天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷分析

梁太平

摘要：科技的進步，促進人們對能源需求的增多。天然氣能源已經成為推動我國社會發(fā)展的主要能源類型之一，為我國社會生產做出了不小的貢獻。在天然氣集輸站場運行的過程中，智能化程度較高的儀表經常會因為受到雷擊因素的影響造成損害，從而影響輸氣生產設備的正常使用。為了保證天然氣能源使用過程的安全性，就必須解決雷擊對儀表系統(tǒng)的影響和損害，并提出相應的防雷擊措施，增強天然氣儀表系統(tǒng)的安全性。本文就天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷展開探討。

關鍵詞：天然集輸站 自動化儀表系統(tǒng) 防雷策略

引言

伴隨著國內工業(yè)化進程的不斷深入，我國對于天然氣的采集，以及天然氣的輸送需求變得越來越大;目前天然氣集輸站場也要求天然氣的計量和監(jiān)測設備向著自動化、智能化、以及網絡化方向發(fā)展，實現(xiàn)自動控制和數據自動采集。但是智能化的儀表經常會因為雷擊因素的影響造成損害，輕微的影響會使得儀表無法正常、穩(wěn)定地工作，導致集輸站場無法正常運行;嚴重的還會造成不同程度的人員傷亡或爆炸事故。所以想要確保天然氣集輸站自動化儀表系統(tǒng)能夠正常工作，就必須要做好相應用的防雷設計。

1天然氣集輸站場現(xiàn)狀

天然氣集輸站場內通過智能儀表設備實現(xiàn)天然氣工況的自動監(jiān)測和壓力自動調節(jié)，并實時上傳天然氣集輸場站的運行數據。

天然氣集輸站場天然氣的貿易計量也采用智能流量設備自動計量，它通過對天然氣的各項數據進行測量和分析后最終算出體積流量用于貿易結算;天然氣集輸站場內的智能化儀表設備為天然氣集輸站的穩(wěn)定運行和自動計量工作帶來了不少便利也體現(xiàn)了它的重要性。所以天然氣集輸站內的智能儀表設備的要求是精準高和穩(wěn)定性強。

2雷擊對智能儀表系統(tǒng)的危害形式

2.1直接雷擊

雷電直接擊中現(xiàn)場儀表設備或與之連接的管路，通常會損壞儀表的傳感器模件并且可能損壞變送器的電子線路板。雷電流在沿儀表支架流入大地的過程中，產生強大的感應磁場，能通過信號傳輸線路耦合到控制室電子設備內，損壞電子設備。

2.2感應雷擊

2.2.1靜電感應

所謂的靜電感應到來的時候，所在區(qū)域的所有地表物體（尤其是一些體積大的導體）能夠積取著大量的電荷，當飽和的時候就會產生強烈的放電現(xiàn)象。如果在這個放電的過程當中，電流竄入到現(xiàn)場儀表或者所現(xiàn)所使用的設備當中，那么就會導致設備出現(xiàn)設備嚴重損壞的問題。

2.2.2電磁脈沖輻射

電子脈沖輻射也是造成天然氣現(xiàn)場儀表系統(tǒng)損傷的主要因素，是指通過雷擊電流在空間內產生的電磁場不斷的向外輻射電磁波，輻射范圍較廣，會直接影響輻射范圍內的計算機、儀表系統(tǒng)等各種電子設備。尤其是材質屬于金屬導體的電子設備，受電磁波的影響最大。電磁脈沖輻射對電子設備的損害原理是當電磁波輻射在各類金屬導體上之后，就會產生感應電動勢或者感生電流。屬于金屬導體的電子設備承受不了感應電動勢和感生電流的沖擊，從而造成電子設備的故障和損壞。最嚴重的后果是由于導致某一金屬導體的工作失靈，從而影響整個儀表系統(tǒng)的工作失效。

