油氣處理廠站電子設備雷擊事件原因分析及整改措施

張曉花（中國石油工程項目管理公司天津設計院，天津300457）

0 引言

油氣處理廠站內建筑物、管道及其他暴露在室外的設備，特別是儀器儀表等電子設備更容易遭受雷擊的損害，輕則干擾信號傳輸，重則造成嚴重的經濟損失。目前，傳統的避雷針防雷方式仍被使用，事實證明正確的避雷針使用方法也是經濟和有效的一種避雷方式。但是隨著社會的不斷發展，特別是自動控制系統的完善和信息化的不斷發展，大量現代精密電子設備的涌入，使避雷針對這些電子設備的保護顯得無能為力[1]。某陸上終端處理廠地處水陸交界區域，主廠區位于半山腰，南側靠山，東、西、北側臨海，廠區地基為開山巖石填充，土壤電阻率大、阻抗高，并且周圍無遮擋物，較為空曠，屬于明顯的引雷區。且生產工藝區設備多為金屬構件，易受雷擊。在處理廠附近海面的雷電形成過程中，帶有正負電荷的云團受海風（風向、風速）影響，更易靠近處理廠內設備，帶有正負電荷的云團在云內放電或對地放電過程中，使處理廠內設備遭受雷擊影響的概率增大。

1 雷電損害電子設備對主要途徑

雷電損害電子設備主要有三種途徑：一是直擊雷經過接閃器（如避雷針、避雷帶、避雷網等）和引下線而泄放入地；二是雷電流沿引下線入地時，在引下線周圍產生磁場，引下線周圍的各種金屬管線上經感應而產生過電壓；三是在建筑物外受直擊雷而加載的雷電壓沿進出建筑物的電源線或信號線竄入電子設備[2]。

2 處理廠雷擊事故原因分析及整改措施

2019 年8 月，由于持續的強雷電天氣，導致處理廠內部分儀表設備跳變及損壞等情況發生，對處理廠的平穩運行及正常生產產生了不利的影響，如何預防高雷區儀表設備的防雷問題已迫在眉睫，下面對雷擊事故原因進行了分析，并提出了行之有效的整改措施，事實證明。這些整改措施對儀表設備防雷起著至關重要的作用。

2.1 海管上岸段及預處理區

雷擊事故發生后，海管上岸部分和預處理區現場變送器全部發生跳變，原因分析及整改措施如下：

（1）現場變送器已加裝了菲尼克斯的一端口信號浪涌保護器，且各項參數均滿足正常工作需求。

整改措施：

在接線箱內安裝兩端口的串聯式信號SPD；

在變送器外加裝316 不銹鋼箱體，且箱體要做可靠接地處理；為了增加箱體抗電磁場干擾的能力，將箱體內層涂一層導磁材料，這樣不僅起到了防腐功能，又增強了變送器抗電磁脈沖能力。

（2）現場測量了接地扁鋼的直流接觸電阻阻值，發現接觸電阻高達700 多豪歐姆。根據現場調查發現，現場的扁鋼連接均為單螺栓壓接，且壓接處未經過任何防腐處理，均為露天安裝，日積月累接地扁鋼生銹，從而導致接觸電阻升高。

整改措施：

在海管上岸段的兩個變送器箱內設置接地匯流排，現場變送器等的接地線先連接到該接地排上，接地匯流排與接地網之間再用兩根（冗余設計）25mm2的BVR 線取代現有的接地扁鋼使變送器進行有效的接地處理。

（3）現場所有的儀表控制電纜均采用屏蔽雙絞線，均只有單層屏蔽，并且屏蔽層一端只在機柜內做單點接地。

經分析，造成變送器產生跳變的原因為：

對信號電纜的屏蔽，只在一端接地，另一端懸空，但單端接地只能做到防止靜電感應（即電容性耦合），對電磁感應（即電感耦合）的干擾產生不了抑制作用，致使雷電波輕而易舉的侵入。

管道接地不良，當雷擊中管道時形成的地電位反擊對變送器造成影響。

整改措施：

如信號電纜屏蔽層只做了單端接地，可以利用其金屬走線槽在兩端和每隔一定距離設一個接地點，在雷擊時作為外屏蔽層的金屬走線槽與地構成了環路，感應出一電流，該電流產生的磁通抵消或部分抵消雷擊源磁場的磁通，從而大大抑制了無外屏蔽層時感應雷的影響。

