对雷电干扰导致西气东输管道线路GOV阀误关断事件的研讨

端木君，段 冲，李 伟

（中国石油西气东输管道公司，上海 200122）

0 引言

西气东输管道的线路阀室和场站出入口处紧急切断场所配置了GOV阀 （气液联动阀）。GOV阀配套LineGuard电子单元，通过气液联动执行机构实现快速开启和关断功能，具有较好的安全性，普遍应用于天然气长输管道。西气东输管道投产以来，发生过多次线路阀室GOV阀 “误关断”失效事件，从历次事件统计来看，主要原因是由雷电干扰引起LineGuard电子单元的紊乱，造成阀门误动作，威胁管道安全平稳运行；且GOV阀关断后的紧急处理、维检修作业也有较大的安全风险。为此西气东输管道公司开展了阀室防雷抗干扰改造，本文从防雷抗干扰方面进行分析，并提出解决方案。

1 西气东输管道线路阀室概况

目前，西气东输管道的线路阀室分为普通阀室和RTU阀室两种，前者主要用于紧急情况下线路切断，后者除实现线路切断外，还可将线路截断阀前后的管道压力、阀位和阴极保护信号等通过远程终端RTU传输到北京调控中心和上海生产调度室，实现数据的采集和远程监控。两种阀室在建筑结构、供电方式和用电负载方面的对比如表1所示。

2 LineGuard电子单元简介

GOV阀配置的LineGuard电子单元是一套专用于管道压力监测、爆管判断和自动关阀功能的独立单元，其组件主要包括：ROC控制器、Flash存储器、电压转换模块、压力变送器、电磁阀、电池、机箱等。该电子单元通过压力变送器实时采样管道压力，并通过先导电磁阀控制动力气源，执行阀门的开、关动作。LineGuard电子单元以过去一段时间内采样数据平均值为基础，在此基础上进行报警限值和压降速率的计算和判断，并将这些报警条件归类为 “小事件”和 “大事件”。其中 “大事件”包括以下三种情况：检测压力低于关断设定值；检测压力高于关断设定值；检测压降速率高于压降速率关断设定值。只有当 “大事件”持续超过设定时限时，才会触发关阀命令。

表1 RTU阀室和普通阀室对比

3 线路阀室GOV阀误关断分析

造成线路阀室GOV阀误关断各种起因所占比例如图1所示。其中，由雷电干扰造成的误关断事件占30%，主要分以下两种情况：一是雷电干扰造成存储器数据紊乱而程序本身并未发生错误，当“紊乱”的压力数据达到程序设定的关阀条件时，程序会执行关阀指令。二是雷电干扰造成电压转换模块损坏，输出电压偏低，控制单元因为输入电压不足，引起ROC控制器数据紊乱而关阀。

图1 线路阀室GOV阀误关断起因比例示意

4 线路阀室防雷抗干扰方面存在的主要问题

4.1 LineGuard电子单元受雷击泄放电流干扰

（1）LineGuard电子单元的电源进线和压力变送器信号输入通道处未配置浪涌保护器。雷电引起的过电压容易造成电压转换模块损坏，导致其输出电压偏低或雷击产生的干扰电流沿压力变送器信号输入通道串入电子单元，造成电子单元程序紊乱。

（2）屋顶设有卫星天线或太阳能极板的阀室，电源电缆从屋顶引入室内时，存在电源线和接闪器距离较近、与引下线平行敷设、电源线未采取屏蔽措施的情况。雷击泄放电流产生的磁场容易对LineGuard电子单元造成干扰。

4.2 工艺间电气、仪表设备受地电位反击

工艺间内的金属体包括：电气、仪表设备的金属外壳和金属构架、电缆铠装层及保护钢管、钢窗网罩、门禁开关等。工艺间属于易燃易爆场所，如果工艺间内各金属体接地系统之间未形成等电位，在雷击或电气设备故障时，不同部位之间会产生电位差，对控制系统产生共模干扰，严重时引起地电位反击，产生电火花引爆或损坏电气设备。

4.3 未形成有效的雷电泄放通道

阀室屋顶作为接闪器应与引下线可靠连接，形成有效的雷击电流泄放通道。但屋顶安装彩钢瓦的阀室，彩钢瓦龙骨架未与避雷带进行有效的电气连接。

4.4 未充分利用屏蔽抗干扰能力

围墙金属防护网、铁艺大门孤立存在，未充分利用阀室的屏蔽抗干扰能力。

4.5 仪表间内等电位接地接线不规范

（1）仪表间内的RTU机柜、通讯柜、配电箱、蓄电池架等装置与局部等电位接地箱 （LEB）采用串联 （M型）方式进行等电位连接。采用串联方式时，首、末端电位差变化较大，容易产生耦合导致电路间基准电压不一致，对RTU机柜产生干扰。

（2）RTU机柜内未区分保护接地和工作接地。在信号传输过程中，RTU机柜内的保护接地容易对工作接地造成干扰。

（3）仪表间局部等电位接地箱的接线不规范，如接地线线径不足、盘绕敷设、使用单股硬铜线、多股软铜线未压接铜线鼻子或多根接地线压接在一个螺栓上等。

5 线路阀室防雷抗干扰整改措施

（1）减少浪涌电压、浪涌电流对LineGuard电子单元的干扰。首先，在LineGuard电子单元内设置电源和压变信号共用的双通道浪涌保护器；其次，对于屋顶设有卫星天线或太阳能极板的阀室，LineGuard电子单元电源进线应选用铠装、屏蔽电缆，电缆穿钢管保护，并做好电缆铠装层和屏蔽层的接地措施。

（2）对工艺间内金属体的等电位接地系统进行改造。在工艺间内补做-40 mm×4 mm主扁钢内环接地网，内环接地网对角处引出-25 mm×5 mm分支扁钢与室外埋地主接地网可靠连接。工艺间内金属体通过多股软铜线与新增内环接地网可靠连接。

（3）实现阀室屋顶彩钢瓦和引下线的可靠连接。在屋顶对角处，通过φ10 mm热镀锌圆钢实现彩钢瓦龙骨架和避雷带的可靠焊接。

（4）补充围墙接地装置，在围墙上增设引下线和断接卡子，做好金属防护栏、铁艺大门的等电位接地措施，使阀室彩钢瓦屋顶、围墙防护网、铁艺大门形成笼形屏蔽体，增强阀室屏蔽抗干扰能力。

（5）规范仪表间内各机柜和局部等电位接地箱之间的等电位接地接线方式。仪表间内机柜之间按并联 （星形）方式进行等电位连接，并以最短路径接入局部等电位接地箱 （LEB）；局部等电位接地箱的接地线应尽量短、直，按一个螺栓压接一根接地线铜线鼻子方式进行施工，并在压接处采用热搪锡处理；仪表间RTU机柜应区分保护接地铜排、工作接地铜排以及保护接地线和工作接地线。

采取整改措施后，效果显著。据统计，未改造前2011年共发生17起GOV阀误关断事件，阀室抗干扰项目改造完成后，2012年只发生2起误关断事件。阀室防雷抗干扰改造对保障天然气长输管道的安全、平稳运行，节约运行管理和维抢修成本等方面具有积极意义。