁脉冲的磁极强度超过0.07 Gs时，就会引起误动作，当磁极强度超过2.4 Gs时，就会造成微机的永久性破坏，故一旦遭受感应雷袭击，损失必然很大[3]。

目前油库信息系统主要包含自动化付油、高低液位计量、工艺阀门控制、高低联锁安全联锁、周界报警、视频监控、火灾报警、可燃气体报警、压力检测、UPS不间断电源管理、消防自动控制、油气回收等各类系统，均汇集了大量的微电子元件，并且要求精准度较高，在油库内分布较广，覆盖到油库各大重点要害部位。

自动化管理系统的引入一定程度上降低了员工的工作强度，但是一旦遭到损坏后果将更加严重，甚至整个油库转储功能失效，陷入瘫痪。如何提高信息系统的稳定性是需要深入研究的课题，目前雷击造成信息系统损坏的比重相当大。

3 信息系统防雷的主要措施

3.1 信息防雷保护的选择

认识到信息系统防雷的重要性，就必须掌握如何进行有效的防雷保护。

由于感应雷的特殊性，雷害的治理措施必须通过多方面综合地进行防治。这里重点介绍目前国际上比较成熟的DBSE技术，即分流(Dividing)、均压(Bonding)、屏蔽(Shielding)、接地(Earthing)四项技术。只有通过综合运用这四项技术才能真正达到信息系统的防雷保护[4]。

按照DBSE技术架构综合防雷系统，必须有两大部分组成，即外部防雷措施和内部防雷措施。外部防雷措施主要为接闪器、引下线、屏蔽、接地装置，内部防雷措施主要是安装电涌保护器(SPD)、合理布线、等电位连接。综合防雷系统很关键的一条就是必须采用共用接地系统。

3.2 信息防雷保护系统的构建

信息系统防雷保护系统构建及针对性措施整体包括以下要点：

(1)防直击雷。保持现状的防范措施，并确保有效。主要采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，然后通过良好的接地网络迅速将雷电流泄入大地。

(2)防感应雷。建立全方位防雷保护，由四个部分构成。

其一，电源防雷。保证配电部分三级防雷保护，第一级防护在电源总配电室内的进线配电柜上或主配电盘上。第二级防护主要安装在设备专用配电柜上。第三级防雷设置在用电设备的电源端，用于保护最终设备。

其二，信号防雷。采用信号避雷器防雷串联或并联在通信线路上，要取得良好的效果关键要选择合适的通信避雷器，可以根据数据网络通讯线路的类型、通信频带、线路电平等进行配备。

其三，等电位连接。确保周边金属构件在雷击情况下产生感应电磁，最大限度地降低防雷区域内金属构件相互间的电位差。等电位连接技术要求：防雷区域内建筑物的金属构件、设备金属外壳、电缆的金属外皮、金属管线的桥接必须与接地系统进行良好连接。

其四，重复接地及金属屏蔽。首先在铺设线缆和套管过程中，要尽量避免架空铺设、高位铺设，首选采用埋地电缆并用金属套管进行屏蔽，金属套管在进入机房前重复接地，降低线缆上引入雷电高压[1]。

4 结束语

总之，石油库属于高危险区域，防范雷电袭击是投资建设或隐患改造的重点之一，在不断提高油库自动化水平的同时，更要合理地设计和完善石油库的信息系统的防雷保护方案，构建综合防雷保护系统。必须清醒地认识到信息系统自身的脆弱性及其稳定的重要性，深入分析防雷系统的完善的空间，通过技术革新，提高防雷保护的实效。