對(duì)雷電干擾導(dǎo)致西氣東輸管道線路GOV閥誤關(guān)斷事件的研討

端木君，段 沖，李 偉

（中國(guó)石油西氣東輸管道公司，上海 200122）

0 引言

西氣東輸管道的線路閥室和場(chǎng)站出入口處緊急切斷場(chǎng)所配置了GOV閥 （氣液聯(lián)動(dòng)閥）。GOV閥配套LineGuard電子單元，通過(guò)氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)啟和關(guān)斷功能，具有較好的安全性，普遍應(yīng)用于天然氣長(zhǎng)輸管道。西氣東輸管道投產(chǎn)以來(lái)，發(fā)生過(guò)多次線路閥室GOV閥 “誤關(guān)斷”失效事件，從歷次事件統(tǒng)計(jì)來(lái)看，主要原因是由雷電干擾引起LineGuard電子單元的紊亂，造成閥門(mén)誤動(dòng)作，威脅管道安全平穩(wěn)運(yùn)行；且GOV閥關(guān)斷后的緊急處理、維檢修作業(yè)也有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此西氣東輸管道公司開(kāi)展了閥室防雷抗干擾改造，本文從防雷抗干擾方面進(jìn)行分析，并提出解決方案。

1 西氣東輸管道線路閥室概況

目前，西氣東輸管道的線路閥室分為普通閥室和RTU閥室兩種，前者主要用于緊急情況下線路切斷，后者除實(shí)現(xiàn)線路切斷外，還可將線路截?cái)嚅y前后的管道壓力、閥位和陰極保護(hù)信號(hào)等通過(guò)遠(yuǎn)程終端RTU傳輸?shù)奖本┱{(diào)控中心和上海生產(chǎn)調(diào)度室，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控。兩種閥室在建筑結(jié)構(gòu)、供電方式和用電負(fù)載方面的對(duì)比如表1所示。

2 LineGuard電子單元簡(jiǎn)介

GOV閥配置的LineGuard電子單元是一套專(zhuān)用于管道壓力監(jiān)測(cè)、爆管判斷和自動(dòng)關(guān)閥功能的獨(dú)立單元，其組件主要包括：ROC控制器、Flash存儲(chǔ)器、電壓轉(zhuǎn)換模塊、壓力變送器、電磁閥、電池、機(jī)箱等。該電子單元通過(guò)壓力變送器實(shí)時(shí)采樣管道壓力，并通過(guò)先導(dǎo)電磁閥控制動(dòng)力氣源，執(zhí)行閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)動(dòng)作。LineGuard電子單元以過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)采樣數(shù)據(jù)平均值為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行報(bào)警限值和壓降速率的計(jì)算和判斷，并將這些報(bào)警條件歸類(lèi)為 “小事件”和 “大事件”。其中 “大事件”包括以下三種情況：檢測(cè)壓力低于關(guān)斷設(shè)定值；檢測(cè)壓力高于關(guān)斷設(shè)定值；檢測(cè)壓降速率高于壓降速率關(guān)斷設(shè)定值。只有當(dāng) “大事件”持續(xù)超過(guò)設(shè)定時(shí)限時(shí)，才會(huì)觸發(fā)關(guān)閥命令。

表1 RTU閥室和普通閥室對(duì)比

3 線路閥室GOV閥誤關(guān)斷分析

造成線路閥室GOV閥誤關(guān)斷各種起因所占比例如圖1所示。其中，由雷電干擾造成的誤關(guān)斷事件占30%，主要分以下兩種情況：一是雷電干擾造成存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)紊亂而程序本身并未發(fā)生錯(cuò)誤，當(dāng)“紊亂”的壓力數(shù)據(jù)達(dá)到程序設(shè)定的關(guān)閥條件時(shí)，程序會(huì)執(zhí)行關(guān)閥指令。二是雷電干擾造成電壓轉(zhuǎn)換模塊損壞，輸出電壓偏低，控制單元因?yàn)檩斎腚妷翰蛔?，引起ROC控制器數(shù)據(jù)紊亂而關(guān)閥。

圖1 線路閥室GOV閥誤關(guān)斷起因比例示意

4 線路閥室防雷抗干擾方面存在的主要問(wèn)題

4.1 LineGuard電子單元受雷擊泄放電流干擾

（1）LineGuard電子單元的電源進(jìn)線和壓力變送器信號(hào)輸入通道處未配置浪涌保護(hù)器。雷電引起的過(guò)電壓容易造成電壓轉(zhuǎn)換模塊損壞，導(dǎo)致其輸出電壓偏低或雷擊產(chǎn)生的干擾電流沿壓力變送器信號(hào)輸入通道串入電子單元，造成電子單元程序紊亂。

（2）屋頂設(shè)有衛(wèi)星天線或太陽(yáng)能極板的閥室，電源電纜從屋頂引入室內(nèi)時(shí)，存在電源線和接閃器距離較近、與引下線平行敷設(shè)、電源線未采取屏蔽措施的情況。雷擊泄放電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)容易對(duì)LineGuard電子單元造成干擾。

