長輸管道自動化儀表系統的防雷措施探討

牛坤 陳錦程 白任彥

摘 要：本文主要闡述了雷電對長輸管道自動化儀表系統的影響，分析雷擊危害的主要原因，對自動化儀表系統的雷電防護措施進行探討，提出等電位連接、接地、屏蔽、合理布線、安裝電涌保護器（SPD）等綜合措施，并提出采用雷電預警系統對雷電活動進行監測預警，從而減少雷擊事故發生，保障輸油生產安全。

關鍵詞：儀表系統；雷電防護；預警

中圖分類號： TH7 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）27-161-3

0 引言

近年來，我國石油儲運行業得到了快速發展，輸油站、油庫規模日益擴大，不斷引入先進的儀器儀表設備和自動化系統，有效提高了安全生產效率，增強了長輸管道自動化管理水平。但是儀器儀表、自動化系統耐沖擊能力弱，對雷電流較為敏感，再加上目前防雷措施主要針對大型儲罐、設備，儀表系統防護不到位，雷擊事件頻繁發生，極易損壞儀器儀表設備和自動化系統、網絡，間接引起甩泵、停輸、電力通信網絡中斷、火災等事故，嚴重影響生產安全，甚至造成極大的經濟損失和人員傷亡。因此，需要對自動化儀表系統進行綜合雷電防護。

1 雷擊對儀表系統危害的原因分析

雷電是一種極具破壞性的大氣物理現象，是由一系列云間、云地的放電形成的。雷電從形式上可分為直擊雷與感應雷兩種，其對自動化儀表系統的危害主要包括以下5個方面。

1.1 直擊雷

直擊雷電壓峰值可達幾萬伏至幾百萬伏，電流峰值可達幾十千安至幾百千安，通過瞬時放電，破壞能量巨大。若擊中現場儀表和電氣線路，會破壞電氣絕緣以及造成線路熔斷，直接損壞儀表設備。

1.2 感應雷

雷云到來時，會對地面金屬物體產生靜電感應，物體與雷云之間，物體自身都會產生極高的感應電壓，若對建筑物內線路、設備放電，會引發電擊、火災等事故，危及人員和儀表設備安全。同時，雷電發生時，雷電流會在周圍產生強磁場，同樣會對裸露的儀表設備、電子設施、系統產生較大干擾和破壞。

1.3 雷電波侵入

雷電對輸油站庫外部的電纜放電時，電纜上的雷電波或過電壓沿著電纜線路擴散至儀表、機房，會對電子設備和系統造成一定程度的破壞。

1.4 反擊

雷擊發生時，雷電流通過引下線流入接地體，接地網地電位會急劇升高，產生反擊電流，從接地處流向電子設備和系統，并對其產生損壞。

2 儀表系統防雷主要措施

雷電防護系統主要采用接閃器、引下線、等電位連接、接地、屏蔽、合理布線、安裝電涌保護器等措施。這些措施需要相互配合，綜合運用，才能真正達到自動化儀表系統防雷目的。

2.1 直擊雷防護

直擊雷防護以主要采用避雷器（避雷針、避雷帶、避雷網、避雷線），其中避雷針使用最為廣泛。雷云接近時，避雷針可將雷云引來放電，通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地。輸油站庫作為重要的輸油生產場所，應按照規范要求，在儲罐、泵區、辦公樓等區域，設置完善的避雷器、引下線、接地體等基礎防雷裝置，保護建筑物和設備安全。

2.2 等電位連接

等電位連接是把同一區域、建筑物內部和建筑物本身的所有大金屬構件全部用母排或導線進行電氣連接，使整個建筑物的正常非帶電導體處于電氣連通狀態，使處于同一水平的金屬導體之間具有同等電位。

對于儲罐液位計、液位開關、可燃氣體探測器、管道壓力、溫度變送器、流量計等現場儀表，需要就近與接地端子與地網做好電氣連接。對于PLC機房、控制室、通訊機房、信息機房，宜采用M型等電位，形成MM型網狀等電位結構，見圖1。機房做防靜電處理，地面采用防靜電地板，靜電地板的骨架采用銅線進行跨接，墻壁采用防靜電鋁塑板，并與機房共地系統相連。使機房的形成一個法拉第籠。

