浅析涪陵白涛工业园区调压计量站防雷措施

浅析涪陵白涛工业园区调压计量站防雷措施摘要：在重庆市天然气调压计量站的运行过程中，经常会遇到夏季雷击，造成站场的仪表、压力变送器、温度变送器被雷电击毁的现象。

本文主要对雷电现象产生的原理进行分析，雷击对燃气调压计量站的设备与仪表产生的危害形式，反观我们目前采取的防雷措施，提出防雷设计、施工、维护方面的建议。

关键词：直击雷、感应雷、球形雷、雷电波侵入、、感应过电压、地电位反击、接地体、接地极、浪涌保护器引言：天然气具有可燃与爆炸性，而燃气站场某些设备为压力容器，里面的介质为天然气。

涪陵白涛工业园区调压计量站位于夏季雷电多发的重庆，我们无法准确地预测这个站场雷电发生的强度与频率。

因此，如果我们的防雷设计、设施不能抵御所遭受的雷击的话，轻则会毁坏我们的仪表、变送器等设施，重则会产生爆炸，以至于带来不可估量的损失和破坏。

，一、雷击主要有三种表现形式：1、直击雷：带电云层接近地面或地面上的导体、建筑至一定距离，且之间电压足够高时，正负电荷将击穿中间的介质空气，与目标之间发生的强烈放电。

2、感应雷：又叫二次雷，带电云层经过地面或地面上的导体、建筑上空时，由于静电感应作用，会使这一范围带上异种电荷，当直击雷发生以后，云层上的带电电荷迅速中和消失，而这一区域的局部范围内的电荷由于散流电阻大，形成局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象。

3、球形雷：球状雷也叫滚地雷，少数情况会在雷暴天气下发生，呈圆球形的闪电球，十分光亮，直径大约为15到30厘米。

可维持数秒到1-2分钟不等。

常见颜色为橙色和红色，偶尔会呈蓝色、亮白色，幽绿色的光环。

其行走路线，一般是从高空直接下降，接近地面时突然改变方向作水平移动；有的突然在地面附件出现，曲线前进；也有沿着地表滚动并迅速旋转的；它可以穿过门窗，它甚至可以在导线上滑动。

多数火球无声消失，有的会产生爆炸，造成人员伤亡、设备受损，火灾等事故。

二、雷击时对燃气调压计量站的危害形式1、直击雷当雷暴天气发生时，带电的云层经过站场的上方，与站场的值班室、管线、设备、仪表发生猛烈的放电现象，称为直击雷。

2、雷电波侵入雷电波侵入通常指雷电通过站场的供、配电电缆放电。

雷击发生时，线缆上的雷电波或过电压沿着电缆线路以光速扩散，侵入，破坏室内配电柜里的电子设备和站场自动化控制等各个环节。

3、感应过电压当雷击发生在燃气调压计量站设备设施或线路的附近时，闪电会在很短的时间内释放大量的电荷，由电磁感应规律我们可以知道，这将在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压，或者某些部位因为电阻过大，散流慢，形成局部高压。

如果我们的燃气调压计量站使用了避雷设施，或者用设备的本体作为接闪器时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，或通过接地体从设施设备泄放入接地网时，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备传输信号受到干扰，导致数据丢失、不准确而产生误动作或暂时瘫痪；情况严重时可能引发电气元器件被击穿及电路板烧毁，使整个控制系统陷于瘫痪。

4、地电位反击如果站场安装了防雷接地系统，受到雷电时，避雷装置的建筑物、站场设备设施，接地网络的地电位会在瞬间上升到数万或数十万伏。

这种短时的巨大电位变化，将产生强大的极具破坏性的电流从站场的接地网络，流向各供、配电系统和站场的信号网络系统，当电压足够大到击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或网络信号系统，产生反击破坏从而损害电子电气设备。

