石油天然气井站防雷设施分析

石油天然气井站防雷设施分析
石油天然气井站防雷分析
前言
石油天然气井站是天然气开采不可缺少的生产场地，这些井站绝大部分地理位置都处于海拔高度300～600米的山区丘陵地带。

随着科学技术的不断发展，井站自动化、高科技设备设施越来越多，为了井站这些设备、设施不被雷击，一般应在井场安装避雷针，对电气设备安装电源、信号浪涌保护器，同时对各类设备采取人工接地等防雷措施。

近两年天然气开采行业，对井站防雷设施要求越来越高，花去大量人力和物力，将大量资金投入到井站防雷改造工作上，少的几十万元，多的上百万元。

现在井站安装的这些避雷设施,到底起没起到避雷作用？还存在什么问题？这是天然气开采中的一项重大技术课题。

现本文针对这一课题同时根据天然气井站雷击发生的实际情况，提出了几点看法，并进行了相应的分析和探讨。

一、井站安装的防雷设施
为了避免井站的设备、设施不被雷击，一般在井场安装避雷针，对电气设备安装电源信号浪涌保护器。

井站安装的防雷设施一般有以下几种：
1、独立式避雷针（自制避雷针）
独立式避雷针是一基Φ150×10m或Φ190×12m水泥电杆，上面安装的是自制的渡锌铁管长3-5米，有的在尖上安有自制铜尖，有的安装的就是大小不同的四节白铁管，总高度15-18m，然后用一根裸体钢铝线或渡锌圆钢与埋在地下的接地装置相连，接地电阻值要求在10Ω以下。

优点是造价比较低，安装简单；缺点是避雷针渡锌铁管一般在2-3 年后生锈，10年左右电杆出现破裂。

2、优化式避雷针：REP-XEL30
REP-XEL30优化避雷针是一种新型防雷装置，高度在2.5米左右，安装在铁塔顶上。

REP-XEL30优化避雷针为全不锈钢球形避雷针，造型优美、结构简单、安装方便，抗风能力为130公里/小时。

由主导体
针和副导体针构成，应用范围广，可用于移动基站、工矿企业、微波站、石油天然气井站及建筑物的直击雷防护。

接地电阻值要求在10Ω以下。

3、提前预放电避雷针：立信Smar-ESE系列避雷针
立信Smar-ESE系列避雷针特点：
完成主动式系统：从云层中主动获取能量，产生启动电子流，形成上行先导。

提前预放电功能：较传统避雷针而言，Smar-ESE系列避雷针能主动提前出击，通过强制实
现连续电晕效果，从而加快放电的主动性以至最经放电。

更大、更有效的保护半径：在同等高度下，比传统避雷针保护范围更大。

接闪更准确，更有效地减少雷击点落于非避雷针的概率。

耐用可靠、免维护：新型全不锈材料，耐腐蚀、抗风能力强，无需供电。

外观优美、观赏性高、安装简单方便。

型号是：REP-XEL88。

4、电源浪涌保护器
电源浪涌保护器按安装方式可分为模块型和箱型，模块型安装在配电箱内，箱型安装在配电箱外，接在配电箱进线电源上；按使用场所可分为普通型和防爆型，防爆型主要应用在炸药库、烟花爆竹以及石油天然气等易燃易爆场所。

它的主要作用是防止感应雷和雷电波侵入配电箱内，防止雷电的电压电流入侵电气设备设施造成损坏。

本文所讨论的石油天然气井站建议采用防爆型电源浪涌保护器。

5、信号浪涌保护器
信号浪涌保护器安装在各种通信线路上，主要作用是防止感应雷和雷电波入侵通信设备以造成损坏。

建议采用防爆型信号浪涌保护器。

二、工作原理及安装要求
1、提前预放电避雷针的工作原理
雷电云层形成时，云层与地面之间的大气会产生一个电场，此电场强度达到14千伏/米。

从而使地面凸起部分或金属部件上开始出现
电晕放电。

当雷电云层内部形成一个下行先导时，闪电电击便开始了。

下行先导电荷以阶梯形式向地面发展，下行先导携带的电荷使地面建立起了电场。

从地面上的建筑物或物体产生了一个上行的先导。

此上行先导向上传播一直到与下行先导会合，此时闪电电流便流过所形成的通道。

地面上的单个建筑物可能会产生好几个上行先导，与下行先导会合的第一个上行先导决定了闪电电击的地点。

Smart-ESE系列避雷针的工作原理就是产生一个比普通避雷针更快的上行先导。

2、避雷针与设备间安装距离要求
避雷针与易燃油贮罐和氢气、天然气等罐体及其呼吸阀等之间的空气中距离，避雷针及
其它接地装置与罐体、罐体的接地装置和地下管道的中距离应符合要求。

避雷针与呼吸阀的水平距离应不小于3m，避雷针尖高出呼吸阀不应小于3m，避雷针尖的保护范围边缘高出呼吸阀顶部不应小于2m。

在空气中的距离和地中距离必须符合要求。

避雷针与5000m3以上贮罐呼吸阀的水平距离，不应小于5米，避雷针针高于呼吸阀不应小于5m。

3、避雷针的接地要求
独立避雷针和优化避雷针必须设立独立的接地装置，在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻不宜超过10Ω。

