基于剩磁分析的LNG某分輸站雷電災(zāi)害鑒定技術(shù)研究

彭明敏 莆田市防雷監(jiān)測技術(shù)中心

陳乙東 莆田市氣象局

鄭立群 莆田市防雷監(jiān)測技術(shù)中心

基于剩磁分析的LNG某分輸站雷電災(zāi)害鑒定技術(shù)研究

彭明敏 莆田市防雷監(jiān)測技術(shù)中心

陳乙東 莆田市氣象局

鄭立群 莆田市防雷監(jiān)測技術(shù)中心

通過某分輸站的雷電災(zāi)害調(diào)查與鑒定，采取剩磁法分析檢測技術(shù)方法，對雷電災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行勘察、檢測和調(diào)查鑒定，提出改進(jìn)措施。

雷電災(zāi)害 剩磁分析

引言

近年來，雷電災(zāi)害呈上升趨勢，防御雷電災(zāi)害問題，已引起了各級政府和社會(huì)各界的高度關(guān)注。因此，研究和應(yīng)用科學(xué)的檢測技術(shù)方法做好雷電災(zāi)害事故調(diào)查與鑒定是防雷減災(zāi)的一項(xiàng)重要工作。

一、主要技術(shù)路線

（一）應(yīng)用剩磁法分析檢測技術(shù)，對雷電災(zāi)害及現(xiàn)場進(jìn)行察、鑒定和評估，為防雷設(shè)施的有效性評定提供定量的技術(shù)指標(biāo)和定性的判定依據(jù)；剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁體從磁化至技術(shù)飽和并去掉外磁場后，所保留的磁感應(yīng)強(qiáng)度。剩磁數(shù)據(jù)是鐵磁體被導(dǎo)線短路電流及雷電流形成的磁場磁化后所保留的磁性數(shù)值，單位為毫特斯拉(mT)。

由于電流的磁效應(yīng)，在電流周圍空間產(chǎn)生磁場，處于磁場中的鐵磁體受到磁化作用，當(dāng)磁場逸去后鐵磁體仍保持一定磁性。處于磁場中的鐵磁體被磁化后保持磁性的大小與電流的大小和距離有關(guān)。通常導(dǎo)線中的電流在正常狀態(tài)下，雖然也會(huì)產(chǎn)生磁場，但其強(qiáng)度小，留在鐵磁體上的剩磁也有限。當(dāng)線路發(fā)生短路、雷擊或建筑物遭受雷擊時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生異常大電流，從而出現(xiàn)具有相當(dāng)強(qiáng)度的磁場，鐵磁體也隨之受到強(qiáng)磁化作用，保持較大的磁性。在雷電災(zāi)害現(xiàn)場中，當(dāng)懷疑災(zāi)害是由雷擊引起，而又無熔痕可作依據(jù)時(shí)，則采用對導(dǎo)線及雷擊周圍鐵磁體進(jìn)行剩磁檢測的方法，依據(jù)剩磁的有無和大小判定是否出現(xiàn)過短路及雷擊現(xiàn)象，為認(rèn)定雷災(zāi)原因提供技術(shù)依據(jù)。

（二）主要影響因素，影響剩磁法最大的因素為作用于鐵磁體上的電流大小或距離磁場源的遠(yuǎn)近、磁質(zhì)、溫度、取樣及測試點(diǎn)、操作影響、存放的時(shí)間等。

（三）操作流程。1.取樣：剩磁法可選擇檢測種類：鐵釘、鐵絲、穿線鐵管套、圓鋼（φ10、φ12、φ16）、銅彈簧、鋼管、扁鋼；白熾燈、日光燈等燈具上的鐵磁材料；配電盤上的鐵磁質(zhì)材料；人字房架（有線路）上人鋼筋、鐵釘；設(shè)備器件及其他雜散金屬，以體積小為宜。可在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地測量，也可采用取樣工具、清洗工具將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測量，應(yīng)詳細(xì)記錄試樣的具體位置、角度，并拍照或錄相。取樣過程中應(yīng)注意上一節(jié)的各影響因素。2.測量儀器及數(shù)據(jù)判斷，準(zhǔn)備好采樣及測量設(shè)備等硬件，就應(yīng)明確判定短路剩磁和雷電剩磁的量值，以便測量數(shù)據(jù)后對比判斷事故原因。一般情況下，雷擊火災(zāi)沒有其他產(chǎn)生剩磁原因，因雷擊電流大，剩磁也較大。而短路火災(zāi)測剩磁同時(shí)，要結(jié)合其他材料綜合分析。

（四）注意的幾個(gè)問題。必須能排除現(xiàn)場鐵磁體被其他原因磁化的可能性；第一時(shí)間尋找雷擊點(diǎn)和提取保存雷擊痕跡物證；測量時(shí)要注意發(fā)現(xiàn)剩磁值由強(qiáng)制弱的變化規(guī)律；雷電直接擊中受災(zāi)物體或落在受災(zāi)物體附近區(qū)域物體上；重大直擊雷事故可結(jié)合金相法進(jìn)行鑒定分析。

