某天然气输气站场雷击事故分析及整改措施

某天然气输气站场雷击事故分析及整改措施

某天然气输气站2005 年7 月2 日发生雷击，雷击后值班室9 路信号SPD 均被损坏、电脑显示器损坏、站场内值班室后的生活区电视机被损坏。

为更有效地减少输气站场的雷击事故，在对该站进行防雷改造前，对发生的事故进行详尽的分析，找出存在的问题，探讨改进方法，是十分必要的。但由于该输气站的雷击发生已近一年，只能根据现有检测数据和工作人员的描述进行分析，并提出整改措施。

一．现场检测情况

该输气站位于四川省自贡市贡井区，背面临山（旱地），面朝山坳（水田），通风良好，属于易落

雷区；当地雷暴日为43.8天/年，处于高雷区。站内工艺区面积为21.0m x 18.0m，另有值班、配电室等生

产和生活用房一栋。工艺装置室外露天安装。站内现有防雷设施如下：

1 、防直击雷设施

站内有避雷针2根，高度均为25.0m，两针相距为33m，实测接地电阻分别为4.0 Q、4.7 Q;值班室屋面避雷带，已失修锈断，实测接地电阻 2.5 Q ;值班室屋面上加装的顶棚金属支架未与建筑物的引下线

或避雷带连接。

2、防雷电感应设施

2.1供电部分

供电线缆埋地进入配电室；采用TN-C制。配电室内的总配电柜至值班室配电箱距离约为5m ;供电系统防护情况：配电室内安装有一组LAN-C （40KA ）三相电源SPD，配电室内墙上四个分配电箱各装有

ZGG560/20 （20KA ）单相或三相电源SPD,值班室UPS单相电源输入端安装一组OBO品牌型号为V20- C的（20KA ）单相电源SPD。第一、二、三级SPD接地线为6 mm2铜芯线。

电源避雷器安装存在较严重质量问题：有一组三相电源SPD 未接线、有一组三相电源SPD 未接地

线、还有电源SPD接线松动等。

实测配电室接地电阻为8.0Q。

2.2信号部分

工艺装置区至值班室的距离约为20m ;值班室安装有9路组合式信号SPD，接地线截面积为约

4mm2，实测接地电阻为5.6Q。工艺装置区变送器未安装相应的信号SPD;

值班室视频信号线、控制信号线未安装相应的信号SPD;

一路电话信号线未安装相应的信号SPD；

3、接地系统

从各测试点接地电阻值偏离程度看，站内似有工艺装置区、值班室、配电室、避雷针等多个独立地网，但其距离不能满足独立地网要求，因此存在地电位反击的危险；

4、综合布线入室电话线及有线电视信号线架空布设，且将其固定在屋顶避雷带上，增大了雷电侵入的概率和强

度。

5、屏蔽站内部分设备的屏蔽措施有一定缺陷，埋地进入值班室的信号线存在屏蔽层未接地的情况。

6、等电位连接机房无等电位接地端子或等电位接地排，也未按规范作好等电位连接。

二、隐患分析从现场情况看，该站在防雷、防静电方面存在的防雷隐患较多，归纳如下：

1. 防直击雷值班室屋面的避雷带已断，削弱了防直击雷作用。屋面新增金属棚架是值班室的最高点，但没有与

避雷带或引下线连接，不能有效地起到防直击

雷作用。

2．供电系统引入雷击电磁脉冲

2.1已装的电源SPD存在较严重的安装质量问题

由电源线引入的雷电流虽经三级电源SPD 保护，但由于安装质量问题，仍可能发生雷击事故。主要表现在：

普遍存在电源SPD的接地线偏小。第一、二、三级SPD接地线径偏小，造成接地线感抗增加。

雷击时会导致电源SPD接地端与汇流排间电位差增大。

电源SPD安装不符合规范要求。配电室墙上的配电箱内已安装电源SPD，表面上看接地线已连

接到接地端子，但接地端子并没有外引接地线到地网。还有的电源SPD的接线已松脱。

2.2所选择电源SPD技术参数问题

该输气站供电系统现采用了三级电源SPD进行防护：

现场勘察第一级电源SPD标称放电电流为40KA，第二级电源SPD标称放电电流为20KA，第

三级电源SPD标称放电电流为20KA。

根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》( GB50343-2004 )的第5.4.1第7条的规定，第一级SPD 和第二级SPD 的标称放电电流小于规范的要求。