接地体长度不得小于15M，独立式避雷针接地体采用渡锌圆钢材料时直径不得小于Φ8mm,采用扁钢材料截面积不得小于48mm,厚度不得小于4mm。

接地体的连接要求焊接牢固，优化避雷针的接地厂家设有专用线和要求。

避雷针不应设在经常行走的地方，避雷针及其接地装置与或出口等的距离不宜小于3M，否则应采取均压措施或铺设砾石或沥青地面。

4、提前预放电避雷针保护半径
按NFC17－102规定，避雷针针尖应高于被保护物水平2mh1以上。

当避雷针高度不同时（h2，h3，卙n），其保护范围（半径）分
别为RP2，RP3或PN，计算公式应考虑被保护物的防雷等级，保护半径与高度（h）有关，与它的启动抢先时间（型号）有关，以及与所选的保护级别有关：
当h≥5时，
RP－为所考虑物的水平面上保护半径
h－为针尖相对于被保护物顶部的水平高差
D－为滚球半径（闪击距离）
ΔL为上行抢先距离
ΔL＝V（米/微秒）×ΔT（微秒）
V－为先导传播速度，
三、雷电的产生及危害
雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象。

云中的水滴受强烈气流的摩擦产生
电荷，而且微小的水滴带负电，小水滴容易被气流带走形成负电云；较大的水滴留下来形成带正电的云。

由于静电感应，带正电的云层在大地表面会感应出与云块异性的电荷，当电场强度达到一定值时，即发生雷云与大地之间的放电；在两块异性电荷的雷云之间，当电场强度达到一定值时，便发生云层之间放电。

放电时伴随着强烈的电光和声音，这就是雷电。

雷电对架空高压电线路、电气设备、设施和人员等带来严重的危害，雷电具有电效应、热效应和机械效应等三种破坏作用。

数十万至数百万伏的冲击电压可击毁电气设备的绝缘，烧断电线或劈裂电杆，造成大规模的停电；绝缘损坏引起短路，使金属管道烧穿，导致火灾或爆炸事故，甚至造成易燃品着火和爆炸；当雷电流入地时，在地面上就会因雷电引起跨步电压，造成人身触电事故。

为了更好的预防雷击，有关部门将防雷等级进行了相应的划分：1）一类防雷等级是指凡在建筑物中存在放爆炸物品或经常发生瓦斯蒸汽或空气的限混合物，因电火花而发生爆炸，致使房屋毁坏和人员死亡。

2）二类防雷等级是指特征同一类，但不致引起巨大破坏和人员伤亡，
或当发生事故时，才有第一类的情况出现和具有重要政治意义的民用建筑屋。

3）三类防雷等级是指不属于一类二类的，而又需要作防雷保护的。

四、天然气井站发生雷击的主要原因分析
在天然气井站常发生雷击的设备、设施主要是电气设施，最常见的是供电线路，变
压器上安装的避雷器，家用电器、天然气计量微机等。

天然气井站发生雷击的主要原因是由于避雷针的安装结构、位置、接地、选型等存在问题。

五、天然气井站防雷设施安装的几点建议
目前井站安装的优化避雷针85%以上，安装位置、距离、结构都没按要求进行安装。

井站的避雷针没有充分发挥起到避雷的作用，雷电时没有完全把整个井站的雷电流引入大地达到快速失放的目的，这些优化避雷针只是一种装饰、摆设，相反有的成了引雷作用，浪费了物力资源和财力，为此我们对天然气井站防雷设施的安装提出以下几点建议。

1、石油天然气井站防雷设施今后在设计时，应该根据井站的防雷类别、井场面积、设备、生活区分布情况来统一考虑选择避雷针的型号，同时对避雷针的安装距离、位置、接地
等要符合防雷规范，合理利用和充分发挥避雷针的作用，减少井站重复安装防雷设施，达到降低投资和防雷的目的。

2、对井站没按要求安装的泄流电缆、计数器、入地分流线和避雷针接地线，没进行独立接地的优化避雷针进行整改，让避雷针充分发挥作用，从而达到安全防雷的目的。

3、天然气井站绝大部分的值班房和住房都是砖混结构平房，沥青屋面，高度一般在5米以下，井站又安装了避雷针，根据防雷保护要求，这类房屋可以不作接地处理。

但对金属屋面的房屋，应安装防雷接地保护线，防止感应雷和雷电波浸入危害人身安全。

4、采输工艺设备区可以安装防雷接地网，但接地网不能与电气设施房屋防雷接地网络相连，防止感应雷和雷电波浸入危害人身、设备
安全。

5、天然气井站的水、电、讯设备、设施、电气仪表等，应安装浪涌避雷器和设备接地，接地电阻值必须符合各类设备接地要求，且不能与采输工艺设备、强电设施接地相连，防止感应雷和雷电波浸入，损坏电气仪表，减少雷电灾害的损失。

6、优化避雷针安装时应严格按照说明书要求进行安装，安装完毕后，每年雷雨季节前按照下列内容进行检查：1）各连接部位的连接应可靠，不允许松动。

2）检查从接闪器至底座的阻抗链总阻值。

应≦5Ω。

3）优化避雷针的引下线接地应良好，接地电阻值不大于10Ω。