天然氣場(chǎng)站設(shè)備及電氣控制系統(tǒng)防雷防護(hù)問題探析

趙艷慶

（中國(guó)石油管道局工程有限公司第三工程分公司，河南 鄭州 451450）

一、天然氣場(chǎng)站設(shè)備及電氣控制系統(tǒng)防雷防護(hù)問題

（一）雷電對(duì)儀表控制系統(tǒng)的影響

1.直接雷擊。雷電直接擊中現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備或與之連接的管路，通常會(huì)損壞儀表的傳感器模件并且可能損壞變送器的控制主板。雷電流在沿儀表支架流入大地的過程中，產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)磁場(chǎng)，能通過信號(hào)傳輸線路耦合到控制室設(shè)備，損壞控制設(shè)備。

2.感應(yīng)雷擊。一種是靜電感應(yīng)。當(dāng)雷云來臨時(shí)，地面物體尤其是導(dǎo)體聚積大量電荷產(chǎn)生放電，放電電流若進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表和用電設(shè)備，將造成設(shè)備損壞。另一種是電磁脈沖輻射。雷電流在其通道周圍的空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)，向外輻射電磁波，耦合到控制室的控制設(shè)備以及各類金屬導(dǎo)體上，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電流，將造成設(shè)備故障或損壞，甚至使控制系統(tǒng)失靈。

3.雷電過電壓侵入。直接雷擊或雷電感應(yīng)都可能使導(dǎo)線或金屬管道產(chǎn)生過電壓，過電壓沿各種金屬管道、電纜槽、電纜線路就可能將高電位引入儀表控制系統(tǒng)造成干擾甚至損壞。

4.反擊。防雷裝置接閃時(shí)，強(qiáng)大的瞬間雷電流通過引下線流入接地裝置，由于大地電阻的存在，雷電電荷不可能快速向大地泄放，因而會(huì)引起局部地電位上升（可能成百上千伏），如果儀表控制系統(tǒng)的接地體與該點(diǎn)沒有足夠安全距離，它們之間就會(huì)產(chǎn)生放電，造成反擊電流，可直接擊穿在用電器的絕緣部分，對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾乃至破壞。

（二）雷電對(duì)天然氣管道的影響

當(dāng)場(chǎng)站的工藝管道附近產(chǎn)生雷電的時(shí)候其下方就可以形成一個(gè)靜電場(chǎng)，同時(shí)埋地管道也會(huì)同大地表面感應(yīng)出相反的電荷，這樣一來當(dāng)電荷積累到一定程度達(dá)到放電條件之后就會(huì)出現(xiàn)一次劇烈的放電過程。與此同時(shí)，原有的云地電荷會(huì)迅速消失，管道內(nèi)部的感應(yīng)電荷放泄效率也會(huì)放慢。但是金屬管道本身就是一個(gè)優(yōu)良的導(dǎo)體，因此很容易會(huì)受到雷電的攻擊。不僅是工藝管道，一些管道陰極保護(hù)設(shè)備也經(jīng)常會(huì)受到雷電的襲擊，其中最嚴(yán)重的就是管道內(nèi)的燃?xì)忪o電引燃，將會(huì)產(chǎn)生巨大的危害。

二、天然氣場(chǎng)站設(shè)備及電氣控制系統(tǒng)防雷防護(hù)措施

（一）建立了良好的雷電防護(hù)措施

一個(gè)完善的雷電防護(hù)設(shè)施應(yīng)該由電涌保護(hù)、防閃絡(luò)技術(shù)和裝置設(shè)計(jì)、等電位連接技術(shù)和外部防雷裝置設(shè)計(jì)組成。在電涌保護(hù)工作中，我們通常采用非線性特征來實(shí)現(xiàn)，借助某些元器件所具有的非線性特征，組成SPD（即電涌保護(hù)器），并使之與信號(hào)線路和配電線路連接，以此起到傳導(dǎo)大負(fù)荷電流的作用。為了減少對(duì)天然氣場(chǎng)站的空間磁場(chǎng)入侵，并且對(duì)雷電波實(shí)現(xiàn)阻塞作用，我們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)用了防閃絡(luò)裝置和屏蔽裝置以及等電位連接裝置，通過這三種裝置的組合，我們能夠?qū)崿F(xiàn)天然氣場(chǎng)站防雷防靜電的目的。此外，我們將防雷接地裝置、防雷引下線和防雷接閃器裝置綜合起來，組成了外部防雷裝置，此裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)雷電流的傳導(dǎo)功能，使得泄入大地的雷電流能夠達(dá)到50%以上。