2.3 多级电源SP D 设计配合问题

根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》( GB50343-2004 )，两级SPD 间必须有一定的线距

长度，以保证雷电高电压脉冲沿电源线路侵入时各级SPD 都能分级启动泄流，避免多级SPD 间出现盲

点。同时规定，末级电源SPD 的保护水平必须低于被保护设备对浪涌电压的耐受能力。

现场可见该输气站的第一级电源SPD与第二级电源SPD之间的距离无法满足10m的线距要求，

雷击时可能出现某级SPD 不动作的情况。

2.4电源SPD配合问题

三种不同品牌电源SPD 的响应时间和残压等参数的相互配合存在不确定因素，有可能带来防雷隐患。

2.5 直流电源系统引入的雷击电磁脉冲

值班室控制机柜内的SIMENS直流24V电源输出端未安装相应的直流电源SPD，当雷电流或雷

击电磁脉冲侵入低压电源系统后，由于电源SPD 必然还有残压，此残压经直流电源处理后仍然会有一个脉冲传入后级(视具体品牌而定)，该脉冲传入连接信号模块的信号线路后，可以使信号模块所接信号SPD动作，严重时可能烧坏信号SPD，甚至损坏信号模块。

3、信号线路引入雷击电磁脉冲

工艺装置区变送器的信号线路未加装相应信号SPD。

4、综合布线带来的隐患

现场的有线电视电缆和电话线未穿金属管屏蔽，由高约7m 长距离架空引入，未安装相应信号SPD，且直接固定在避雷带上，这种处置方式导致多条雷击电磁脉冲和雷电感应引入途径，形成很大的防雷隐患。

5、接地系统

现场场地不能满足独立地网的条件，但根据现场检测情况分析，站场内未采取联合地网。当任何一部分发生雷击经其中一个地网散流时的地电位抬升，可能造成该地网与其它地网之间危险的电位差，例如：当雷击顶棚或避雷带并通过引下线泄流时,由于接地电阻不等于零，在此就会产生地电位抬

升，而其它地网仍然是零电位，如某信号模块正好是与二者都有联系，模块上就会产生很高的电位差，

信号SPD 就会动作甚至烧毁，严重时会损坏信号模块。

6、等电位连接

该输气站值班室内无等电位接地环，且防静电地板的金属支架未与地网连接，未构成等电位连接。可能存在的隐患：雷击时，值班室内各设备之间可能出现电位差，危及设备安全；

防静电地板没有接地，不能有效地起到防静电作用。

7、屏蔽措施

当工艺装置区附近发生雷击时，会在信号线路上感应较强的雷击电磁脉冲，由于存在有信号线屏蔽层在值班室机柜处未作接地处理，该脉冲可以沿信号线几乎无衰减地传入值班室设备。

三、事故分析结论

3.1 值班室信号SPD 的损坏原因

当雷电流小于10.1kA （当hr=45）时，避雷针不能起到有效的吸引作用。闪电有可能直接击中工艺区设备，雷电流可能经变送器信号线耦合进入设备，雷电流的强度超过SPD 的承受能力，致使信号

SPD 损坏，信号模块受到保护。

当顶棚或避雷接闪时,雷电流通过引下线泄放，就会产生地电位抬升，装有信号SPD 的信号模块

所处地网仍处于原电位状态，形成地电位反击，造成信号SPD启动甚至损坏。

当工艺区附近发生雷击时，由于存在有信号线屏蔽层在值班室机柜处未作接地处理，就有较强的雷击电磁脉冲侵入