天然氣場站設備及電氣控制系統防雷防護問題探析

趙艷慶

（中國石油管道局工程有限公司第三工程分公司，河南 鄭州 451450）

一、天然氣場站設備及電氣控制系統防雷防護問題

（一）雷電對儀表控制系統的影響

1.直接雷擊。雷電直接擊中現場儀表設備或與之連接的管路，通常會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，產生強大的感應磁場，能通過信號傳輸線路耦合到控制室設備，損壞控制設備。

2.感應雷擊。一種是靜電感應。當雷云來臨時，地面物體尤其是導體聚積大量電荷產生放電，放電電流若進入現場儀表和用電設備，將造成設備損壞。另一種是電磁脈沖輻射。雷電流在其通道周圍的空間產生電磁場，向外輻射電磁波，耦合到控制室的控制設備以及各類金屬導體上，產生感應電動勢或感生電流，將造成設備故障或損壞，甚至使控制系統失靈。

3.雷電過電壓侵入。直接雷擊或雷電感應都可能使導線或金屬管道產生過電壓，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造成干擾甚至損壞。

4.反擊。防雷裝置接閃時，強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，因而會引起局部地電位上升（可能成百上千伏），如果儀表控制系統的接地體與該點沒有足夠安全距離，它們之間就會產生放電，造成反擊電流，可直接擊穿在用電器的絕緣部分，對控制系統產生干擾乃至破壞。

（二）雷電對天然氣管道的影響

當場站的工藝管道附近產生雷電的時候其下方就可以形成一個靜電場，同時埋地管道也會同大地表面感應出相反的電荷，這樣一來當電荷積累到一定程度達到放電條件之后就會出現一次劇烈的放電過程。與此同時，原有的云地電荷會迅速消失，管道內部的感應電荷放泄效率也會放慢。但是金屬管道本身就是一個優良的導體，因此很容易會受到雷電的攻擊。不僅是工藝管道，一些管道陰極保護設備也經常會受到雷電的襲擊，其中最嚴重的就是管道內的燃氣靜電引燃，將會產生巨大的危害。

二、天然氣場站設備及電氣控制系統防雷防護措施

（一）建立了良好的雷電防護措施

一個完善的雷電防護設施應該由電涌保護、防閃絡技術和裝置設計、等電位連接技術和外部防雷裝置設計組成。在電涌保護工作中，我們通常采用非線性特征來實現，借助某些元器件所具有的非線性特征，組成SPD（即電涌保護器），并使之與信號線路和配電線路連接，以此起到傳導大負荷電流的作用。為了減少對天然氣場站的空間磁場入侵，并且對雷電波實現阻塞作用，我們設計應用了防閃絡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，我們能夠實現天然氣場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，此裝置能夠實現對雷電流的傳導功能，使得泄入大地的雷電流能夠達到50%以上。

（二）等電位連接檢查和測試

①大尺寸金屬物的連接檢查與測試。檢查設備、管道、構架、均壓環、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，檢查連接質量，連接導體的材料和尺寸。②平行敷設的長金屬物的檢查和測試。檢查平行或交叉敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于規定要求值時的金屬線跨接情況。如已跨接，檢查連接質量，連接導體的材料和尺寸。③長金屬物的彎頭，閥門等連接物的檢查和測試。檢查建筑物中長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻，當過渡電阻大于0.03Ω 時，檢查是否有跨接的金屬線，并檢查連接質量，連接導體的材料和尺寸。④低壓配電線路埋地引入和連接的檢查與測試。檢查低壓配電線路是否全線埋地或敷設在架空金屬線槽內引入。⑤建筑物內豎直敷設的金屬管道及金屬物的檢查和測試。檢查建筑物內豎直敷設的金屬管道及金屬物與建筑物內鋼筋就近不少于兩處的連接，如已連接，檢查連接質量、連接導體的材料和尺寸。

（三）電氣控制系統防雷措施

電氣控制系統防雷一定要全面，要從每一個環節來對電氣系統的雷電防護措施進行檢驗。比如機房的位置設置以及對機房的屏蔽處理還有對機房的等電位連接等等。大量的實踐證明，機房的位置一般會設置在大樓的中下層，因為大樓的頂層通常是直擊雷的第一防護區，這樣一來如果在這個區間內受到雷擊，電磁場的強度不會減少，并且當磁場的強度達到一定值的時候，就會對設備造成永久性的破壞，同樣機房內產生感應電壓就會損害電子設備。如果中間層的電磁場強度出現衰減的話就要進一步減少流入電流和電磁場的強度。在具體的防雷施工作業過程中為了達到更好的濾波效應就要在銅網和鋼網敷設的時候有效地增加有效的接地面積，進而達到屏蔽整個機房的作用。從現代電氣控制的情況上來看想要對整個機房做到完全屏蔽是不可能的，因此在對機房設備進行設計的時候就要保證其與外界通訊信號的輸出，特別是一些有線纜進出的機房更要嚴格防止雷電波的侵入。另外對于特殊的用電設備可以采取四級防護，對于一些通訊類的設備可以根據機房內被保護通訊設備的工作頻率進行設計，并且要保證通訊設備的工作頻率、功率以及傳輸速率都可以相適應。不僅如此，對于系統中所有的金屬組件，除了等電位連接點之外，還要確保各個金屬組件和接地系統之間的關系，通過多點連接到共用的接地系統中。