天然氣管道場站雷電防護技術研究

摘要 天然氣管道場站作為天然氣管道輸送系統不可或缺的組成部分，在維護天然氣管道安全可靠運行方面起到十分關鍵的作用。但天然氣場站因其環境空曠，且具備易燃易爆特性，一旦遭遇雷擊，勢必會引發火災或爆炸事故，給廣大群眾的生命財產安全構成極其嚴重的威脅。鑒于此，介紹了雷電對天然氣站場的危害性，重點論述了天然氣管道站場雷電防護技術措施和防雷檢測要點，以供相關人士參考。

關鍵詞 天然氣道場站;危害;雷電防護;防雷檢測要點

中圖分類號：S761.5 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）04–0133–03

雷電是產生于大氣中的一類瞬態大電流、強電磁輻射、高電壓的一類自然災害，會導致建筑物、通訊設施、電子設備受到不同程度的損壞，甚至導致人民眾傷亡，我國每年因雷擊天氣而造成的安全事故十分嚴重。對天然氣站、加油站等易燃易爆場所而言，其遭受雷擊的概率更大。因此，加強天然氣管道站場雷電防護工作具有重要的現實意義。

1 雷電對天然氣管道場站造成的危害

1.1 雷電對儀表控制系統造成的危害

（1）直接雷擊。若天然場站儀表設備或與其相連的管道被雷電直接擊中，往往會導致儀表的傳感器模塊受到損壞，同時變送器的控制板也可能會受到不同程度的損壞。當雷電流沿儀表支架流入大地時，會形成十分強烈的感應磁場，會通過信號傳輸線耦合至控制室設備，進而使控制設備遭受損壞。

（2）感應雷擊。感應雷包含電磁脈沖輻射和靜電感應;其一是電磁脈沖輻射。雷電流在天然氣管道場站附近空間形成電磁場，朝外輻射電磁波，耦合至控制室內的控制設備和各類金屬導體，形成的感應電流或感應電動勢，會導致設備出現故障或出現損壞，嚴重情況下控制系統會出現癱瘓。其二是靜電感應。在發生雷電天氣時，地面物體會積聚許多的電荷和放電;若放電電流進入儀表和電氣設備，儀器會受到不同程度的損壞。

（3）雷電過電壓侵入。直接雷擊或雷電感應可能會導致金屬管道亦或者導線形成過電壓。各類金屬管道、電纜線路或電纜槽上的過電壓，可能會使高電位引入儀器控制系統，從而導致系統受到干擾或損壞。

（4）雷電反擊。當防雷裝置發生閃絡時，瞬間會有極強的雷電流憑借引下線流入接地裝置。由于大地電阻的作用，雷電電荷不會迅速釋放至大地，導致局部地電位升高。若儀表控制系統的接地體與這個點之間相隔一定的安全距離，則兩者之間會出現放電現象，產生反擊電流，勢必會導致電器的絕緣部分直接被擊穿，從而使得控制系統遭受不同程度的損壞。

1.2 雷電對管道造成的危害

與整條埋地管道相比，站內工藝管道的地面部分和跨接管道是較好的接閃器。當管道上方的天空即將發生閃電時，其下邊區域的地面會產生靜電場，埋地管道也會在表面感應出相反的電荷。若電荷達到一定程度，同時滿足放電條件時，就會產生強放電現象。此時，云地電荷會立即消失，地電荷轉變成零。然而，因為PE三層具有優良的絕緣性，管道感應電荷的放電速度極慢。若管道發生局部放電現象，其他部位的感應電荷也會向地面泄放，從而在管道內形成十分強大的電流。而針對絕緣層電阻低的管道，電流主要借助于絕緣層的漏點散流，往往不會造成較大的破壞性;針對絕緣層性較好的管道，若此類強大的電流無法借助于絕緣層及時釋放至大地時，那么管道絕緣或接觸不良的部位會出現高電壓，產生二次放電，這是造成天然氣管道設備設施雷擊損壞的重要因素。金屬管自身屬于良導體，極易成為直接雷擊放電通道而引發雷擊事故。除此之外，管道陰極保護設備和防腐電源也常遭遇雷擊。損壞的元器件通常包含保險絲、放電管、集成電路和電容器等器件，嚴重情況下甚至還會燒壞設備的主板。陰極保護設備是借助于陰極電纜、零位連接電纜和管道釋放管道上的雷電流。若該設備遭遇雷擊，則極易導致天然氣管道受損壞。

