天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷分析

李佳凱 薛建 鄭博仁 孟軍

摘 要：社會(huì)快速發(fā)展的背景下，對(duì)于天然氣能源需求量越來越大，這極大的促進(jìn)著天然氣企業(yè)發(fā)展。天然氣集輸站場(chǎng)運(yùn)行期間，極易遭受雷電災(zāi)害的影響導(dǎo)致自動(dòng)化儀表系統(tǒng)損壞，影響天然氣集輸站場(chǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此積極做好自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷工作顯得至關(guān)重要。本文首先分析了天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)雷擊危害形式;其次探討了天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷對(duì)策。

關(guān)鍵詞：天然氣;集輸站場(chǎng);自動(dòng)化儀表系統(tǒng);防雷措施

引言

在天然氣集輸站場(chǎng)中，自動(dòng)化儀表系統(tǒng)起到了重要作用，是保證天然氣集輸站場(chǎng)安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。如自動(dòng)化儀表系統(tǒng)遭受雷擊，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障及損壞，甚至?xí)斐扇藛T傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，造成惡劣的社會(huì)影響，所以必須要重視自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)工作。

一、天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)雷擊危害形式分析

結(jié)合雷擊的形式及構(gòu)成原因的不同，天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)雷擊主要包括兩種，一種是直接型雷擊，另一種是感應(yīng)型雷擊，具體如下：

（一）直接型雷擊

直接型累計(jì)主要以危害天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表設(shè)備及其線路為主，不僅會(huì)嚴(yán)重破壞自動(dòng)化儀表涉筆傳感器核心，同時(shí)也會(huì)極大的影響到變送器所加載的線路電板。遭受雷擊的情況下，雷電流沿著儀表支架流向地表，在這期間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的的磁場(chǎng)感應(yīng)用力，并通過電子信號(hào)傳輸?shù)娇刂破鳎茐目刂剖覂?nèi)的電子設(shè)備，影響其正常應(yīng)用。

（二）感應(yīng)型雷擊

1.靜電感應(yīng)

靜電感應(yīng)雷擊區(qū)域范圍內(nèi)的物體，特別是一些大體積導(dǎo)體，會(huì)積聚大量電荷，飽和狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。放電期間電流竄入自動(dòng)化儀表系統(tǒng)或者儀表設(shè)備中，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重受損，影響天然氣集輸站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.電磁脈沖輻射

受到雷電流的影響，會(huì)形成電磁脈沖輻射，進(jìn)而在天然氣集輸站場(chǎng)周邊環(huán)境、空間中產(chǎn)生電磁場(chǎng)，然后向周邊區(qū)域發(fā)射電磁波，在較短時(shí)間內(nèi)電磁會(huì)耦合到控制內(nèi)的多個(gè)設(shè)備上，例如：計(jì)算機(jī)設(shè)備、自動(dòng)化儀表設(shè)備等，然后產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及大電流，破壞天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)及設(shè)備，甚至?xí){到人員安全，造成巨大的損失。

二、天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷對(duì)策探討

（一）接閃

眾所周知，雷擊是自然災(zāi)害，對(duì)于天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)所帶來的危害是不可預(yù)知的，為盡可能減少損失，降低雷擊對(duì)于自動(dòng)化儀表系統(tǒng)所帶來的影響，要綜合應(yīng)用外接、導(dǎo)流等方式來防護(hù)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)。在這其中，接閃是常見的防雷措施，通過在天然氣集輸站場(chǎng)建筑物安裝防雷裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)油罐等高危設(shè)施以及自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的有效保護(hù)。在防雷設(shè)計(jì)中，要積極做好對(duì)天然氣集輸站場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)和周邊建筑物的融合防雷設(shè)計(jì)工作，以便于達(dá)到更加理想的防雷效果。

