天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷分析

李佳凱 薛建 鄭博仁 孟軍

摘 要：社會快速發(fā)展的背景下，對于天然氣能源需求量越來越大，這極大的促進著天然氣企業(yè)發(fā)展。天然氣集輸站場運行期間，極易遭受雷電災害的影響導致自動化儀表系統(tǒng)損壞，影響天然氣集輸站場的正常運轉，因此積極做好自動化儀表系統(tǒng)防雷工作顯得至關重要。本文首先分析了天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)雷擊危害形式;其次探討了天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷對策。

關鍵詞：天然氣;集輸站場;自動化儀表系統(tǒng);防雷措施

引言

在天然氣集輸站場中，自動化儀表系統(tǒng)起到了重要作用，是保證天然氣集輸站場安全、高效運行的關鍵。如自動化儀表系統(tǒng)遭受雷擊，會導致系統(tǒng)設備出現(xiàn)故障及損壞，甚至會造成人員傷亡及財產(chǎn)損失，造成惡劣的社會影響，所以必須要重視自動化儀表系統(tǒng)防雷設計工作。

一、天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)雷擊危害形式分析

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

（一）直接型雷擊

直接型累計主要以危害天然氣集輸站場自動化儀表設備及其線路為主，不僅會嚴重破壞自動化儀表涉筆傳感器核心，同時也會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，在這期間會產(chǎn)生強大的的磁場感應用力，并通過電子信號傳輸?shù)娇刂破鳎茐目刂剖覂?nèi)的電子設備，影響其正常應用。

（二）感應型雷擊

1.靜電感應

靜電感應雷擊區(qū)域范圍內(nèi)的物體，特別是一些大體積導體，會積聚大量電荷，飽和狀態(tài)下會產(chǎn)生強烈的放電現(xiàn)象。放電期間電流竄入自動化儀表系統(tǒng)或者儀表設備中，就會導致嚴重受損，影響天然氣集輸站的正常運轉。

2.電磁脈沖輻射

受到雷電流的影響，會形成電磁脈沖輻射，進而在天然氣集輸站場周邊環(huán)境、空間中產(chǎn)生電磁場，然后向周邊區(qū)域發(fā)射電磁波，在較短時間內(nèi)電磁會耦合到控制內(nèi)的多個設備上，例如：計算機設備、自動化儀表設備等，然后產(chǎn)生感應電動勢及大電流，破壞天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)及設備，甚至會威脅到人員安全，造成巨大的損失。

二、天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷對策探討

（一）接閃

眾所周知，雷擊是自然災害，對于天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)所帶來的危害是不可預知的，為盡可能減少損失，降低雷擊對于自動化儀表系統(tǒng)所帶來的影響，要綜合應用外接、導流等方式來防護自動化儀表系統(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建筑物安裝防雷裝置，實現(xiàn)對油罐等高危設施以及自動化儀表系統(tǒng)的有效保護。在防雷設計中，要積極做好對天然氣集輸站場現(xiàn)場自動化儀表系統(tǒng)和周邊建筑物的融合防雷設計工作，以便于達到更加理想的防雷效果。

（二）均壓

雷電天氣下，在短時間內(nèi)會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，不同位置、區(qū)域的雷電感應是不同的。電流流過的路徑電位升高后，會和正常構件的電位形成電流差，電流差遠超絕緣耐受強度，因而也就會破壞自動化儀表系統(tǒng)。自動化儀表系統(tǒng)遭受雷擊后，會產(chǎn)生強大的高電流，如果能夠?qū)⒏唠娏魇枭⒌阶詣踊瘍x表系統(tǒng)外或者輸送到不同的儀表構件，這會降低電流差，降低對于儀表系統(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自動化儀表系統(tǒng)金屬導體構件及室內(nèi)控制設備金屬構件進行連接進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備，金屬設備負荷電流一致并且屬于絕緣耐受強度內(nèi)，利用防雷接地系統(tǒng)導出電流，進而避免影響自動化儀表系統(tǒng)，當前均壓防雷模式在天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷中實現(xiàn)了廣泛應用。

（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)具備較強的絕緣性，當建筑設施遭受電磁干擾的情況下，會利用接地系統(tǒng)釋放電流，避免影響自動化儀表系統(tǒng)的運轉。但是自動化儀表外殼需要保護接地，在面對強大雷擊的情況下，會導致儀表外殼和內(nèi)部電子電路之間產(chǎn)生強大的電壓，極易擊穿絕緣間隙，進而破壞電子線路。

2.多點接地

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

（四）屏蔽

天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷屏蔽，主要是由三部分所構成的，包括：控制室屏蔽，現(xiàn)場儀表屏蔽，信號線和電源線屏蔽等。在這其中，控制室屏蔽發(fā)揮著至關重要的作用，控制室是自動化儀表系統(tǒng)核心，對于雷擊所產(chǎn)生的耐沖具備較高的敏感度，所以在墻壁內(nèi)鋼筋交點處進行電氣連接，進而形成帶開口的屏蔽籠，然后將接地環(huán)與其連接在一起，達到屏蔽的目的。與此同時，現(xiàn)場儀表屏蔽模式下，要想降低雷電對于自動化儀表所造成的破壞，可以使用金屬儀表箱來防雷，將儀表箱保護殼和金屬設備等電位連接，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。為有效解決多點接地所產(chǎn)生的低頻干擾問題，可以將其穿入到金屬導管內(nèi)，實現(xiàn)對信號線、電源線的低頻干擾的有效屏蔽。

三、結語

綜上所述，天然氣集輸站場作為天然氣集聚、輸送的重要場所，保證其安全穩(wěn)定運轉至關重要。自動化儀表系統(tǒng)作為天然氣集輸站場的重要設施設備，要高度重視防雷工作，積極創(chuàng)新優(yōu)化自動化儀表系統(tǒng)的防雷機制，提升天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷水平，降低雷電對于自動化儀表系統(tǒng)所造成的危害，確保自動化儀表系統(tǒng)正常運行，保障人員安全。

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