2.2 區域控制機房

對現場區域控制機房內設備接地及等電位聯接、機房綜合布線、機房屏蔽等進行勘察、調研時發現：

（1）機柜內保護接地、工作接地、防雷接地接在機柜內同一個接地銅排上。機柜內信號SPD與被保護設備共用一個地。

（2）金屬設備間的等電位連接措施不完善，極易引起地電位反擊；

（3）機房無空間屏蔽，雷電發生時易引起電磁干擾對設備造成損害；

整改措施：

建議各區域控制機房內在防靜電地板下采用30*3mm扁銅設置均壓環，控制機房內的金屬機柜、線槽、門窗、及各類接地系統接地線可連接至均壓環上。

2.3 火焰探測器

處理廠內42個火焰探測器大部分因雷擊發生跳變，根據現場調查發現，大多數的火焰探測器均固定安裝在金屬管廊立柱上。當發生雷電流泄流時，由于探頭所在位置距離地面約2.5米，而金屬管廊立柱是引下線，因此探頭所在位置與大地會形成較大的電位差，此電位差會通過探測器的金屬外殼反擊到探測器內部的電子元器件，從而使火焰探測器受到干擾或損壞。

整改措施：

廠區42個火焰探測器已采用40*4mm熱鍍鋅扁鋼和10mm2接地線做外殼接地處理，為解決火焰探測器遇強雷天氣再次跳變問題，對火焰探測器進行了如下處理：

（1）在火焰探測器固定抱箍與金屬固定件之間采用聚四氟材料做絕緣處理；

（2）在火焰探測器端并聯安裝一端口信號浪涌保護器。

2.4 中央控制室

（1）中央控制室內設置有各類電子設備，但僅設置了一級電涌保護器，不符合GB50343[3]的要求；樓內大屏顯示、計算機、交換機等均為精密電子設備，其雷電防護水平僅為1500V,而室內所設置SPD的保護水平為2500V，SPD難以擔負起對計算機、顯示屏等設備對雷電防護的要求。

整改措施：

應在中央控制室設置三級以上電涌保護器，為此建議在機柜室的配電箱內加裝滿足II 類試驗要求的SPD，其保護水平應不大于1800V；在計算機、大屏顯示、機柜等電子設備的取電處設置一級滿足II 類試驗要求的SPD，其保護水平應不大于1500V。

（2）中央控制室、機柜間金屬吊頂無接地措施，發生雷擊時有“異響”或“放電”現象。

整改措施：

中央控制室、機柜間金屬吊頂支架采用10mm2接地線做接地處理。

2.5 火災報警系統

生產區、生活區火災報警系統多次因雷擊造成設備損壞，其中包括前端的煙感探頭、手動報警觸發器，后端控制柜/箱內的控制卡件。造成其損壞的原因是雷電發生時其電源線路、信號線路上產生雷電過電流導致的。

整改措施：

（1）在火災報警控制柜內加裝1 路220VAC 電源浪涌保護器，1路24VDC直流電源浪涌保護器，各火災報警控制柜內每一信號回路安裝1 套全模式保護信號浪涌保護器（Imax：20KA，Up：≤55V）。

（2）在消防控制機房電源總配電箱內并聯安裝1 套全模式保護三相電源浪涌保護器（Uc：335VAC，Iimp：12.5KA，Up：1.2KV）。

（3）重要終端負載加裝電源防雷插排，Imax≥10KA；Up≤0.8KV。

2.6 廠區金屬圍欄

處理廠南側靠山，東、西、北空曠臨海，其距離海平面60m高，由于處理廠區四周的金屬圍欄未做任何接地處理，因此雷電發生時容易發生地滾雷對廠區內的設備造成損壞。

整改措施：

廠區四周金屬圍欄每隔30米做一次接地處理，接地電阻＜10歐姆。

3 結語

針對近三年該處理廠雷電經濟損失情況來看，有必要組織專業人員在雷電事故發生后第一時間進行現場勘察、數據收集及現場維護等工作，對現有防雷設施實時跟進、維護，爭取以最低的成本獲得最高的防護效果。防雷維護是一項細致、專業、長期性的工作，也可以與當地氣象局合作，請當地氣象局協助提供當地雷電活動次數，掌握該地區雷電活動規律，為將來進一步研究該處理廠防雷問題做理論數據支撐。另外。在高雷地區，要加強防雷設計、施工、驗收等環節的質量把控和技術把關，防患于未然。