油气处理厂站电子设备雷击事件原因分析及整改措施

张晓花（中国石油工程项目管理公司天津设计院，天津300457）

0 引言

油气处理厂站内建筑物、管道及其他暴露在室外的设备，特别是仪器仪表等电子设备更容易遭受雷击的损害，轻则干扰信号传输，重则造成严重的经济损失。目前，传统的避雷针防雷方式仍被使用，事实证明正确的避雷针使用方法也是经济和有效的一种避雷方式。但是随着社会的不断发展，特别是自动控制系统的完善和信息化的不断发展，大量现代精密电子设备的涌入，使避雷针对这些电子设备的保护显得无能为力[1]。某陆上终端处理厂地处水陆交界区域，主厂区位于半山腰，南侧靠山，东、西、北侧临海，厂区地基为开山岩石填充，土壤电阻率大、阻抗高，并且周围无遮挡物，较为空旷，属于明显的引雷区。且生产工艺区设备多为金属构件，易受雷击。在处理厂附近海面的雷电形成过程中，带有正负电荷的云团受海风（风向、风速）影响，更易靠近处理厂内设备，带有正负电荷的云团在云内放电或对地放电过程中，使处理厂内设备遭受雷击影响的概率增大。

1 雷电损害电子设备对主要途径

雷电损害电子设备主要有三种途径：一是直击雷经过接闪器（如避雷针、避雷带、避雷网等）和引下线而泄放入地；二是雷电流沿引下线入地时，在引下线周围产生磁场，引下线周围的各种金属管线上经感应而产生过电压；三是在建筑物外受直击雷而加载的雷电压沿进出建筑物的电源线或信号线窜入电子设备[2]。

2 处理厂雷击事故原因分析及整改措施

2019 年8 月，由于持续的强雷电天气，导致处理厂内部分仪表设备跳变及损坏等情况发生，对处理厂的平稳运行及正常生产产生了不利的影响，如何预防高雷区仪表设备的防雷问题已迫在眉睫，下面对雷击事故原因进行了分析，并提出了行之有效的整改措施，事实证明。这些整改措施对仪表设备防雷起着至关重要的作用。

2.1 海管上岸段及预处理区

雷击事故发生后，海管上岸部分和预处理区现场变送器全部发生跳变，原因分析及整改措施如下：

（1）现场变送器已加装了菲尼克斯的一端口信号浪涌保护器，且各项参数均满足正常工作需求。

整改措施：

在接线箱内安装两端口的串联式信号SPD；

在变送器外加装316 不锈钢箱体，且箱体要做可靠接地处理；为了增加箱体抗电磁场干扰的能力，将箱体内层涂一层导磁材料，这样不仅起到了防腐功能，又增强了变送器抗电磁脉冲能力。

（2）现场测量了接地扁钢的直流接触电阻阻值，发现接触电阻高达700 多豪欧姆。根据现场调查发现，现场的扁钢连接均为单螺栓压接，且压接处未经过任何防腐处理，均为露天安装，日积月累接地扁钢生锈，从而导致接触电阻升高。

整改措施：

在海管上岸段的两个变送器箱内设置接地汇流排，现场变送器等的接地线先连接到该接地排上，接地汇流排与接地网之间再用两根（冗余设计）25mm2的BVR 线取代现有的接地扁钢使变送器进行有效的接地处理。

（3）现场所有的仪表控制电缆均采用屏蔽双绞线，均只有单层屏蔽，并且屏蔽层一端只在机柜内做单点接地。

经分析，造成变送器产生跳变的原因为：

对信号电缆的屏蔽，只在一端接地，另一端悬空，但单端接地只能做到防止静电感应（即电容性耦合），对电磁感应（即电感耦合）的干扰产生不了抑制作用，致使雷电波轻而易举的侵入。

管道接地不良，当雷击中管道时形成的地电位反击对变送器造成影响。

整改措施：

如信号电缆屏蔽层只做了单端接地，可以利用其金属走线槽在两端和每隔一定距离设一个接地点，在雷击时作为外屏蔽层的金属走线槽与地构成了环路，感应出一电流，该电流产生的磁通抵消或部分抵消雷击源磁场的磁通，从而大大抑制了无外屏蔽层时感应雷的影响。