二、某分輸站現(xiàn)場基本情況

（一）LNG項(xiàng)目輸氣干線工程某分輸站東側(cè)、北側(cè)、南側(cè)均為農(nóng)田菜地，地勢平坦，站區(qū)西側(cè)緊鄰高速公路、樹林和山脈，分輸站屬于該區(qū)域較高的建筑物。據(jù)站值班人員反映，2015年7月2日下午某分輸站出現(xiàn)雷雨天氣現(xiàn)象，約15時(shí)55分，一聲響雷后，發(fā)現(xiàn)配電房一處屋角突出外檐混凝土被雷擊炸開。同時(shí)，配電房內(nèi)部分儀器儀表及辦公樓一層控制室內(nèi)火災(zāi)報(bào)警器設(shè)備出現(xiàn)故障，現(xiàn)場無人身傷害。

現(xiàn)場可見到，配電房（單層建筑物）屋頂未采取防直擊雷措施，靠近工藝區(qū)的配電房屋角混凝土剝落，地上散落碎水泥塊；配電房及辦公樓弱電系統(tǒng)未見安裝浪涌保護(hù)器，各線路共用線槽暗敷設(shè)，未見鎧裝或套金屬鋼管入戶。現(xiàn)場未見火災(zāi)現(xiàn)象。辦公樓一層控制室內(nèi)火災(zāi)報(bào)警器設(shè)備未進(jìn)行良好接地。

（二）雷電活動(dòng)情況。根據(jù)福建省氣象局雷電監(jiān)測定位網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)閃電記錄資料統(tǒng)計(jì)，2015年7月2日15時(shí)50分至16時(shí)，以事發(fā)點(diǎn)（GPS定位數(shù)據(jù)：25.6960°N、119.3050°E）為中心，半徑3km范圍內(nèi)發(fā)生了強(qiáng)對流天氣，并伴有強(qiáng)雷暴過程，事發(fā)點(diǎn)附近發(fā)生有5次地閃，均為負(fù)地閃，平均強(qiáng)度7.96 KA。可能造成擊穿空氣的閃擊，符合現(xiàn)場雷電災(zāi)害發(fā)生的必要條件。

三、剩磁檢測情況

選擇數(shù)字式剩磁檢測儀（特斯拉計(jì)），作為日常雷電災(zāi)害鑒定和調(diào)查工作儀器。現(xiàn)場勘察過程中，測試人員排除現(xiàn)場鐵、鎳、鈷等金屬物被其他原因磁化的可能性。配電房屋頂混凝土內(nèi)鋼筋顯示數(shù)值（mT）8.9,配電房鐵門顯示數(shù)值（mT）4.2,配電房內(nèi)配電柜金屬外殼顯示數(shù)值（mT）2.1,配電房內(nèi)金屬窗顯示數(shù)值（mT）2.0。

四、綜合情況分析

（1）當(dāng)天氣象觀測記錄及閃電定位資料表明現(xiàn)場有雷電發(fā)生；（2）閃電定位資料顯示的時(shí)間、經(jīng)緯度與事件發(fā)生的時(shí)間、經(jīng)緯度基本吻合；（3）剩磁測試數(shù)據(jù)證明事件發(fā)生地有雷電活動(dòng)，配電房屋角外檐處所穿洞為雷擊點(diǎn)，剩磁分布呈距雷擊點(diǎn)從近到遠(yuǎn)而由強(qiáng)變?nèi)醯奶攸c(diǎn)，符合剩磁分布規(guī)律；（4）配電房未采取防直擊雷措施，屋角外檐處遭受直擊雷時(shí)，強(qiáng)大的雷電流流經(jīng)發(fā)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，形成高溫高壓，炸爛該處的混凝土，致使該處出現(xiàn)孔洞；（5）配電房內(nèi)部分儀器儀表及辦公樓一層控制室內(nèi)火災(zāi)報(bào)警器設(shè)備出現(xiàn)故障，勘察中發(fā)現(xiàn)其火災(zāi)報(bào)警器設(shè)備與配電房內(nèi)報(bào)警器通過線路相互連接，連接入戶處未進(jìn)行鎧裝或套金屬鋼管并接地，且未安裝相匹配的浪涌保護(hù)器，在配電房發(fā)生雷電接閃時(shí)，閃電電磁效應(yīng)在導(dǎo)線上感生高電壓，其高電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過儀器儀表的耐壓能力，導(dǎo)致與之相互連接的電氣設(shè)備損壞。（6）鑒定結(jié)論此次事件中調(diào)查到資料、數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，各種資料、數(shù)據(jù)均能相互印證，因此判定此次為雷擊事件。

五、建議改進(jìn)措施

（1）建議分輸站配電房采取必要防直擊雷措施、防閃電電涌侵入措施及防閃電感應(yīng)措施；（2）建議在各線路進(jìn)入建筑物處，安裝相匹配的浪涌保護(hù)器，有效減少雷電流對電器設(shè)備的沖擊；（3）建議將強(qiáng)電線路和弱電線路分開布線，分別用金屬套管進(jìn)行屏蔽，金屬套管良好接地，減少閃電電磁效應(yīng)在導(dǎo)體線路上感生的高電壓和閃電電涌侵入現(xiàn)象；（4）該分輸站所處的環(huán)境及其使用性質(zhì)，其遭受雷擊的概率非常高，且易因雷擊造成損害。