長輸管線閥室設(shè)備的防雷裝置

汪濤

摘 要：由于各行業(yè)對(duì)能源的需求致使長輸管道的應(yīng)用增多，又因?yàn)橛汀獾奈ｋU(xiǎn)性，使其中的安全問題尤為突出。本文著重闡述了一種用于長輸管線閥室設(shè)備的防雷裝置，能有效解決防雷保護(hù)與陰極保護(hù)的接地矛盾問題，保證了長輸管線閥室的安全和可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：長輸管線；閥室防雷；感應(yīng)雷；防雷裝置

1 背景

近些年來，隨著各行業(yè)對(duì)能源的需要，各類長輸管線已遍布世界各地。長輸管線常遭直擊雷或感應(yīng)雷的破壞，原因在于，無論是在地面上明敷還是埋地的管線，上空附近即將產(chǎn)生雷云放電時(shí)，其下方大面積內(nèi)的地面會(huì)形成巨型電場，管線感應(yīng)出與雷云底部符號(hào)相反的電荷。根據(jù)雷云放電原理，當(dāng)電荷積累到一定程度且又具備放電條件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一次強(qiáng)放電過程，如雷云對(duì)管線附近的高大構(gòu)筑物放電，此時(shí)云地電荷迅速消失。對(duì)于埋地管道，往往有其防腐絕緣層：對(duì)于防腐絕緣層電阻較低（絕緣性能差）的管道，電流會(huì)通過絕緣層的漏點(diǎn)消散，不會(huì)產(chǎn)生大的破壞力；對(duì)于防腐絕緣層電阻較高（絕緣性能好）的管道，電流不能通過絕緣層本身的漏點(diǎn)快速散泄入地，管道上絕緣不良或接觸不良的部位就會(huì)產(chǎn)生高電壓，從而引起二次放電?，F(xiàn)今大多管道采用3層PE絕緣防腐，其絕緣性能優(yōu)良。這就是管道設(shè)備、設(shè)施遭受雷電破壞（間接雷電危害）的主要原因。

長輸管線閥室的各類設(shè)備都處在陰極保護(hù)的范圍內(nèi)，此類設(shè)備不能直接接地，否則可能導(dǎo)致陰極保護(hù)電流過多泄露，因此此類設(shè)備對(duì)地之間不能形成良好的電氣接地。由于雷電感應(yīng)在線路上產(chǎn)生的高壓電不能直接泄入大地，因此對(duì)閥室設(shè)備絕緣薄弱的部位放電甚至放弧。如果恰逢此類設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，又有部分作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力的天然氣泄漏，則可能造成爆炸事故。

2 雷擊的危害形式

2.1 直擊雷

電流通過管線周圍建筑物等地表物體瞬間產(chǎn)生高熱及強(qiáng)烈振動(dòng)，引起燃燒、爆炸，致使物體遭受破壞。

2.2 接地電位反擊

瞬間產(chǎn)生的高壓電經(jīng)由地表物體匯入地下網(wǎng)路，首先使接地部位電位升高，與其他部分的地網(wǎng)出現(xiàn)了電位差，從而導(dǎo)致電器設(shè)備的損壞，同時(shí)危害人的生命安全。

2.3 感應(yīng)雷

也稱為感應(yīng)過電壓或雷電感應(yīng)。感應(yīng)雷可分為電磁感應(yīng)雷和靜電感應(yīng)雷：電磁感應(yīng)雷是在雷電放電時(shí)，強(qiáng)大的沖擊雷電流在周圍空間內(nèi)產(chǎn)生快速變化的磁場所引起的，處于這一電磁場中的導(dǎo)體將感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)；靜電感應(yīng)雷是帶電積云接近地面，碰到凸出的電導(dǎo)性物而感應(yīng)出大量電荷，絕緣體和導(dǎo)體對(duì)電荷的泄散速度差異所引起的。感應(yīng)雷若不及時(shí)泄入地下，可能產(chǎn)生放電火花引燃可燃?xì)怏w，從而引起火災(zāi)、爆炸或觸電事故。很多情況下雷并沒有直接擊中建筑物，但建筑物內(nèi)的電器設(shè)備仍被破壞，這是因?yàn)槔纂姰a(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場在閉合回路中的金屬物上產(chǎn)生感應(yīng)電流，沿著供電線路等進(jìn)入建筑物內(nèi)電器設(shè)備的輸入端口從而將電器設(shè)備損壞。