4.2 工藝間電氣、儀表設(shè)備受地電位反擊

工藝間內(nèi)的金屬體包括：電氣、儀表設(shè)備的金屬外殼和金屬構(gòu)架、電纜鎧裝層及保護(hù)鋼管、鋼窗網(wǎng)罩、門(mén)禁開(kāi)關(guān)等。工藝間屬于易燃易爆場(chǎng)所，如果工藝間內(nèi)各金屬體接地系統(tǒng)之間未形成等電位，在雷擊或電氣設(shè)備故障時(shí)，不同部位之間會(huì)產(chǎn)生電位差，對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生共模干擾，嚴(yán)重時(shí)引起地電位反擊，產(chǎn)生電火花引爆或損壞電氣設(shè)備。

4.3 未形成有效的雷電泄放通道

閥室屋頂作為接閃器應(yīng)與引下線可靠連接，形成有效的雷擊電流泄放通道。但屋頂安裝彩鋼瓦的閥室，彩鋼瓦龍骨架未與避雷帶進(jìn)行有效的電氣連接。

4.4 未充分利用屏蔽抗干擾能力

圍墻金屬防護(hù)網(wǎng)、鐵藝大門(mén)孤立存在，未充分利用閥室的屏蔽抗干擾能力。

4.5 儀表間內(nèi)等電位接地接線不規(guī)范

（1）儀表間內(nèi)的RTU機(jī)柜、通訊柜、配電箱、蓄電池架等裝置與局部等電位接地箱 （LEB）采用串聯(lián) （M型）方式進(jìn)行等電位連接。采用串聯(lián)方式時(shí)，首、末端電位差變化較大，容易產(chǎn)生耦合導(dǎo)致電路間基準(zhǔn)電壓不一致，對(duì)RTU機(jī)柜產(chǎn)生干擾。

（2）RTU機(jī)柜內(nèi)未區(qū)分保護(hù)接地和工作接地。在信號(hào)傳輸過(guò)程中，RTU機(jī)柜內(nèi)的保護(hù)接地容易對(duì)工作接地造成干擾。

（3）儀表間局部等電位接地箱的接線不規(guī)范，如接地線線徑不足、盤(pán)繞敷設(shè)、使用單股硬銅線、多股軟銅線未壓接銅線鼻子或多根接地線壓接在一個(gè)螺栓上等。

5 線路閥室防雷抗干擾整改措施

（1）減少浪涌電壓、浪涌電流對(duì)LineGuard電子單元的干擾。首先，在LineGuard電子單元內(nèi)設(shè)置電源和壓變信號(hào)共用的雙通道浪涌保護(hù)器；其次，對(duì)于屋頂設(shè)有衛(wèi)星天線或太陽(yáng)能極板的閥室，LineGuard電子單元電源進(jìn)線應(yīng)選用鎧裝、屏蔽電纜，電纜穿鋼管保護(hù)，并做好電纜鎧裝層和屏蔽層的接地措施。

（2）對(duì)工藝間內(nèi)金屬體的等電位接地系統(tǒng)進(jìn)行改造。在工藝間內(nèi)補(bǔ)做-40 mm×4 mm主扁鋼內(nèi)環(huán)接地網(wǎng)，內(nèi)環(huán)接地網(wǎng)對(duì)角處引出-25 mm×5 mm分支扁鋼與室外埋地主接地網(wǎng)可靠連接。工藝間內(nèi)金屬體通過(guò)多股軟銅線與新增內(nèi)環(huán)接地網(wǎng)可靠連接。

（3）實(shí)現(xiàn)閥室屋頂彩鋼瓦和引下線的可靠連接。在屋頂對(duì)角處，通過(guò)φ10 mm熱鍍鋅圓鋼實(shí)現(xiàn)彩鋼瓦龍骨架和避雷帶的可靠焊接。

（4）補(bǔ)充圍墻接地裝置，在圍墻上增設(shè)引下線和斷接卡子，做好金屬防護(hù)欄、鐵藝大門(mén)的等電位接地措施，使閥室彩鋼瓦屋頂、圍墻防護(hù)網(wǎng)、鐵藝大門(mén)形成籠形屏蔽體，增強(qiáng)閥室屏蔽抗干擾能力。

（5）規(guī)范儀表間內(nèi)各機(jī)柜和局部等電位接地箱之間的等電位接地接線方式。儀表間內(nèi)機(jī)柜之間按并聯(lián) （星形）方式進(jìn)行等電位連接，并以最短路徑接入局部等電位接地箱 （LEB）；局部等電位接地箱的接地線應(yīng)盡量短、直，按一個(gè)螺栓壓接一根接地線銅線鼻子方式進(jìn)行施工，并在壓接處采用熱搪錫處理；儀表間RTU機(jī)柜應(yīng)區(qū)分保護(hù)接地銅排、工作接地銅排以及保護(hù)接地線和工作接地線。

采取整改措施后，效果顯著。據(jù)統(tǒng)計(jì)，未改造前2011年共發(fā)生17起GOV閥誤關(guān)斷事件，閥室抗干擾項(xiàng)目改造完成后，2012年只發(fā)生2起誤關(guān)斷事件。閥室防雷抗干擾改造對(duì)保障天然氣長(zhǎng)輸管道的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，節(jié)約運(yùn)行管理和維搶修成本等方面具有積極意義。