对供配电系统如未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。

三、涪陵白涛调压计量站防止雷击危害处理的措施1、工艺管道、设备部分天然气站场设备设施主要有连接管道、汇管、分离器，调压撬，阀门。

由于直击雷放电猛烈，雷击时电流平均约为20000A，雷击电压约10的10次万伏，时候持续约为千分之一秒，破坏力十分巨大，若其电流不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的建筑、管道、设备遭受巨大损坏。

通常来讲，因工艺设备本身有与大地相连接的部分，雷击发生时对管道、工艺设备产生的毁坏概率比较小；但一旦发生雷击损坏，很容易发生天然气的爆炸事故、火灾，带来巨大的不良社会影响，和经济损失，所以这部分的防雷措施必须做到万无一失。

以下为涪陵白涛工业园区调压计量站大致工艺流程图，直线部分为管道连接部分（省略了部分阀门）。

（图1）从上面的工艺流程图（图1）我们可以看到，四个分离器、汇管、调压装置属于压力容器的范畴，所装天然气为易燃易爆的气体，属于防雷规范的1区：正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境，界定为第二类防雷建筑物。

对站场的综合值班楼界定为第三类防雷建筑物，对值班室和工艺设备来说，主要是防止直接雷击。

以下是工艺设备和值班室的接地详图（图2）（图2）从上面的图（图2）形可以看出：接地体绕值班室一周然后分两路，分别经过工艺区的前后端与工艺区设备的接地体连接，最后闭合，一同接入大地，具体做法详见如下：防雷保护措施：在屋顶铺设热镀锌圆钢作为接闪器，并利用建筑物柱内和基础内的钢筋作为引下线和房屋接地极；接闪带沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易于受雷击的部位铺设，在综合值班室的屋顶形成10x10的网格；因为工艺区管道厚度都大于4毫米，所以不设单独的接闪器，用设备本体进行保护；采用-40x4镀锌扁钢接地体连接整个接地网，工艺区采用L50x50x5镀锌角钢接地极，间距不大于6米；燃气管道的法兰接头、胶管两端（装卸接头与金属管道）间采用断面不小于6平方米毫米的绞铜线跨接，平行敷设的金属管道、金属管道的法兰两端均应焊接跨接线；站内电器设备接地与防雷、防静电共用一个接地系统，综合接地电阻不大于1欧姆。

对工艺区的设备来说，主要容易受直击雷击，从图2可以看出，每一个需要保护的设备单元按照最短距离的原则通过-40x4镀锌扁钢接地体与接地网的接地体相连，值得我们注意的是，这种接法不同与将所有需要防雷接地的设备串接后入地，更像一种并联的形式，这样的方式可以防止以为某点的断开，联系其他设备的防雷接地保护。

当直击雷，感应过电压作用于设备时，大部分电荷通过导电性能更优的接地体迅速导入大地，从而保护设备在雷击时产生、爆裂、爆炸、损伤。

2，仪表、自动化部分涪陵白涛工业园区调压计量站的仪表、自动化部分，主要有压力表，温度表，传送压力与温度信号的压力变送器和温度变送器、PLC，远程控制有远程电动开关。

雷击发生时，对站场而言，损坏频率最高的是压力报送器和浪涌保护器，如该部分受到损坏，会造成传送信号的干扰、失真、丢失等现象，造成设备设施的误操作，所以我们应该在这部分的防雷工作上下细功夫。

涪陵白涛工业园区调压计量站仪表防雷主要分为两部分：1）采用浪涌保护器进行防护，措施见简图( 图三)2）对电子信息系统设备的机房和户外工艺区的电子设备采取等电位连接与接地保护措施。

从图三可以看出，对仪表弱电系统主要使用浪涌保护器：浪涌保护器也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。

当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，接入大地，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害，我们这里主要讨论信号线路SPD。

