天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷分析

李佳凱 薛建 鄭博仁 孟軍

摘 要：社會快速發(fā)展的背景下，對于天然氣能源需求量越來越大，這極大的促進著天然氣企業(yè)發(fā)展。天然氣集輸站場運行期間，極易遭受雷電災(zāi)害的影響導(dǎo)致自動化儀表系統(tǒng)損壞，影響天然氣集輸站場的正常運轉(zhuǎn)，因此積極做好自動化儀表系統(tǒng)防雷工作顯得至關(guān)重要。本文首先分析了天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)雷擊危害形式;其次探討了天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷對策。

關(guān)鍵詞：天然氣;集輸站場;自動化儀表系統(tǒng);防雷措施

引言

在天然氣集輸站場中，自動化儀表系統(tǒng)起到了重要作用，是保證天然氣集輸站場安全、高效運行的關(guān)鍵。如自動化儀表系統(tǒng)遭受雷擊，會導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障及損壞，甚至?xí)斐扇藛T傷亡及財產(chǎn)損失，造成惡劣的社會影響，所以必須要重視自動化儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計工作。

一、天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)雷擊危害形式分析

結(jié)合雷擊的形式及構(gòu)成原因的不同，天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)雷擊主要包括兩種，一種是直接型雷擊，另一種是感應(yīng)型雷擊，具體如下：

（一）直接型雷擊

直接型累計主要以危害天然氣集輸站場自動化儀表設(shè)備及其線路為主，不僅會嚴(yán)重破壞自動化儀表涉筆傳感器核心，同時也會極大的影響到變送器所加載的線路電板。遭受雷擊的情況下，雷電流沿著儀表支架流向地表，在這期間會產(chǎn)生強大的的磁場感應(yīng)用力，并通過電子信號傳輸?shù)娇刂破?，破壞控制室?nèi)的電子設(shè)備，影響其正常應(yīng)用。

（二）感應(yīng)型雷擊

1.靜電感應(yīng)

靜電感應(yīng)雷擊區(qū)域范圍內(nèi)的物體，特別是一些大體積導(dǎo)體，會積聚大量電荷，飽和狀態(tài)下會產(chǎn)生強烈的放電現(xiàn)象。放電期間電流竄入自動化儀表系統(tǒng)或者儀表設(shè)備中，就會導(dǎo)致嚴(yán)重受損，影響天然氣集輸站的正常運轉(zhuǎn)。

2.電磁脈沖輻射

受到雷電流的影響，會形成電磁脈沖輻射，進而在天然氣集輸站場周邊環(huán)境、空間中產(chǎn)生電磁場，然后向周邊區(qū)域發(fā)射電磁波，在較短時間內(nèi)電磁會耦合到控制內(nèi)的多個設(shè)備上，例如：計算機設(shè)備、自動化儀表設(shè)備等，然后產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及大電流，破壞天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)及設(shè)備，甚至?xí){到人員安全，造成巨大的損失。

二、天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷對策探討

（一）接閃

眾所周知，雷擊是自然災(zāi)害，對于天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)所帶來的危害是不可預(yù)知的，為盡可能減少損失，降低雷擊對于自動化儀表系統(tǒng)所帶來的影響，要綜合應(yīng)用外接、導(dǎo)流等方式來防護自動化儀表系統(tǒng)。在這其中，接閃是常見的防雷措施，通過在天然氣集輸站場建筑物安裝防雷裝置，實現(xiàn)對油罐等高危設(shè)施以及自動化儀表系統(tǒng)的有效保護。在防雷設(shè)計中，要積極做好對天然氣集輸站場現(xiàn)場自動化儀表系統(tǒng)和周邊建筑物的融合防雷設(shè)計工作，以便于達到更加理想的防雷效果。

