输气管道中自动化仪表设备系统主要防雷措施研究

林江 高海洋

摘要：自动化仪表设备系统对于确保输气管道的安全运行至关重要，采取针对性的防雷保护措施是一项非常关键的工作，这就要求及时掌握和分清雷击对设备系统造成危害的主要原因，只有在此基础上才能找到针对性的雷电防护措施，进而保障自动化仪表设备系统及输气管道的运行安全。本文在详细分析雷电事故的发生原因基础上，为减少雷击事故发生，保障输气安全生产，提出了等电位连接、接地、屏蔽、合理布线、安装电涌保护器（SPD）等综合措施，以及采用雷电预警系统对雷电活动进行监测预警的措施，效果良好。

关键词：输气管道;电气仪表系统;雷电防护措施

前言

随着科技水平的快速提升，长输天然气管道也不断引入先进的仪器仪表设备和自动化系统，有效提高了安全生产效率，增强了自动化管理水平。但是有一个值得关注的问题就是

这些仪器仪表、自动化设备系统往往耐冲击能力弱，对雷电流较为敏感，再加上防雷措施主要针对电气仪表设备系统防护不到位的因素影响，系统受到雷击的机率大增，出现雷击事故后极易损坏仪器仪表设备和自动化系统、网络，间接引起甩泵、停输、电力通信网络中断、火灾等事故，严重影响生产效率和安全。因此，需要切实加强对输气管道中的自动化仪表设备系统进行综合雷电防护。

1.雷击对电气仪表设备系统产生危害的原因分析

作为自然界一种常见的现象，雷电是一种极具破坏性的大气物理现象，它是由一系列云间、云地的放电形成的。雷电从形式上可分为直击雷与感应雷两种，其对自动化仪表设备系统的危害主要包括以下四个方面。

1.1 直击雷

直击雷电压峰值可达几万伏至几百万伏，电流峰值可达几十千安至几百千安，通过瞬时放电，破坏能量巨大。若击中输气管道或者场站现场仪表和电气线路，会破坏电气绝缘以及造成线路熔断，直接损坏仪表设备。

1.2感应雷

雷云到来时，会对地面金属物体产生静电感应，物体与雷云之间，物体自身都会产生极高的感应电压，若对建筑物内线路、设备放电，会引发电击、火灾等事故，危及人员和仪表设备安全。同时，雷电发生时，雷电流会在周围产生强磁场，同样会对裸露的仪表设备、电子设施、系统产生较大干扰和破坏。

1.3 雷电波侵入

雷电对输气场站库外部的电缆放电时，电缆上的雷电波或过电压沿着电缆线路扩散至仪表、机房，会对电子设备和系统造成一定程度的破坏。

1.4反击

雷击发生时，雷电流通过引下线流入接地体，接地网地电位会急剧升高，产生反击电流，从接地处流向电子设备和系统，并对其产生损坏。

2.电气仪表设备系统防雷主要措施

雷电防护系统主要采用接闪器、引下线、等电位连接、接地、屏蔽、合理布线、安装电涌保护器等措施。这些措施需要相互配合，综合运用，才能真正达到自动化仪表系统防雷目的。

2.1直击雷防护

直击雷防护以主要采用避雷器（避雷针、避雷带、避雷网、避雷线），其中避雷针使用最为广泛。雷云接近时，避雷针可将雷云引来放电，通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地。这时输气管道场站等重要场所应按照规范要求，在储罐、泵区、办公楼等区域，设置完善的避雷器、引下线、接地体等基础防雷装置，保护建筑物和设备安全。

2.2等电位连接

等电位连接是把同一区域、建筑物内部和建筑物本身的所有大金属构件全部用母排或导线进行电气连接，使整个建筑物的正常非带电导体处于电气连通状态，使处于同一水平的金属导体之间具有同等电位。对于储罐液位计、液位开关、可燃气体探测器、管道压力、温度变送器、流量计等现场仪表，需要就近与接地端子与地网做好电气连接。对于 PLC 机房、控制室、通讯机房、信息机房，宜采用 M 型等电位，形成 MM 型网状等电位结构。机房做防静电处理，地面采用防静电地板，静电地板的骨架采用铜线进行跨接，墙壁采用防静电铝塑板，并与机房共地系统相连。使机房的形成一个法拉第笼。