（二）等電位連接檢查和測(cè)試

①大尺寸金屬物的連接檢查與測(cè)試。檢查設(shè)備、管道、構(gòu)架、均壓環(huán)、鋼骨架、鋼窗、放散管、吊車、金屬地板、電梯軌道、欄桿等大尺寸金屬物與共用接地裝置的連接情況。如已連接，檢查連接質(zhì)量，連接導(dǎo)體的材料和尺寸。②平行敷設(shè)的長(zhǎng)金屬物的檢查和測(cè)試。檢查平行或交叉敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長(zhǎng)金屬物，其凈距小于規(guī)定要求值時(shí)的金屬線跨接情況。如已跨接，檢查連接質(zhì)量，連接導(dǎo)體的材料和尺寸。③長(zhǎng)金屬物的彎頭，閥門等連接物的檢查和測(cè)試。檢查建筑物中長(zhǎng)金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻，當(dāng)過渡電阻大于0.03Ω 時(shí)，檢查是否有跨接的金屬線，并檢查連接質(zhì)量，連接導(dǎo)體的材料和尺寸。④低壓配電線路埋地引入和連接的檢查與測(cè)試。檢查低壓配電線路是否全線埋地或敷設(shè)在架空金屬線槽內(nèi)引入。⑤建筑物內(nèi)豎直敷設(shè)的金屬管道及金屬物的檢查和測(cè)試。檢查建筑物內(nèi)豎直敷設(shè)的金屬管道及金屬物與建筑物內(nèi)鋼筋就近不少于兩處的連接，如已連接，檢查連接質(zhì)量、連接導(dǎo)體的材料和尺寸。

（三）電氣控制系統(tǒng)防雷措施

電氣控制系統(tǒng)防雷一定要全面，要從每一個(gè)環(huán)節(jié)來對(duì)電氣系統(tǒng)的雷電防護(hù)措施進(jìn)行檢驗(yàn)。比如機(jī)房的位置設(shè)置以及對(duì)機(jī)房的屏蔽處理還有對(duì)機(jī)房的等電位連接等等。大量的實(shí)踐證明，機(jī)房的位置一般會(huì)設(shè)置在大樓的中下層，因?yàn)榇髽堑捻攲油ǔＪ侵睋衾椎牡谝环雷o(hù)區(qū)，這樣一來如果在這個(gè)區(qū)間內(nèi)受到雷擊，電磁場(chǎng)的強(qiáng)度不會(huì)減少，并且當(dāng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度達(dá)到一定值的時(shí)候，就會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性的破壞，同樣機(jī)房?jī)?nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓就會(huì)損害電子設(shè)備。如果中間層的電磁場(chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn)衰減的話就要進(jìn)一步減少流入電流和電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。在具體的防雷施工作業(yè)過程中為了達(dá)到更好的濾波效應(yīng)就要在銅網(wǎng)和鋼網(wǎng)敷設(shè)的時(shí)候有效地增加有效的接地面積，進(jìn)而達(dá)到屏蔽整個(gè)機(jī)房的作用。從現(xiàn)代電氣控制的情況上來看想要對(duì)整個(gè)機(jī)房做到完全屏蔽是不可能的，因此在對(duì)機(jī)房設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候就要保證其與外界通訊信號(hào)的輸出，特別是一些有線纜進(jìn)出的機(jī)房更要嚴(yán)格防止雷電波的侵入。另外對(duì)于特殊的用電設(shè)備可以采取四級(jí)防護(hù)，對(duì)于一些通訊類的設(shè)備可以根據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)被保護(hù)通訊設(shè)備的工作頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且要保證通訊設(shè)備的工作頻率、功率以及傳輸速率都可以相適應(yīng)。不僅如此，對(duì)于系統(tǒng)中所有的金屬組件，除了等電位連接點(diǎn)之外，還要確保各個(gè)金屬組件和接地系統(tǒng)之間的關(guān)系，通過多點(diǎn)連接到共用的接地系統(tǒng)中。