2.3 接地

接地是保障電氣系統、信號及自動化控制系統正常運行、防止設備和線路遭受損壞、防止人身遭受電擊、防止雷擊和預防火災、防止靜電損害等的重要措施。防雷接地與工作接地、安全保護接地共用接地裝置，其接地電阻值取其中最小值[1]。采用共用接地時，雷電流在接地電阻上產生的高電壓，同時存在各處的接地線上，各接地線之間不存在高電位差，從而避免各接地系統被擊穿的情況發生[2]。

房屋類建筑一般利用建筑基礎作為接地體，與整個框架相連接達到法拉第籠式效果，當有弱電機房類接地與此連接，接地電阻要求小于1Ω。整個戶外裝置區應建成一大型聯合地網，使戶外所有裝置的直擊雷接地、設備外殼接地、防電涌接地、靜電接地處在同一水平上。根據聯合接地的要求，建議接地電阻小于1Ω為宜。

2.4 屏蔽和合理布線

屏蔽可以有效防范電磁干擾，減少雷電電磁對電子設備的影響。①建筑物、機房屏蔽。應將建筑物、機房金屬框架、混凝土鋼筋、其他金屬部件與防雷裝置相連，構成大空間屏蔽[1]。②儀表屏蔽。現場儀表應采用全封閉的金屬外殼，或者設置金屬防護箱，并進行等電位連接，接入防雷接地網[3]。機房、控制室內儀表、系統應安裝在全封閉金屬材質機柜內，并按規定接地。③電纜屏蔽。信號電纜宜采用金屬鎧裝屏蔽電纜或互相絕緣的雙層屏蔽電纜，并在屏蔽層兩端做等電位連接并接地。采用非屏蔽電纜時，應穿鋼管敷設或全封閉全金屬電纜槽敷設。屏蔽應全程電氣導通。④合理布線。系統線路宜靠近等電位連接網絡的金屬部件敷設，線纜走向應盡量并行布置，減小線纜自身形成的電磁感應環路面積[1]。

2.5 浪涌保護器

電源系統浪涌保護。電源系統對雷電、電涌等過電壓非常敏感，電源類電涌保護器的配置需根據被保護設備的耐壓值、重要性及保護距離、浪涌保護器連接導線長度等要求，逐級配置安裝，達到逐級泄流的目的[1]。。

儀表信號系統浪涌保護。因儀表回路過多，浪涌保護器的設置應從儀表的重要性、經濟合理性進行綜合考慮。控制室儀表、卡件處應設置浪涌保護器；信號電纜在地面敷設的水平和垂直距離較短時，現場儀表和控制室儀表兩端可不設置；熱電阻、電子開關、變送器等現場端應設置；電氣轉換器、電氣閥門定位器、電磁閥、安全儀表系統等現場執行儀表和控制室儀表兩端都應設置[4]。

2.6 雷電預警系統

在做好直擊雷、感應雷防護、電涌保護等防雷措施的基礎上，引入雷電預警系統，對雷電活動進行有效的監測預警，安排好雷擊發生前的預防準備工作和事故初期的快速救治工作，可以有效降低雷擊事故的發生和降低雷擊事故損失和影響。

雷擊現象源于雷云內部的大量電荷累積，大氣電場強度變化代表了雷云電荷累積程度。雷電預警系統通過對雷電發生的最根本因素-雷云電荷量進行監測，對大氣電場強度、極性變化進行探測分析，加以識別和預警，預測雷云可能到達位置和時間，具有較高的預警精度。可以在多個輸油站、庫安裝雷電預警系統，組建雷電預警網，不僅實現輸油站、庫的雷電預警功能，還可將雷電預警信息上傳至調度中心進行統一管理，提高整體雷電防護能力。

3 結束語

輸油站場防雷是系統工程，需要綜合防護。儀表系統防雷除了考慮控制室、機房、現場儀表設備、通信電纜等方面的防雷，還必須與建筑物防雷、供配電防雷相結合，構成一個綜合防雷系統，并做好雷電預警和防范措施，才能有效提高雷電防護能力，保障輸油生產安全平穩運行。

參 考 文 獻

[1] 建筑物電子信息系統防雷技術規范GB50343-2012[S].

[2] 周鑫，孫新亮.綜合防雷系統在石化輸油泵站的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2012，32（2）：249.

[3] 李楨.自動化儀表系統防雷的探討[J].石油化工自動化，2008，44（5）：70.

[4] 石油化工儀表系統防雷工程設計規范SH/T 3164-2012[S].