2.2 区域控制机房

对现场区域控制机房内设备接地及等电位联接、机房综合布线、机房屏蔽等进行勘察、调研时发现：

（1）机柜内保护接地、工作接地、防雷接地接在机柜内同一个接地铜排上。机柜内信号SPD与被保护设备共用一个地。

（2）金属设备间的等电位连接措施不完善，极易引起地电位反击；

（3）机房无空间屏蔽，雷电发生时易引起电磁干扰对设备造成损害；

整改措施：

建议各区域控制机房内在防静电地板下采用30*3mm扁铜设置均压环，控制机房内的金属机柜、线槽、门窗、及各类接地系统接地线可连接至均压环上。

2.3 火焰探测器

处理厂内42个火焰探测器大部分因雷击发生跳变，根据现场调查发现，大多数的火焰探测器均固定安装在金属管廊立柱上。当发生雷电流泄流时，由于探头所在位置距离地面约2.5米，而金属管廊立柱是引下线，因此探头所在位置与大地会形成较大的电位差，此电位差会通过探测器的金属外壳反击到探测器内部的电子元器件，从而使火焰探测器受到干扰或损坏。

整改措施：

厂区42个火焰探测器已采用40*4mm热镀锌扁钢和10mm2接地线做外壳接地处理，为解决火焰探测器遇强雷天气再次跳变问题，对火焰探测器进行了如下处理：

（1）在火焰探测器固定抱箍与金属固定件之间采用聚四氟材料做绝缘处理；

（2）在火焰探测器端并联安装一端口信号浪涌保护器。

2.4 中央控制室

（1）中央控制室内设置有各类电子设备，但仅设置了一级电涌保护器，不符合GB50343[3]的要求；楼内大屏显示、计算机、交换机等均为精密电子设备，其雷电防护水平仅为1500V,而室内所设置SPD的保护水平为2500V，SPD难以担负起对计算机、显示屏等设备对雷电防护的要求。

整改措施：

应在中央控制室设置三级以上电涌保护器，为此建议在机柜室的配电箱内加装满足II 类试验要求的SPD，其保护水平应不大于1800V；在计算机、大屏显示、机柜等电子设备的取电处设置一级满足II 类试验要求的SPD，其保护水平应不大于1500V。

（2）中央控制室、机柜间金属吊顶无接地措施，发生雷击时有“异响”或“放电”现象。

整改措施：

中央控制室、机柜间金属吊顶支架采用10mm2接地线做接地处理。

2.5 火灾报警系统

生产区、生活区火灾报警系统多次因雷击造成设备损坏，其中包括前端的烟感探头、手动报警触发器，后端控制柜/箱内的控制卡件。造成其损坏的原因是雷电发生时其电源线路、信号线路上产生雷电过电流导致的。

整改措施：

（1）在火灾报警控制柜内加装1 路220VAC 电源浪涌保护器，1路24VDC直流电源浪涌保护器，各火灾报警控制柜内每一信号回路安装1 套全模式保护信号浪涌保护器（Imax：20KA，Up：≤55V）。

（2）在消防控制机房电源总配电箱内并联安装1 套全模式保护三相电源浪涌保护器（Uc：335VAC，Iimp：12.5KA，Up：1.2KV）。

（3）重要终端负载加装电源防雷插排，Imax≥10KA；Up≤0.8KV。

2.6 厂区金属围栏

处理厂南侧靠山，东、西、北空旷临海，其距离海平面60m高，由于处理厂区四周的金属围栏未做任何接地处理，因此雷电发生时容易发生地滚雷对厂区内的设备造成损坏。

整改措施：

厂区四周金属围栏每隔30米做一次接地处理，接地电阻＜10欧姆。

3 结语

针对近三年该处理厂雷电经济损失情况来看，有必要组织专业人员在雷电事故发生后第一时间进行现场勘察、数据收集及现场维护等工作，对现有防雷设施实时跟进、维护，争取以最低的成本获得最高的防护效果。防雷维护是一项细致、专业、长期性的工作，也可以与当地气象局合作，请当地气象局协助提供当地雷电活动次数，掌握该地区雷电活动规律，为将来进一步研究该处理厂防雷问题做理论数据支撑。另外。在高雷地区，要加强防雷设计、施工、验收等环节的质量把控和技术把关，防患于未然。