制氧装置DCS遭雷击的案例分析与处理
编号：SM-ZD-58861
制氧装置DCS遭雷击的案例分析与处理
Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives
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制氧装置DCS遭雷击的案例分析与
处理
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1 引言
我厂老区2#制氧机于20xx年9月建成投产，DCS控制系统采用的是中控技术公司的JX-300X控制系统。该系统自投运以来，运行情况一直较好，但自20xx年后，系统先后遭受两次雷击事故，严重威胁到了制氧机的安全、稳定运行。本文介绍了我厂JX-300X控制系统遭受雷击后充分利用现有的设备条件，灵活运用该系统硬件故障判断技术，结合实际工作中摸索出的技巧，较好地判断出故障卡件存在的位置，在不停机的情况下成功处理DCS雷击故障。
2 雷击事故现象与处理
20xx年6月28日、7月7日，我厂2#制氧机DCS控制系统曾两次遭受雷击。工艺人员检查现场设备均未停机，且各现场工艺参数均较正常，但大部分参数不能正常操作调
节。
2.1仪控检查
DCS控制系统1#机柜硬件故障诊断画面显示2#地址主控卡（SP243X）的I/O控制器故障，所有机笼通讯全部中断，数据转发卡（SP233）全部闪红灯，控制系统检测点数据全部保持，共损坏12块卡件，含数据转发卡（SP233）8块、主控卡1块，还有模拟量输入卡（SP313），模拟量输入卡均分布在1#机柜第一个机笼。同时现场有2个变送器损坏：其中1个为高压氮气压力，1个为中压氮气压力，1个测点位置在离中央控制室150m 处供气调配室，另1测点位置在离中央控制室100m 处中压氮气总管附近。
2.2故障判断
2.2.1 1#机柜控制系统通讯已全部中断，数据全部保持。主要是由于数据转发卡（SP233）的故障导致机笼与机笼之间、机笼与主控卡（SP243X）之间通讯中断造成（总线故障可能性较小）。
2.2.2 2#地址主控卡（SP243X）的I/O控制器故障报警可能是主控卡（SP243X）故障造成。
2.2.3 因JX-300X控制系统具有主控卡（SP243X）冗余工作、数据转发卡（SP233）冗余工作、模拟量输入卡（SP313）保持等特点，使DCS控制系统在遭受雷击时未导致现场仪控部分动作，从而未造成现场停机。
2.3 应急处理措施
2.3.1 根据现场设备均未停机，且各现场工艺参数均还正常的情况，应快速恢复仪控DCS投用，避免工艺原因被迫人工停机，我们采取了从2#机柜将数据转发卡（SP233）（每个机笼取1块）转移到1#机柜相同机笼的备用数据转发卡（SP233）位置的措施（转移的是第一机笼），我们发现第一机笼的通讯已建立，类推换下其他机笼卡件，发现在硬件故障诊断画面仍有部分数据转发卡（SP233）闪红灯，观察发现后面换上去的数据转发卡均处于工作状态（1#机柜未被替换下的数据转发卡处于备用状态），我们试着把未被替换下的数据转发卡全部拔出，最后发现基本通讯已建立。
2.3.2 根据故障模拟量输入卡（SP313）发现，损坏的为控制系统1#机柜第一机笼的13#、14#卡件，且这2块卡件（共8点信号）其中的7点信号都在同一根信号电缆内，另
一点位置单独在一屏蔽电缆内（离中央控制室100m 处中压氮气总管附近）。雷击可能是从这根信号电缆串入。
3 雷击事故分析与预防措施
3.1 故障卡件维修报告分析
主控卡（SP243X）：
更换卡件内DS75176BN（U13）DIP模块。卡件故障分析：卡件通讯接口电路有强信号接入，造成卡件故障，不能正常工作。
数据转发卡（SP233）：
更换卡件内DS75176BN（U9）DIP模块。卡件故障分析：卡件通讯接口电路有强信号接入，造成卡件故障，不能正常工作。模拟量输入卡（SP313）：
更换卡件内SCB434（B1,B2），FU120N（T7,T8），MC14019BCP（U6），18V稳压二级管（Z1,Z2,Z3,Z4），TLP521-2（U5,U22）。卡件输入端有强信号串入，导致卡件上的各通道芯片被击穿或烧坏，造成无法正常工作，卡件上元器件特别是集成电路基本上全部损坏。
由此可以断定DCS控制系统遭受雷击的主要原因是：
感应电流通过I/O信号（烧毁模拟量输入卡（SP313）连接的信号电缆的模拟信号）进入控制系统，造成卡件损坏。
图现场电缆敷设与防雷引下线距离较小
3.2 装置周边环境及工程环境的影响
3.2.1 本装置的主体设备设置在一个独立的南北方向矩形建筑物内，边长约为20m×12m，建筑物为钢筋混凝土框架结构，主体分为两层半。建筑物东面为一约60m高的空分塔，塔上设置有避雷针，以空分塔建筑内结构钢筋为引下线。控制室位于框架二楼。该建筑物同空分塔均处于山谷内，容易遭受雷击。
3.2.2 外部I/O电缆敷设不规范。
从防雷的角度，要求外部I/O电缆的敷设需遵循I/O电缆的走线桥架必须采用金属材质，和I/O电缆的走线桥架必须和建筑物的防直击雷的引下线保持大于300mm的距离，且信号线和动力线不能在同一桥架内。
3.2.2 .1 I/O电缆的走线桥架未采用金属材质，而是塑
料桥架。
I/O电缆的敷设需遵循I/O电缆的走线桥架必须采用金属材质，且桥架之间必须要用铜编织带保持良好的电气连接，金属桥架必须每隔30m设一个接地点。而本装置未采用金属材质的桥架，同时有小部分I/O电缆敷设在桥架外，这部分电缆极易接收遭受雷电放电时产生的强大的脉冲电磁场，在信号线上感应数以千伏计的浪涌电压，并通过卡件形成电流回路，击坏相应的卡件通道或公共电路。
3.2.2 .2 I/O电缆的走线桥架和建筑物的防直击雷的引下线未大于300mm的距离。
I/O电缆的走线桥架和建筑物的防直击雷的引下线应保持大于300mm的距离。因为雷云放电时，引下线中的雷电流通过近场的电感性耦合，会在附近的金属线缆上感应出数以千伏的浪涌电压。
3.2.2 .3 现场厂房一层配电室内部分信号电缆和动力电缆在同一桥架内。
为确保信号电缆传输信号的真实性、可靠性，且不易感应电流，现场厂房一层配电室内部分信号电缆和动力电缆不
能在同一桥架内。
3.3 整改与预防
3.3.1 供气调配室至DCS的屏蔽信号电缆应与防雷引下线距离为300mm。
3.3.2 供气调配室至DCS的屏蔽信号电缆上方1000mm处安装避雷带，且该避雷带与防雷引下线连通。
3.3.3 在供气调配室至DCS的模入信号及中压氮压力信号均加装SPD电涌保护器。
3.3.4 现场厂房一层配电室内部分信号电缆和动力电缆分成两个桥架，且桥架保持一定距离。
4 结束语
JX-300X控制系统遭受雷击后，在不停机的情况下能成功处理DCS雷击故障，快速恢复正常生产。从自动化角度看，这是JX-300X控制系统大规模硬件故障自己实践处理的一次尝试，更是DCS控制系统应用的一次深入。JX-300X控制系统大规模硬件故障在不停机的情况下成功得以解决，充分体现了“服务主体，服务操作”的原则，为工艺、设备、生产等方面带来了便捷，从而为实现制氧机的安全、稳定、