2 天然氣管道場站雷電防護技術

2.1 外部防雷區雷電防護技術

（1）布設接閃裝置。10 kV閥室避雷器安裝在天然氣管道場10 kV外部電源的線路接線柱上;在工藝安裝區，由于金屬管道和鋼制氣罐壁厚超過4 mm，可以將其當作防雷接閃器;金屬管體可作為立管排空時的防雷接閃裝置;室外攝像機選擇鋼制立管作為防雷接閃裝置。

（2）防雷（帶）網。各天然氣管道站內只有綜合樓需配備防雷（帶）網，天然氣場站建筑按照二類防雷結構進行布設。在樓頂布設防雷（帶）網; RTU閥室有閥組間和機柜間均需設置防雷設施的閥塊室、柜室，應考慮按照二類防雷建筑進行雷電防護[1]。其中，閥組頂部裝有防雷網，太陽能電池板布設于機柜之間的頂部。為了確保太陽能極板也處于接閃器保護區域，應安裝避雷針避雷。

（3）現場設備防雷模塊。天然氣管道場站安裝的電氣和儀、表設備都有較高的雷擊風險，應認真防護。電涌保護器在現場配電箱內布設，管道上的智能變送器、現場的火焰探測器和可燃氣體探測器要布設外部浪涌保護器（SPD）。流量計撬裝在接線盒中，并且工業電視攝像機的前端和流量計撬座接線箱內需要設置SPD。

2.2 內部防雷區雷電防護技術

（1）配電柜出線回路、UPS、各級室內配電箱等均都要布設相應等級的SPD。

（2）站柜之間的儀表柜內部、全部儀表信號傳輸接口、系統全部I/O點（RUT閥室全部I/O點）、全部的第三方數據電源接口、通訊接口等均需部署SPD。

（3）通訊柜內全部外部進線通訊電纜都需要裝設SPD。

2.3 穿越防雷區界面的技術措施

（1）電涌保護器安裝在變電站和配電室低壓配電柜的低壓主進線位置，可以用作外部避雷區和內部避雷區交叉區域的雷電防護技術措施。

（2）感應雷對弱電設備的影響最大，即從外部的雷電事故通過防雷界面直接侵入室內，在弱電設備線路上感應出高壓引起雷擊事件。對這種雷電危害最可靠的防護措施就屬于電磁屏蔽。對控制室與機柜之間的部分房間需要布設金屬籠，構成電磁屏蔽層，這樣能較好地避免感應雷的危害[2]。

（3）進入室內的各類信號線、電源線屬于感應雷電傳輸的關鍵通道。因此必須對進入室內的電纜采取特殊的防護措施。除了帶有屏蔽層的屏蔽電纜之外，電纜本身也可以結合實際情況進行防雷保護，電纜橋架可以在電纜進入房間前的一定距離進行電纜敷設，以減少電磁感應的危害。

2.4 接地系統與等電位連接

（1）接地系統。針對天然氣管道場站的雷電防護，布設對應的防雷裝置只能在設備損壞前導出雷電流，而在此后十分關鍵的是接地對雷電防護的效果尤其重要，即需要把雷電流引向大地。若不形成接地路徑，那么即便是安裝了可靠的雷電防護措施，也是沒有效果的。防雷接地的關鍵在于建筑物接地、設備局部接地和各類系統的系統接地。

（2）等電位連接。天然氣管道場站的接地屬于一個全面的系統。接地系統在雷電防護中的作用是對雷電流進行泄放，若接地系統不屬于一個整體，雷電流在泄放時，不同接地系統的地電位會有所差異，從而產生地電位反擊，引發第二次雷擊。因此，借助等電位連接措施打造全面的接地系統，能較好地防御地電位反擊，避免二次雷擊的出現。