（二）均壓

雷電天氣下，在短時間內(nèi)會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，不同位置、區(qū)域的雷電感應(yīng)是不同的。電流流過的路徑電位升高后，會和正常構(gòu)件的電位形成電流差，電流差遠超絕緣耐受強度，因而也就會破壞自動化儀表系統(tǒng)。自動化儀表系統(tǒng)遭受雷擊后，會產(chǎn)生強大的高電流，如果能夠?qū)⒏唠娏魇枭⒌阶詣踊瘍x表系統(tǒng)外或者輸送到不同的儀表構(gòu)件，這會降低電流差，降低對于儀表系統(tǒng)所帶來的危害。依靠這一原理，均壓防雷模式得以產(chǎn)生，在雷電天氣前將天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)金屬導(dǎo)體構(gòu)件及室內(nèi)控制設(shè)備金屬構(gòu)件進行連接進而形成通暢的整體電路，然后將防雷接地系統(tǒng)連接于儀表控制室并將其設(shè)置于室外，在遭受雷擊的情況下，能夠?qū)⑤^大的電流均勻輸送到所連接的金屬設(shè)備，金屬設(shè)備負(fù)荷電流一致并且屬于絕緣耐受強度內(nèi)，利用防雷接地系統(tǒng)導(dǎo)出電流，進而避免影響自動化儀表系統(tǒng)，當(dāng)前均壓防雷模式在天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷中實現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。

（三）接地

1.浮地

浮地是指儀表工作區(qū)域之間和建筑物接地系統(tǒng)具備較強的絕緣性，當(dāng)建筑設(shè)施遭受電磁干擾的情況下，會利用接地系統(tǒng)釋放電流，避免影響自動化儀表系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。但是自動化儀表外殼需要保護接地，在面對強大雷擊的情況下，會導(dǎo)致儀表外殼和內(nèi)部電子電路之間產(chǎn)生強大的電壓，極易擊穿絕緣間隙，進而破壞電子線路。

2.多點接地

多點接地指的是將自動化儀表、PLC等設(shè)備和保護接地相區(qū)分，其優(yōu)勢在于能夠達到就近接地的目的。但是，如果雷電波非常強烈，極易導(dǎo)致進入防雷系統(tǒng)，入侵的高電壓會破壞電子線路。由于浮地和多點接地防雷效果不理想，因此需要將保護地和工作地連接然后再接入防雷接地系統(tǒng)，以便于達到更加理想的防雷效果。

（四）屏蔽

天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷屏蔽，主要是由三部分所構(gòu)成的，包括：控制室屏蔽，現(xiàn)場儀表屏蔽，信號線和電源線屏蔽等。在這其中，控制室屏蔽發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，控制室是自動化儀表系統(tǒng)核心，對于雷擊所產(chǎn)生的耐沖具備較高的敏感度，所以在墻壁內(nèi)鋼筋交點處進行電氣連接，進而形成帶開口的屏蔽籠，然后將接地環(huán)與其連接在一起，達到屏蔽的目的。與此同時，現(xiàn)場儀表屏蔽模式下，要想降低雷電對于自動化儀表所造成的破壞，可以使用金屬儀表箱來防雷，將儀表箱保護殼和金屬設(shè)備等電位連接，然后將其并入防雷接地系統(tǒng)即可。此外，為降低雷電所產(chǎn)生的電磁脈沖，有必要將信號線和低壓電源線更換為金屬屏蔽層的電纜。為有效解決多點接地所產(chǎn)生的低頻干擾問題，可以將其穿入到金屬導(dǎo)管內(nèi)，實現(xiàn)對信號線、電源線的低頻干擾的有效屏蔽。

三、結(jié)語

綜上所述，天然氣集輸站場作為天然氣集聚、輸送的重要場所，保證其安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)至關(guān)重要。自動化儀表系統(tǒng)作為天然氣集輸站場的重要設(shè)施設(shè)備，要高度重視防雷工作，積極創(chuàng)新優(yōu)化自動化儀表系統(tǒng)的防雷機制，提升天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷水平，降低雷電對于自動化儀表系統(tǒng)所造成的危害，確保自動化儀表系統(tǒng)正常運行，保障人員安全。

參考文獻：

[1]文科，蔣彬.天然氣裝置區(qū)儀表自控系統(tǒng)防雷接地分析與探討[J].科技與企業(yè)，2015（07）：232.

[2]周建華.天然氣集輸站智能儀表防雷分析[J].石油化工自動化，2018（03）：73-75.

[3]于海龍.天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷分析[J].石化技術(shù)，2019（07）：288-289.