2.4 開關(guān)過電壓

供電系統(tǒng)中電容性、電感性負(fù)載開啟、斷開或電源線路短路等，都能在電源線路上產(chǎn)生脈沖高電壓，損壞設(shè)備，效果與雷擊類似。

3 裝置介紹

為了保證長輸管線閥室設(shè)備的安全，本文將介紹一種用于長輸管線閥室設(shè)備的防雷裝置。

3.1 裝置描述

本文所述的長輸管線閥室設(shè)備的防感應(yīng)雷裝置，包括固態(tài)去耦器、放電計(jì)數(shù)器和遠(yuǎn)傳設(shè)備：固態(tài)去耦器，其一端連接長輸管線，另一端連接放電計(jì)數(shù)器，當(dāng)管線在雷電情況下的感應(yīng)電壓超過其導(dǎo)通閾值時(shí)，呈現(xiàn)完全導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通后將感應(yīng)電壓泄放入大地；放電計(jì)數(shù)器，一端與固態(tài)去耦器相連，另一端接地，對(duì)固態(tài)去耦器工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)及累計(jì)計(jì)數(shù)，并在線記錄長輸管線上雷電感應(yīng)放電次數(shù)和過電壓次數(shù)；遠(yuǎn)傳設(shè)備，連接固態(tài)去耦器和放電計(jì)數(shù)器，收集固態(tài)去耦器狀態(tài)、長輸管線上的過電壓次數(shù)和雷電感應(yīng)放電次數(shù)，并上傳至閥室的控制室。如圖1所示。

3.2 裝置優(yōu)點(diǎn)

此防感應(yīng)雷裝置，解決了各類長輸管線閥室設(shè)備的防感應(yīng)雷問題，有效解決了防雷保護(hù)與陰極保護(hù)的接地矛盾問題，同時(shí)此裝置能與控制室進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類防感應(yīng)雷數(shù)據(jù)，有效保證了長輸管線閥室的安全和可靠運(yùn)行。

3.3 改進(jìn)空間

（1）固態(tài)去耦器的導(dǎo)通閾值為±2V，使得固態(tài)去耦器具有防雷電感應(yīng)功能。在正常狀態(tài)下不導(dǎo)通，有效防止陰極保護(hù)電流的泄露（陰極保護(hù)電位約為-1.5V）；當(dāng)長輸管線在雷電情況下的感應(yīng)電壓超過閾值時(shí)直接對(duì)地導(dǎo)通，將感應(yīng)電荷泄入大地，有效避免感應(yīng)高電壓對(duì)線路上設(shè)備的損壞。

（2）固態(tài)去耦器安裝在長輸管線閥室內(nèi)，且固定在長輸管線的伸出地面段上。便于固態(tài)去耦器更好地保護(hù)管線上的設(shè)備不再被感應(yīng)高電壓損壞。

（3）固態(tài)去耦器、放電計(jì)數(shù)器和遠(yuǎn)傳設(shè)備集成在一個(gè)金屬箱體內(nèi)，且固態(tài)去耦器連接長輸管線的一端穿過金屬箱體連接至長輸管線的閥體執(zhí)行機(jī)構(gòu)，放電計(jì)數(shù)器接地的一端穿過金屬罩殼后再接地。通過金屬箱體將這3個(gè)組件集成為一體，便于安裝，利于美觀。

（4）防感應(yīng)雷裝置采用智能模塊化積木式結(jié)構(gòu)，用于根據(jù)長輸管線閥室實(shí)際需求組合上述固態(tài)去耦器、放電計(jì)數(shù)器和遠(yuǎn)傳設(shè)備，可根據(jù)閥室實(shí)際需求進(jìn)行組合，滿足不同用戶的需要。

（5）遠(yuǎn)傳設(shè)備通過以太網(wǎng)方式和RS485方式與長輸管線閥室的控制室通訊，使控制室能了解每個(gè)閥室的防雷狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管線的各類感應(yīng)電壓是否超標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[2]任鳳堃.輸氣管道防雷設(shè)計(jì)[J].石油工程建設(shè)，2009，（S1）：37-38.

（作者單位：中石化西南油氣分公司油氣銷售中心）