信号线路SPD其实就是信号避雷器，它一般被安装在信号传输线路中，防止雷电波从信号线路涌入损伤设备。

在对浪涌保护器选型时，应该主要以下几个方面，1）电压保护水平（UP）的选择UP 值（指经过浪涌保护器之后剩余的电压）不大于被保护仪表或者模块耐冲击电压额定值。

2）标称放电电流In 的（冲击通流容量）选择3）最大放电电流Imax（极限冲击通流容量）的选择从保护原理来看，分别在压力信号线和温度信号线的两端接浪涌保护器，保护压力变送器、温度变送器及PLC、I/0模块。

当雷击发生时，信号线感应出过电压，当电压足够高时，浪涌保护器里的金属氧化物变阻器的电阻迅速下降，电流经变阻器，安装滑轨，地线流入大地，保护保护对象免遭过电流冲击。

3、电源线路防雷涪陵白涛工业园区调压计量站的电源电缆主要分为三部分：高压接入部分，即从外部高压配电电网接入站场变压器的这一部分。

低压接入部分，即从变压器低压侧到值班楼配电柜的电缆线。

从值班楼配电柜到各个负载的电路，和仪表配电柜到仪表的电源。

涪陵白涛工业园区调压计量站主要从三个方面防止雷电波的侵入：高压电网下线进入变压器时，安装避雷器，防止高压电网上的雷电波侵入。

（图四）变压器低压侧电缆进入室内时，安装防雷器，防止前端的电缆上的雷电波侵入。

仪表配电柜安装电源浪涌保护器，保护弱电部分电缆的雷电波侵入。

综上所述，白涛调压计量站在防雷设计中主要通过以下手段来防止雷击危害。

1）接地，通过建立完整的接地系统，将雷击时产生的强大电荷通过接地体迅速导入大地，减少雷击时对建筑、管道、设备、仪表的伤害，同时对设备传导能力薄弱的环节，该站场进行了跨接处理，保证电荷的及时能传入大地。

2）均压，在设计中采用防雷、防静电共用一个接地系统，同时采用等电位连接，这样就消除了在雷击发生时，雷电瞬态电流所经过的路径上产生的瞬态高电位而形成的该路径与周围金属物体之间形成的瞬态电位差，这种电位差可能造成仪表收到的干扰及损坏。

3）分流，白涛调压计量站通过安装电源型浪涌保护器和信号型浪涌保护器，用以防止瞬态过电压、过电流产生的冲击，避免对设备、仪表等带来的伤害。

四、不足与改进涪陵白涛调压计量站的仪表系统主要采用半导体元器件，集成电路和传递信号的电缆，当雷击发生时产生的高强度瞬态电磁脉冲可能会直接辐射到这些元器件上，也有可能在电源线、信号线上感应出瞬态过电压，沿线路侵入压力表、温度表、压力变送器、温度变送器、及PLC导致其失灵、误判或损坏，所以除了安装浪涌保护器外应该借助屏蔽体来阻挡或衰弱电磁脉冲的能量传递。

1，仪表的屏蔽，我们的仪表都处于露天状态，所以可以加装金属仪表盒来实现防雷屏蔽，同时仪表盒与现场的管线进行有效跨接，并入防雷接地系统。

2，信号线与电源线的屏蔽，为了防止雷电时产生的电磁波在信号线和电源线上感应出瞬态过电压带来的危害，所有的信号线及低压电源线都应采用有金属屏蔽层的电缆。

信号线或电源线的屏蔽层沿线路采取多点接地或至少应在线路的首末两端接地，采用多点接地后时应该有效防止低频干扰。

3，仪表室控制的屏蔽，仪表控制室是信号的接收和处理设备，是控制系统的核心，对雷电产生的电磁脉冲十分敏感，所以应该特别注意其屏蔽问题，首先仪表控制室应该是封闭结构，其次对房屋墙壁的结构钢筋交点处进行连接没，在室内沿墙壁四周再做一圈保护接地环并入防雷接地网。

结束语由于天然气站场的工作介质为天然气，所处的环境为野外，采用大量的仪表及自动化设备的这种特殊性，要求我们必须做好防雷接地工作。