長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的防雷措施探討

牛坤 陳錦程 白任彥

摘 要：本文主要闡述了雷電對(duì)長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的影響，分析雷擊危害的主要原因，對(duì)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的雷電防護(hù)措施進(jìn)行探討，提出等電位連接、接地、屏蔽、合理布線、安裝電涌保護(hù)器（SPD）等綜合措施，并提出采用雷電預(yù)警系統(tǒng)對(duì)雷電活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，從而減少雷擊事故發(fā)生，保障輸油生產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：儀表系統(tǒng)；雷電防護(hù)；預(yù)警

中圖分類號(hào)： TH7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）27-161-3

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)石油儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)得到了快速發(fā)展，輸油站、油庫(kù)規(guī)模日益擴(kuò)大，不斷引入先進(jìn)的儀器儀表設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)，有效提高了安全生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化管理水平。但是儀器儀表、自動(dòng)化系統(tǒng)耐沖擊能力弱，對(duì)雷電流較為敏感，再加上目前防雷措施主要針對(duì)大型儲(chǔ)罐、設(shè)備，儀表系統(tǒng)防護(hù)不到位，雷擊事件頻繁發(fā)生，極易損壞儀器儀表設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)，間接引起甩泵、停輸、電力通信網(wǎng)絡(luò)中斷、火災(zāi)等事故，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全，甚至造成極大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，需要對(duì)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)進(jìn)行綜合雷電防護(hù)。

1 雷擊對(duì)儀表系統(tǒng)危害的原因分析

雷電是一種極具破壞性的大氣物理現(xiàn)象，是由一系列云間、云地的放電形成的。雷電從形式上可分為直擊雷與感應(yīng)雷兩種，其對(duì)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的危害主要包括以下5個(gè)方面。

1.1 直擊雷

直擊雷電壓峰值可達(dá)幾萬(wàn)伏至幾百萬(wàn)伏，電流峰值可達(dá)幾十千安至幾百千安，通過(guò)瞬時(shí)放電，破壞能量巨大。若擊中現(xiàn)場(chǎng)儀表和電氣線路，會(huì)破壞電氣絕緣以及造成線路熔斷，直接損壞儀表設(shè)備。

1.2 感應(yīng)雷

雷云到來(lái)時(shí)，會(huì)對(duì)地面金屬物體產(chǎn)生靜電感應(yīng)，物體與雷云之間，物體自身都會(huì)產(chǎn)生極高的感應(yīng)電壓，若對(duì)建筑物內(nèi)線路、設(shè)備放電，會(huì)引發(fā)電擊、火災(zāi)等事故，危及人員和儀表設(shè)備安全。同時(shí)，雷電發(fā)生時(shí)，雷電流會(huì)在周圍產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，同樣會(huì)對(duì)裸露的儀表設(shè)備、電子設(shè)施、系統(tǒng)產(chǎn)生較大干擾和破壞。

1.3 雷電波侵入

雷電對(duì)輸油站庫(kù)外部的電纜放電時(shí)，電纜上的雷電波或過(guò)電壓沿著電纜線路擴(kuò)散至儀表、機(jī)房，會(huì)對(duì)電子設(shè)備和系統(tǒng)造成一定程度的破壞。

1.4 反擊

雷擊發(fā)生時(shí)，雷電流通過(guò)引下線流入接地體，接地網(wǎng)地電位會(huì)急劇升高，產(chǎn)生反擊電流，從接地處流向電子設(shè)備和系統(tǒng)，并對(duì)其產(chǎn)生損壞。

2 儀表系統(tǒng)防雷主要措施

雷電防護(hù)系統(tǒng)主要采用接閃器、引下線、等電位連接、接地、屏蔽、合理布線、安裝電涌保護(hù)器等措施。這些措施需要相互配合，綜合運(yùn)用，才能真正達(dá)到自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷目的。

2.1 直擊雷防護(hù)

