長輸管線閥室設備的防雷裝置

汪濤

摘 要：由于各行業對能源的需求致使長輸管道的應用增多，又因為油、氣的危險性，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備的防雷裝置，能有效解決防雷保護與陰極保護的接地矛盾問題，保證了長輸管線閥室的安全和可靠運行。

關鍵詞：長輸管線；閥室防雷；感應雷；防雷裝置

1 背景

近些年來，隨著各行業對能源的需要，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，上空附近即將產生雷云放電時，其下方大面積內的地面會形成巨型電場，管線感應出與雷云底部符號相反的電荷。根據雷云放電原理，當電荷積累到一定程度且又具備放電條件時，會出現一次強放電過程，如雷云對管線附近的高大構筑物放電，此時云地電荷迅速消失。對于埋地管道，往往有其防腐絕緣層：對于防腐絕緣層電阻較低（絕緣性能差）的管道，電流會通過絕緣層的漏點消散，不會產生大的破壞力；對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快速散泄入地，管道上絕緣不良或接觸不良的部位就會產生高電壓，從而引起二次放電。現今大多管道采用3層PE絕緣防腐，其絕緣性能優良。這就是管道設備、設施遭受雷電破壞（間接雷電危害）的主要原因。

長輸管線閥室的各類設備都處在陰極保護的范圍內，此類設備不能直接接地，否則可能導致陰極保護電流過多泄露，因此此類設備對地之間不能形成良好的電氣接地。由于雷電感應在線路上產生的高壓電不能直接泄入大地，因此對閥室設備絕緣薄弱的部位放電甚至放弧。如果恰逢此類設備執行機構動作，又有部分作為驅動機構動力的天然氣泄漏，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生高熱及強烈振動，引起燃燒、爆炸，致使物體遭受破壞。

2.2 接地電位反擊

瞬間產生的高壓電經由地表物體匯入地下網路，首先使接地部位電位升高，與其他部分的地網出現了電位差，從而導致電器設備的損壞，同時危害人的生命安全。

2.3 感應雷

也稱為感應過電壓或雷電感應。感應雷可分為電磁感應雷和靜電感應雷：電磁感應雷是在雷電放電時，強大的沖擊雷電流在周圍空間內產生快速變化的磁場所引起的，處于這一電磁場中的導體將感應出較大的電動勢；靜電感應雷是帶電積云接近地面，碰到凸出的電導性物而感應出大量電荷，絕緣體和導體對電荷的泄散速度差異所引起的。感應雷若不及時泄入地下，可能產生放電火花引燃可燃氣體，從而引起火災、爆炸或觸電事故。很多情況下雷并沒有直接擊中建筑物，但建筑物內的電器設備仍被破壞，這是因為雷電產生的強大電磁場在閉合回路中的金屬物上產生感應電流，沿著供電線路等進入建筑物內電器設備的輸入端口從而將電器設備損壞。

2.4 開關過電壓

供電系統中電容性、電感性負載開啟、斷開或電源線路短路等，都能在電源線路上產生脈沖高電壓，損壞設備，效果與雷擊類似。

3 裝置介紹

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

3.1 裝置描述

本文所述的長輸管線閥室設備的防感應雷裝置，包括固態去耦器、放電計數器和遠傳設備：固態去耦器，其一端連接長輸管線，另一端連接放電計數器，當管線在雷電情況下的感應電壓超過其導通閾值時，呈現完全導通狀態，導通后將感應電壓泄放入大地；放電計數器，一端與固態去耦器相連，另一端接地，對固態去耦器工作狀況進行實時及累計計數，并在線記錄長輸管線上雷電感應放電次數和過電壓次數；遠傳設備，連接固態去耦器和放電計數器，收集固態去耦器狀態、長輸管線上的過電壓次數和雷電感應放電次數，并上傳至閥室的控制室。如圖1所示。

3.2 裝置優點

此防感應雷裝置，解決了各類長輸管線閥室設備的防感應雷問題，有效解決了防雷保護與陰極保護的接地矛盾問題，同時此裝置能與控制室進行通訊，實時監測各類防感應雷數據，有效保證了長輸管線閥室的安全和可靠運行。

3.3 改進空間

（1）固態去耦器的導通閾值為±2V，使得固態去耦器具有防雷電感應功能。在正常狀態下不導通，有效防止陰極保護電流的泄露（陰極保護電位約為-1.5V）；當長輸管線在雷電情況下的感應電壓超過閾值時直接對地導通，將感應電荷泄入大地，有效避免感應高電壓對線路上設備的損壞。

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

（3）固態去耦器、放電計數器和遠傳設備集成在一個金屬箱體內，且固態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行機構，放電計數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個組件集成為一體，便于安裝，利于美觀。

（4）防感應雷裝置采用智能模塊化積木式結構，用于根據長輸管線閥室實際需求組合上述固態去耦器、放電計數器和遠傳設備，可根據閥室實際需求進行組合，滿足不同用戶的需要。

（5）遠傳設備通過以太網方式和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閥室的防雷狀態，實時監測管線的各類感應電壓是否超標。

參考文獻

[1]匡洋.長輸管道自動化儀表設備的防雷防靜電[J].科技論壇，2014，（19）：293.

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

（作者單位：中石化西南油氣分公司油氣銷售中心）