（二）均壓

雷電天氣下，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，不同位置、區(qū)域的雷電感應(yīng)是不同的。電流流過的路徑電位升高后，會(huì)和正常構(gòu)件的電位形成電流差，電流差遠(yuǎn)超絕緣耐受強(qiáng)度，因而也就會(huì)破壞自動(dòng)化儀表系統(tǒng)。自動(dòng)化儀表系統(tǒng)遭受雷擊后，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的高電流，如果能夠?qū)⒏唠娏魇枭⒌阶詣?dòng)化儀表系統(tǒng)外或者輸送到不同的儀表構(gòu)件，這會(huì)降低電流差，降低對(duì)于儀表系統(tǒng)所帶來的危害。依靠這一原理，均壓防雷模式得以產(chǎn)生，在雷電天氣前將天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)金屬導(dǎo)體構(gòu)件及室內(nèi)控制設(shè)備金屬構(gòu)件進(jìn)行連接進(jìn)而形成通暢的整體電路，然后將防雷接地系統(tǒng)連接于儀表控制室并將其設(shè)置于室外，在遭受雷擊的情況下，能夠?qū)⑤^大的電流均勻輸送到所連接的金屬設(shè)備，金屬設(shè)備負(fù)荷電流一致并且屬于絕緣耐受強(qiáng)度內(nèi)，利用防雷接地系統(tǒng)導(dǎo)出電流，進(jìn)而避免影響自動(dòng)化儀表系統(tǒng)，當(dāng)前均壓防雷模式在天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷中實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。

（三）接地

1.浮地

浮地是指儀表工作區(qū)域之間和建筑物接地系統(tǒng)具備較強(qiáng)的絕緣性，當(dāng)建筑設(shè)施遭受電磁干擾的情況下，會(huì)利用接地系統(tǒng)釋放電流，避免影響自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。但是自動(dòng)化儀表外殼需要保護(hù)接地，在面對(duì)強(qiáng)大雷擊的情況下，會(huì)導(dǎo)致儀表外殼和內(nèi)部電子電路之間產(chǎn)生強(qiáng)大的電壓，極易擊穿絕緣間隙，進(jìn)而破壞電子線路。

2.多點(diǎn)接地

多點(diǎn)接地指的是將自動(dòng)化儀表、PLC等設(shè)備和保護(hù)接地相區(qū)分，其優(yōu)勢(shì)在于能夠達(dá)到就近接地的目的。但是，如果雷電波非常強(qiáng)烈，極易導(dǎo)致進(jìn)入防雷系統(tǒng)，入侵的高電壓會(huì)破壞電子線路。由于浮地和多點(diǎn)接地防雷效果不理想，因此需要將保護(hù)地和工作地連接然后再接入防雷接地系統(tǒng)，以便于達(dá)到更加理想的防雷效果。

（四）屏蔽

天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷屏蔽，主要是由三部分所構(gòu)成的，包括：控制室屏蔽，現(xiàn)場(chǎng)儀表屏蔽，信號(hào)線和電源線屏蔽等。在這其中，控制室屏蔽發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，控制室是自動(dòng)化儀表系統(tǒng)核心，對(duì)于雷擊所產(chǎn)生的耐沖具備較高的敏感度，所以在墻壁內(nèi)鋼筋交點(diǎn)處進(jìn)行電氣連接，進(jìn)而形成帶開口的屏蔽籠，然后將接地環(huán)與其連接在一起，達(dá)到屏蔽的目的。與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)儀表屏蔽模式下，要想降低雷電對(duì)于自動(dòng)化儀表所造成的破壞，可以使用金屬儀表箱來防雷，將儀表箱保護(hù)殼和金屬設(shè)備等電位連接，然后將其并入防雷接地系統(tǒng)即可。此外，為降低雷電所產(chǎn)生的電磁脈沖，有必要將信號(hào)線和低壓電源線更換為金屬屏蔽層的電纜。為有效解決多點(diǎn)接地所產(chǎn)生的低頻干擾問題，可以將其穿入到金屬導(dǎo)管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)線、電源線的低頻干擾的有效屏蔽。

三、結(jié)語

綜上所述，天然氣集輸站場(chǎng)作為天然氣集聚、輸送的重要場(chǎng)所，保證其安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。自動(dòng)化儀表系統(tǒng)作為天然氣集輸站場(chǎng)的重要設(shè)施設(shè)備，要高度重視防雷工作，積極創(chuàng)新優(yōu)化自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的防雷機(jī)制，提升天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷水平，降低雷電對(duì)于自動(dòng)化儀表系統(tǒng)所造成的危害，確保自動(dòng)化儀表系統(tǒng)正常運(yùn)行，保障人員安全。

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（長(zhǎng)慶油田長(zhǎng)北作業(yè)分公司作業(yè)一區(qū)? ?陜西 榆林 719000）