天然气场站设备及电气控制系统防雷防护问题探析

赵艳庆

（中国石油管道局工程有限公司第三工程分公司，河南 郑州 451450）

一、天然气场站设备及电气控制系统防雷防护问题

（一）雷电对仪表控制系统的影响

1.直接雷击。雷电直接击中现场仪表设备或与之连接的管路，通常会损坏仪表的传感器模件并且可能损坏变送器的控制主板。雷电流在沿仪表支架流入大地的过程中，产生强大的感应磁场，能通过信号传输线路耦合到控制室设备，损坏控制设备。

2.感应雷击。一种是静电感应。当雷云来临时，地面物体尤其是导体聚积大量电荷产生放电，放电电流若进入现场仪表和用电设备，将造成设备损坏。另一种是电磁脉冲辐射。雷电流在其通道周围的空间产生电磁场，向外辐射电磁波，耦合到控制室的控制设备以及各类金属导体上，产生感应电动势或感生电流，将造成设备故障或损坏，甚至使控制系统失灵。

3.雷电过电压侵入。直接雷击或雷电感应都可能使导线或金属管道产生过电压，过电压沿各种金属管道、电缆槽、电缆线路就可能将高电位引入仪表控制系统造成干扰甚至损坏。

4.反击。防雷装置接闪时，强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置，由于大地电阻的存在，雷电电荷不可能快速向大地泄放，因而会引起局部地电位上升（可能成百上千伏），如果仪表控制系统的接地体与该点没有足够安全距离，它们之间就会产生放电，造成反击电流，可直接击穿在用电器的绝缘部分，对控制系统产生干扰乃至破坏。

（二）雷电对天然气管道的影响

当场站的工艺管道附近产生雷电的时候其下方就可以形成一个静电场，同时埋地管道也会同大地表面感应出相反的电荷，这样一来当电荷积累到一定程度达到放电条件之后就会出现一次剧烈的放电过程。与此同时，原有的云地电荷会迅速消失，管道内部的感应电荷放泄效率也会放慢。但是金属管道本身就是一个优良的导体，因此很容易会受到雷电的攻击。不仅是工艺管道，一些管道阴极保护设备也经常会受到雷电的袭击，其中最严重的就是管道内的燃气静电引燃，将会产生巨大的危害。

二、天然气场站设备及电气控制系统防雷防护措施

（一）建立了良好的雷电防护措施

一个完善的雷电防护设施应该由电涌保护、防闪络技术和装置设计、等电位连接技术和外部防雷装置设计组成。在电涌保护工作中，我们通常采用非线性特征来实现，借助某些元器件所具有的非线性特征，组成SPD（即电涌保护器），并使之与信号线路和配电线路连接，以此起到传导大负荷电流的作用。为了减少对天然气场站的空间磁场入侵，并且对雷电波实现阻塞作用，我们设计应用了防闪络装置和屏蔽装置以及等电位连接装置，通过这三种装置的组合，我们能够实现天然气场站防雷防静电的目的。此外，我们将防雷接地装置、防雷引下线和防雷接闪器装置综合起来，组成了外部防雷装置，此装置能够实现对雷电流的传导功能，使得泄入大地的雷电流能够达到50%以上。

（二）等电位连接检查和测试

①大尺寸金属物的连接检查与测试。检查设备、管道、构架、均压环、钢骨架、钢窗、放散管、吊车、金属地板、电梯轨道、栏杆等大尺寸金属物与共用接地装置的连接情况。如已连接，检查连接质量，连接导体的材料和尺寸。②平行敷设的长金属物的检查和测试。检查平行或交叉敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于规定要求值时的金属线跨接情况。如已跨接，检查连接质量，连接导体的材料和尺寸。③长金属物的弯头，阀门等连接物的检查和测试。检查建筑物中长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻，当过渡电阻大于0.03Ω 时，检查是否有跨接的金属线，并检查连接质量，连接导体的材料和尺寸。④低压配电线路埋地引入和连接的检查与测试。检查低压配电线路是否全线埋地或敷设在架空金属线槽内引入。⑤建筑物内竖直敷设的金属管道及金属物的检查和测试。检查建筑物内竖直敷设的金属管道及金属物与建筑物内钢筋就近不少于两处的连接，如已连接，检查连接质量、连接导体的材料和尺寸。

（三）电气控制系统防雷措施

电气控制系统防雷一定要全面，要从每一个环节来对电气系统的雷电防护措施进行检验。比如机房的位置设置以及对机房的屏蔽处理还有对机房的等电位连接等等。大量的实践证明，机房的位置一般会设置在大楼的中下层，因为大楼的顶层通常是直击雷的第一防护区，这样一来如果在这个区间内受到雷击，电磁场的强度不会减少，并且当磁场的强度达到一定值的时候，就会对设备造成永久性的破坏，同样机房内产生感应电压就会损害电子设备。如果中间层的电磁场强度出现衰减的话就要进一步减少流入电流和电磁场的强度。在具体的防雷施工作业过程中为了达到更好的滤波效应就要在铜网和钢网敷设的时候有效地增加有效的接地面积，进而达到屏蔽整个机房的作用。从现代电气控制的情况上来看想要对整个机房做到完全屏蔽是不可能的，因此在对机房设备进行设计的时候就要保证其与外界通讯信号的输出，特别是一些有线缆进出的机房更要严格防止雷电波的侵入。另外对于特殊的用电设备可以采取四级防护，对于一些通讯类的设备可以根据机房内被保护通讯设备的工作频率进行设计，并且要保证通讯设备的工作频率、功率以及传输速率都可以相适应。不仅如此，对于系统中所有的金属组件，除了等电位连接点之外，还要确保各个金属组件和接地系统之间的关系，通过多点连接到共用的接地系统中。