3 天然氣管道場站防雷檢測要點

3.1 天然氣管道場站防雷檢測內容

3.1.1 場站建筑物及閥室直擊雷防御措施的檢測 （1）接閃器檢測。認真檢查天然氣管道場站內控制室、閥室、配電室、辦公室等區域接閃器的型號、材質、腐蝕狀態、防腐工藝等各個方面的情況;檢查焊接狀態，觀察是否有斷裂或其他問題;觀察接閃器和引下線連接的導流狀況;檢查建筑物內接閃器和站內閥室接閃器的接地電阻值與國家要求是否相符，同時做好相關記錄。此外，站場高桿燈上需安裝避雷針保護燈具，避雷針的金屬管體應一般使用其金屬管當成接地導體。當金屬排氣管壁厚≥4 mm時，管口可作為接閃器使用，筒體可直接作為引下線使用。

（2）引下線檢測。檢查引下線材料直徑與截面積是否與相關規定要求保持一致;檢查引下線的敷設方法和安裝牢固情況，是否按照最短路徑進行布設，引下線設置規范與否;檢查有無機械損壞防范方式;觀察引下線有無生銹或斷裂等相關問題。

（3）接地裝置的檢測。查看地網有無共用接地系統，并且要仔細測試建筑物儀表、接地裝置、設備、燈桿、通風管、接地線的工頻接地電阻閥室設備的裝置。注重查看天然氣管道場防爆區內管道系統內的全部金屬部件是否進行安全接地，例如，管道的金屬涂層、設備等金屬部件都需要進行有效接地。站內工藝設備和進出站場管道的絕緣接頭內側都需要進行有效接地。

3.1.2 機房內等電位連接和防靜電接地檢測 各設備、機柜同接地裝置的等電位連接均需認真查看;還要對機房的防靜電接地狀態進行仔細檢查。機房接地系統的等電位連接通常可選擇星形、網狀或混合接地形式。清管站和閥門室等小型站點一般選擇星型系統進行連接。壓氣站、集注站等大中型場地的控制室最好選擇網狀進行連接。機柜室、控制室等機房各個區域都需要進行防靜電接地[3]。

3.1.3 電源系統雷電過電壓保護裝置的檢測 仔細觀察浪涌保護器（SPD）安裝是否牢靠，外觀有無破損;仔細記錄SPD的型號和一些參數情況;認真檢查對接線，測量對接地電阻，查看其是否符合相關要求，是否具有保護效果，直流參考電壓和漏電流值是否在規范要求的區域內;及時標注清楚發生故障或損壞的電涌保護器，并詳細記錄原始記錄表。基于壓敏電阻的電涌保護器需要認真檢測壓敏電阻電壓和漏電流。首次測量壓敏電壓（U1mA）時，實際測量值需要依據防雷檢測規范中電涌保護器最大持續工作電壓Uc對應的壓敏電壓（U1mA）范圍內建筑防雷裝置[4]。若沒有相應的Uc值，則交流防雷器的壓敏電壓（U1mA）值與最大持續工作電壓Uc的比值應≥1.5。在壓敏電阻電壓（U1mA） 的后續測量中，不僅要滿足上述要求，實際測量值應≥第一次測量值的90%。第一次測量I 時，單個MOV 構形成的電涌保護器漏電電流（Iie） 的測量值不應超過制造商規定的Iie 最大值;假若制造商沒有泄漏電流I，即測量實際值不應超過20 μA。在電源浪涌保護器的引線上，需要串聯保護斷路器，以避免電涌保護器發生故障時中斷系統供電。

3.2 防雷檢測作業要求

（1）對天然氣管道場站土壤電阻率和接地電阻值的檢測工作需要在晴好天氣、土壤沒有凍結時開展。雷暴天氣發生時嚴禁進行防雷檢測，現場環境條件需要確保防雷檢測工作的順利開展。