2.3接地

接地是保障电气系统、信号及自动化控制系统正常运行、防止设备和线路遭受损坏、防止人身遭受电击、防止雷击和预防火灾、防止静电损害等的重要措施。防雷接地与工作接地、安全保护接地共用接地装置，其接地电阻值取其中最小值。采用共用接地时，雷电流在接地电阻上产生的高电压，同时存在各处的接地线上，各接地线之间不存在高电位差，从而避免各接地系统被击穿的情况发生。

房屋类建筑一般利用建筑基础作为接地体，与整个框架相连接达到法拉第笼式效果，当有弱电机房类接地与此连接，接地电阻要求小于 1Ω。整个户外装置区应建成一大型联合地网，使户外所有装置的直击雷接地、设备外壳接地、防电涌接地、静电接地处在同一水平上。根据联合接地的要求，建议接地电阻小于 1Ω 为宜。

2.4屏蔽和合理布线

屏蔽可以有效防范电磁干扰，减少雷电电磁对电子设备的影响。①建筑物、机房屏蔽。应将建筑物、机房金属框架混凝土钢筋、其他金属部件与防雷装置相連，构成大空间屏蔽。

②仪表屏蔽。现场仪表应采用全封闭的金属外壳，或者设置金属防护箱，并进行等电位连接，接入防雷接地网。机房、控制室内仪表、系统应安装在全封闭金属材质机柜内，并按规定接地。③电缆屏蔽。信号电缆宜采用金属铠装屏蔽电缆或互相绝缘的双层屏蔽电缆，并在屏蔽层两端做等电位连接并接地。采用非屏蔽电缆时，应穿钢管敷设或全封闭全金属电缆槽敷设。屏蔽应全程电气导通。④合理布线。系统线路宜靠近等电位连接网络的金属部件敷设，线缆走向应尽量并行布置，减小线缆自身形成的电磁感应环路面积。

2.5浪涌保护器电源系统浪涌保护

电源系统对雷电、电涌等过电压非常敏感，电源类电涌保护器的配置需根据被保护设备的耐压值、重要性及保护距离、浪涌保护器连接导线长度等要求，逐级配置安装，达到逐级泄流的目的。

仪表信号系统浪涌保护因仪表回路过多，浪涌保护器的设置应从仪表的重要性、经济合理性进行综合考虑。

控制室仪表、卡件处应设置浪涌保护器;信号电缆在地面敷设的水平和垂直距离较短时，现场仪表和控制室仪表两端可不设置;热电阻、电子开关、变送器等现场端应设置;电气转换器、电气阀门定位器、电磁阀、安全仪表系统等现场执行仪表和控制室仪表两端都应设置。

2.6雷电预警系统

在做好直击雷、感应雷防护、电涌保护等防雷措施的基础上，引入雷电预警系统，对雷电活动进行有效的监测预警，安排好雷击发生前的预防准备工作和事故初期的快速救治工作，可以有效降低雷击事故的发生和降低雷击事故损失和影响。雷击现象源于雷云内部的大量电荷累积，大气电场强度变化代表了雷云电荷累积程度。雷电预警系统通过对雷电发生的最根本因素-雷云电荷量进行监测，对大气电场强度、极性变化进行探测分析，加以识别和预警，预测雷云可能到达位置和时间，具有较高的预警精度。可以通过安装雷电预警系统，组建雷电预警网，不仅实现相关输气站、库的雷电预警功能，还可将雷电预警信息上传至调度中心进行统一管理，提高整体雷电防护能力。

3.结束语

输气管道电气仪表设备系统的防雷工作是一项系统工程，需要综合防护。仪表系统防雷除了考虑控制室、机房、现场仪表设备、通信电缆等方面的防雷，还必须与建筑物防雷、供配电防雷相结合，构成一个综合防雷系统，并做好雷电预警和防范措施，才能有效提高雷电防护能力，保障输油生产安全平稳运行。

参考文献

[1]周鑫，孙新亮. 综合防雷系统在石化输油泵站的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2012，32（2）：147-149.

（作者单位：中石油管道有限责任公司西气东输分公司银川管理处）