直擊雷防護(hù)以主要采用避雷器（避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線），其中避雷針使用最為廣泛。雷云接近時(shí)，避雷針可將雷云引來(lái)放電，通過(guò)接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地。輸油站庫(kù)作為重要的輸油生產(chǎn)場(chǎng)所，應(yīng)按照規(guī)范要求，在儲(chǔ)罐、泵區(qū)、辦公樓等區(qū)域，設(shè)置完善的避雷器、引下線、接地體等基礎(chǔ)防雷裝置，保護(hù)建筑物和設(shè)備安全。

2.2 等電位連接

等電位連接是把同一區(qū)域、建筑物內(nèi)部和建筑物本身的所有大金屬構(gòu)件全部用母排或?qū)Ь€進(jìn)行電氣連接，使整個(gè)建筑物的正常非帶電導(dǎo)體處于電氣連通狀態(tài)，使處于同一水平的金屬導(dǎo)體之間具有同等電位。

對(duì)于儲(chǔ)罐液位計(jì)、液位開關(guān)、可燃?xì)怏w探測(cè)器、管道壓力、溫度變送器、流量計(jì)等現(xiàn)場(chǎng)儀表，需要就近與接地端子與地網(wǎng)做好電氣連接。對(duì)于PLC機(jī)房、控制室、通訊機(jī)房、信息機(jī)房，宜采用M型等電位，形成MM型網(wǎng)狀等電位結(jié)構(gòu)，見圖1。機(jī)房做防靜電處理，地面采用防靜電地板，靜電地板的骨架采用銅線進(jìn)行跨接，墻壁采用防靜電鋁塑板，并與機(jī)房共地系統(tǒng)相連。使機(jī)房的形成一個(gè)法拉第籠。

2.3 接地

接地是保障電氣系統(tǒng)、信號(hào)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)正常運(yùn)行、防止設(shè)備和線路遭受損壞、防止人身遭受電擊、防止雷擊和預(yù)防火災(zāi)、防止靜電損害等的重要措施。防雷接地與工作接地、安全保護(hù)接地共用接地裝置，其接地電阻值取其中最小值[1]。采用共用接地時(shí)，雷電流在接地電阻上產(chǎn)生的高電壓，同時(shí)存在各處的接地線上，各接地線之間不存在高電位差，從而避免各接地系統(tǒng)被擊穿的情況發(fā)生[2]。

房屋類建筑一般利用建筑基礎(chǔ)作為接地體，與整個(gè)框架相連接達(dá)到法拉第籠式效果，當(dāng)有弱電機(jī)房類接地與此連接，接地電阻要求小于1Ω。整個(gè)戶外裝置區(qū)應(yīng)建成一大型聯(lián)合地網(wǎng)，使戶外所有裝置的直擊雷接地、設(shè)備外殼接地、防電涌接地、靜電接地處在同一水平上。根據(jù)聯(lián)合接地的要求，建議接地電阻小于1Ω為宜。

2.4 屏蔽和合理布線

屏蔽可以有效防范電磁干擾，減少雷電電磁對(duì)電子設(shè)備的影響。①建筑物、機(jī)房屏蔽。應(yīng)將建筑物、機(jī)房金屬框架、混凝土鋼筋、其他金屬部件與防雷裝置相連，構(gòu)成大空間屏蔽[1]。②儀表屏蔽。現(xiàn)場(chǎng)儀表應(yīng)采用全封閉的金屬外殼，或者設(shè)置金屬防護(hù)箱，并進(jìn)行等電位連接，接入防雷接地網(wǎng)[3]。機(jī)房、控制室內(nèi)儀表、系統(tǒng)應(yīng)安裝在全封閉金屬材質(zhì)機(jī)柜內(nèi)，并按規(guī)定接地。③電纜屏蔽。信號(hào)電纜宜采用金屬鎧裝屏蔽電纜或互相絕緣的雙層屏蔽電纜，并在屏蔽層兩端做等電位連接并接地。采用非屏蔽電纜時(shí)，應(yīng)穿鋼管敷設(shè)或全封閉全金屬電纜槽敷設(shè)。屏蔽應(yīng)全程電氣導(dǎo)通。④合理布線。系統(tǒng)線路宜靠近等電位連接網(wǎng)絡(luò)的金屬部件敷設(shè)，線纜走向應(yīng)盡量并行布置，減小線纜自身形成的電磁感應(yīng)環(huán)路面積[1]。

