天然气分输站SISPLC 冗余系统雷电干扰故障处理与预防策略研究

一、引言

天然气分输站是天然气输送网络的重要节点，承担着调节、分配和输送天然气的关键任务。站内的 SIS（安全仪表系统）PLC（可编程逻辑控制器）冗余系统肩负着监测运行参数、控制设备动作以及在异常情况下迅速触发安全保护措施的重任，是保障分输站安全、稳定运行的核心。但在实际运行中，雷电干扰已成为了影响 SISPLC 冗余系统正常工作的突出因素。雷电发生时，强大的电磁感应和瞬间过电压，会通过多种途径侵入系统，导致数据传输错误、控制指令异常甚至硬件的损坏，进而可引发分输站设备停运、供气中断等严重的后果。因此，深入研究天然气分输站 SISPLC 冗余系统雷电干扰故障处理与预防策略，具有重要的现实意义。

二、雷电干扰引发的故障现象及原因分析

（一）常见故障现象

在雷电干扰下，SISPLC 冗余系统会出现多种故障现象。数据传输错误频发，会导致控制器接收到的现场数据与实际值偏差较大，比如压力传感器反馈的压力数据瞬间跳变，会使系统基于错误数据做出错误判断与控制决策。控制指令异常也是常见的问题，系统可能会误发阀门开闭指令，致使天然气输送流程混乱，影响到分输站的正常运行。严重时，硬件设备可能会遭受到损坏，PLC控制器、输入输出模块等芯片发生烧毁，电路板出现短路、断路等故障，会造成系统的局部或整体瘫痪，使分输站被迫紧急停产检修。

（二）干扰途径与原因剖析

雷电干扰入侵 SISPLC 冗余系统主要有三条途径。在空间辐射干扰方面，雷电发生时会产生强大的电磁辐射，形成的电磁场可以直接穿透系统外壳，在内部电路中感应出干扰电流和电压。例如，当分输站处于强雷电活动区域，系统附近的架空通信线路、金属管道等导体会在电磁场作用下成为二次辐射源，进一步增强对系统的干扰。在传导干扰上，雷电过电压可以通过电源线、信号线等传导至系统。电源线引入干扰较为常见，由于分输站电源通常会与外部电网相连，雷电产生的瞬间过电压可通过电网传输至系统电源模块，超出其耐压范围，会损坏电源及后端设备。

三、故障处理方法

（一）应急处理流程

一旦 SISPLC 冗余系统因雷电干扰出现故障，需要立即启动应急处理流程。现场操作人员要第一时间向值班负责人报告故障情况，详细说明故障现象，比如哪些设备报警、系统哪些功能异常等。值班负责人要迅速组织技术人员赶赴现场，同时通知相关部门，如维修部门要准备抢修工具与备用零部件，调度部门调整供气计划，降低故障对下游用户的影响。在技术人员到达现场后，首先要对系统进行全面检查，通过查看系统故障报警信息、分析控制器日志，初步判断故障类型与可能原因。如果是数据传输错误或控制指令异常，可尝试重启相关模块或设备，观察系统是否恢复正常。若硬件损坏，要立即隔离故障设备，防止故障扩大，同时要评估损坏程度，确定维修或更换方案。在整个处理过程中，技术人员需要与调度部门保持密切沟通，及时反馈故障处理进展，以确保分输站在安全前提下，尽快恢复正常运行。

（二）故障排查与修复措施

故障排查要从硬件和软件两方面入手。在硬件排查时，可使用专业检测工具，如万用表测量电源电压是否正常，检查电源线、信号线是否存在短路、断路；用示波器检测信号波形，判断是否存在干扰信号。对于怀疑损坏的芯片、电路板等，可采用替换法，将备用模块替换疑似故障模块，观察系统运行状态是否改善，以此确定故障硬件并及时更换。软件排查主要是检查系统程序是否因雷电干扰出现错误，如程序丢失、数据溢出等。通过备份程序恢复系统软件，重新下载正确的控制程序至控制器，同时对系统参数进行核对与修正，确保与分输站实际运行工况相符。

四、预防策略

（一）硬件层面的防护措施

硬件防护是预防雷电干扰的基础。在电源防护上，可采用隔离变压器为SISPLC 冗余系统供电，隔离变压器可以有效地阻断雷电过电压通过电源传导，其容量要比系统实际需求大 1.2-1.5 倍，以确保稳定供电。同时，在电源输入端要安装电源浪涌保护器，当雷电过电压出现时，浪涌保护器会迅速动作，将过电压限制在安全的范围内，以保护系统电源及设备。信号线路防护方面，选用屏蔽电缆传输信号，屏蔽层两端要良好接地，可有效降低空间辐射干扰对信号的影响。对于重要信号线，如连接关键传感器与控制器的线路，可在信号输入端安装信号浪涌保护器，以防止雷电感应电压损坏输入模块。接地系统优化至关重要，可为系统设置独立、良好的接地极，接地电阻要小于 4Ω ，确保雷电电流能迅速、安全地导入大地，要定期对接地电阻进行检测，确保接地系统始终处于良好状态。

（二）软件层面的抗干扰设计

软件抗干扰设计可进一步提升系统应对雷电干扰的能力。采用数字滤波算法，可对采集到的现场数据进行处理，滤除因雷电干扰产生的噪声信号，以提高数据的准确性。例如，使用均值滤波算法，对多次采集的数据进行平均计算，消除瞬间干扰引起的数据跳变。在程序设计中，增加容错处理机制，当系统接收到异常数据或指令时，不是立即执行，而是先进行合理性地判断，如数据超出正常范围则判定为无效数据，避免基于错误数据做出错误控制决策。同时，设置软件看门狗定时器，定期监测系统程序运行状态，若程序因雷电干扰出现死锁或跑飞现象，看门狗定时器将触发系统复位，使程序恢复到正常运行。

（三）日常维护与监测机制

建立完善的日常维护与监测机制是预防雷电干扰故障的重要保障。日常维护中，要定期对 SISPLC 冗余系统硬件设备进行清洁，防止灰尘积累影响设备散热与性能。检查设备连接线缆是否松动、老化，及时紧固或更换，以确保系统硬件连接可靠。对软件系统进行定期升级，更新系统补丁，提升系统稳定性与抗干扰能力。在监测机制上，可利用系统自带的诊断功能，实时监测系统运行状态，如控制器负载率、内存使用情况、通信链路质量等参数，当参数超出正常范围时及时报警。同时，在分输站周边安装雷电监测设备，实时监测雷电活动情况，提前做好防范准备。

五、结语

天然气分输站 SISPLC 冗余系统的稳定运行对天然气输送安全至关重要，而雷电干扰是威胁其正常运行的重要因素。通过深入分析雷电干扰引发的故障现象与原因，采取及时有效的故障处理方法，从硬件防护、软件设计以及日常维护监测等多方面构建预防策略，能够显著地提升系统的抗雷电干扰能力，保障天然气分输站安全、稳定运行。未来，随着技术的不断发展，需要持续关注新型防雷技术与设备，进一步优化系统设计与管理，为天然气输送行业的安全发展提供更加坚实的保障。

参考文献

[1] 段武荣，杨秀清，段振贵，等. 天然气场站雷击事故分析及技术探讨[C]//《煤气与热力》杂志社有限公司 . 中国燃气运营与安全研讨会（第十三届）论文集（上册）. 成都华润燃气设计有限公司;，2024：469-475.