（2）管道場站進行檢測前，需檢查防雷檢測儀器是否處于合格使用期限內，確保防雷檢測工具儀器的有效性和可靠性。

（3）結合各天然氣站場的性質和行業的實際情況，配置具備對應專業特長且獲得防雷裝置檢測資格證的防雷檢測技術人員;規范分工，合理部署檢測任務;相關部門應對天然氣站場檢測所涵蓋的專業知識、相關規范等技術知識進行及時培訓，提升檢測人員的檢測水平。

（4）檢測時，保障檢測人員和設備滿足安全防護要求。檢測人員觸摸人體靜電釋放儀后才能夠進入天然氣管道場站內，在對配電設施防雷裝置進行檢測時要求穿戴絕緣鞋和絕緣手套;嚴禁攜帶無線電通訊設備、火種進入檢測現場，注意檢測工作的安全。

（5）在深入各天然氣站場進行檢測時，首先需要向有關工作人員出示自身檢測資質證件;認真掌握受檢對象的使用性質、防雷類別和所需要進行檢測的項目，檢查受檢對象和地方環境，并結合儀器的測試原理和相關要求，科學部署接地電阻測試儀輔助樁位且進行連線，同時認真查看有關儀器，細致檢查接地電阻測試儀型號、輔助樁位等;此外，結合檢測項目，遵循“先外后內”的原則檢測天然氣站場，由檢測人員對防雷系統進行檢查，同時檢測有關防雷技術參數，并做好相關記錄。

（6）天然氣管道場站檢測工作要求至少有2人一起執行，在檢測過程中，對各個防雷檢測點的數據均要經過復核沒有錯誤后，仔細填入原始記錄表中，確保防雷檢測報告的真實性和準確性。此外，檢測人員還需要結合相關規范標準對數值作出分析判斷，對滿足規范要求的檢測項目可以出具檢測報告，針對檢測達不到國家有關規范要求的項目，則出具書面不合格項整改通知書，要求在規定時間內進行整改。

4 結語

總之，要想加強天然氣管道站場的雷電防護工作和防雷檢測工作，要從內外部方面進行層層設防。在防雷檢測時，檢測人員要嚴格注意防雷檢測的內容和相關注意事項，確保天然氣管道場站防雷裝置的合格性和有效性。

參考文獻

[1] 方鵬，高亞棟，吳祖咸，等.變電站裝配式鋼結構建筑防雷裝置優化[J].自動化儀表，2020，41（8）：75-77，81.

[2] 張元武，臧舒，馮鶴.天然氣管道場站雷電防護技術研究[J].農業災害研究，2021， 11（1）：95-96.

[3] 王欣瑋.天然氣門站雷擊事故分析及防雷措施研究[D].北京：首都經濟貿易大學，2018.

[4] 張怡飛，周積強，柳佳俊，等.防雷裝置定期檢測內容及設備需求分析[J].氣象研究與應用，2017，38（4）：85-87.

責任編輯：黃艷飛

Study on Lightning Protection Technology of Natural Gas Pipeline Yard and Station

SHEN Junjie （Zhangzhou Lightning Prot-ection Device Safety Monitoring Institute， Zhangzhou， Fujian， 363000）

Abstract As an indispensable part of the natural gas pipeline transmission system， natural gas pipeline stations play a particularly key role in maintaining the safe and reliable operation of natural gas pipelines. However， due to its open environment and flammable and explosive characteristics， once struck by lightning， the natural gas station was bound to cause fire or explosion accidents， which poses a very serious threat to the safety of people's lives and property. In view of this， this paper first introduced the harm of lightning to the natural gas station， and then focused on the technical measures of lightning protection and the key points of lightning protection detection for the natural gas pipeline station， for reference.

Key words Natural gas Daochang station; Harm; Lightning protection; Key points of lightning protection detection

作者簡介 沈俊杰（1989—），女，福建漳州人，助理工程師，主要從事石化系統的防雷檢測工作。

收稿日期 2022-01-03