2.5 浪涌保護(hù)器

電源系統(tǒng)浪涌保護(hù)。電源系統(tǒng)對(duì)雷電、電涌等過(guò)電壓非常敏感，電源類電涌保護(hù)器的配置需根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐壓值、重要性及保護(hù)距離、浪涌保護(hù)器連接導(dǎo)線長(zhǎng)度等要求，逐級(jí)配置安裝，達(dá)到逐級(jí)泄流的目的[1]。。

儀表信號(hào)系統(tǒng)浪涌保護(hù)。因儀表回路過(guò)多，浪涌保護(hù)器的設(shè)置應(yīng)從儀表的重要性、經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行綜合考慮。控制室儀表、卡件處應(yīng)設(shè)置浪涌保護(hù)器；信號(hào)電纜在地面敷設(shè)的水平和垂直距離較短時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制室儀表兩端可不設(shè)置；熱電阻、電子開關(guān)、變送器等現(xiàn)場(chǎng)端應(yīng)設(shè)置；電氣轉(zhuǎn)換器、電氣閥門定位器、電磁閥、安全儀表系統(tǒng)等現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行儀表和控制室儀表兩端都應(yīng)設(shè)置[4]。

2.6 雷電預(yù)警系統(tǒng)

在做好直擊雷、感應(yīng)雷防護(hù)、電涌保護(hù)等防雷措施的基礎(chǔ)上，引入雷電預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)雷電活動(dòng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警，安排好雷擊發(fā)生前的預(yù)防準(zhǔn)備工作和事故初期的快速救治工作，可以有效降低雷擊事故的發(fā)生和降低雷擊事故損失和影響。

雷擊現(xiàn)象源于雷云內(nèi)部的大量電荷累積，大氣電場(chǎng)強(qiáng)度變化代表了雷云電荷累積程度。雷電預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)對(duì)雷電發(fā)生的最根本因素-雷云電荷量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)大氣電場(chǎng)強(qiáng)度、極性變化進(jìn)行探測(cè)分析，加以識(shí)別和預(yù)警，預(yù)測(cè)雷云可能到達(dá)位置和時(shí)間，具有較高的預(yù)警精度?？梢栽诙鄠€(gè)輸油站、庫(kù)安裝雷電預(yù)警系統(tǒng)，組建雷電預(yù)警網(wǎng)，不僅實(shí)現(xiàn)輸油站、庫(kù)的雷電預(yù)警功能，還可將雷電預(yù)警信息上傳至調(diào)度中心進(jìn)行統(tǒng)一管理，提高整體雷電防護(hù)能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

輸油站場(chǎng)防雷是系統(tǒng)工程，需要綜合防護(hù)。儀表系統(tǒng)防雷除了考慮控制室、機(jī)房、現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備、通信電纜等方面的防雷，還必須與建筑物防雷、供配電防雷相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)綜合防雷系統(tǒng)，并做好雷電預(yù)警和防范措施，才能有效提高雷電防護(hù)能力，保障輸油生產(chǎn)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范GB50343-2012[S].

[2] 周鑫，孫新亮.綜合防雷系統(tǒng)在石化輸油泵站的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，32（2）：249.

[3] 李楨.自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷的探討[J].石油化工自動(dòng)化，2008，44（5）：70.

[4] 石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計(jì)規(guī)范SH/T 3164-2012[S].