2.3雷電過電壓侵入

直擊雷或雷電感應都可能使導線或金屬管道產生過電壓，該雷電過電壓沿各種金屬管道、電纜槽、電纜線路可能將高電位引入儀表系統(tǒng)，造成干擾和破壞。

2.4反擊

防雷裝置接閃時，強大的瞬間雷電流通過引下線流入接地裝置，由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速向大地泄放，必然會引起局部地電位上升（可能上百千伏），如果儀表控制系統(tǒng)的接地體與該點沒有足夠安全距離，它們之間就會產生放電，造成反擊電流，可直接擊穿用電器的絕緣部分，會對儀表控制系統(tǒng)產生干擾乃至破壞

3天然氣自動化儀表系統(tǒng)防雷的主要措施

3.1接閃

實際上，雷擊損害屬于自然災害，同時也屬于外來因素對儀表系統(tǒng)的侵入損害。所以，解決這種侵入損害的有效治理措施就是通過外接、導流等措施的綜合應用，才能真正做到對儀表系統(tǒng)的防護。接閃是防雷的主要措施之一，這種措施是通過儀表系統(tǒng)所屬的建筑物防雷裝置來實現(xiàn)的。在保護儀表系統(tǒng)的同時，也保護了周圍的油罐等高危設施。所以，在前期設計的過程中也會將現(xiàn)場儀表系統(tǒng)和周圍的高危設施進行融合接洽設計，從而起到現(xiàn)場整體防護的效果。

3.2均壓

當雷擊發(fā)生時，在雷電瞬態(tài)電流所經過的路徑上將會產生瞬態(tài)電位升高，使該路徑與周圍的金屬物體之間形成瞬態(tài)電位差。如果這種瞬態(tài)的電位差超過了兩者之間的絕緣耐受強度，就會導致介質的擊穿放電，該種擊穿放電能直接損壞儀表設備，也能產生電磁脈沖，干擾儀表系統(tǒng)的正常運行。為了消除雷電瞬態(tài)電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電，可以將所有現(xiàn)場儀表的所有金屬外殼、構架，生產裝置的金屬設備，儀表控制室內的設備、組件和元件的金屬外殼、金屬設施連接在一起，并且與儀表控制室的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成完善的等電位聯(lián)結。

3.3接地

接地主要有兩種措施：浮地、多點接地。（1）浮地。是指儀表的工作地與建筑物的接地系統(tǒng)保持絕緣，這樣建筑物接地系統(tǒng)中的電磁干擾就不會傳導到儀表系統(tǒng)中，地電位的變化對儀表系統(tǒng)也無影響。但由于儀表的外殼要進行保護接地，當雷電較強時，儀表外殼與其內部電子電路之間可能出現(xiàn)很高的電壓，將兩者之間絕緣間隙擊穿，造成電子線路損壞。（2）多點接地。是指儀表、PLC等設備的工作接地與保護接地分開，這種接地方式的突出優(yōu)點是可以就近接地，接地線的寄生電感小。但是如果較強的雷電波通過保護地進入系統(tǒng)，電子電路同樣會因承受高壓而損壞。由于以上兩種接地方式都不能滿足防雷的需要，因此，可以考慮將保護地與工作地相連接，并且接入防雷接地系統(tǒng)，問題就可以解決了。

3.4屏蔽

儀表系統(tǒng)的防雷屏蔽是由控制室、現(xiàn)場儀表、以及信號線與電源線屏蔽這三個部分構成。（1）控制室屏蔽。控制室作為儀表系統(tǒng)的核心，它對雷電形成的脈沖相當敏感，因此必須要在墻壁內進行鋼筋交點處電氣連接，以此來構建出一個帶開口的屏蔽籠，然后再把接地環(huán)與之相連接，以達到屏蔽的效果。（2）現(xiàn)場儀表屏蔽。為了防止雷電給現(xiàn)場儀表造成破壞，儀表可以運用金屬儀表箱來實現(xiàn)防雷的目的，將儀表箱的保護殼以及所有的金屬設備進行等電位連接后，再將其并入到防雷接地系統(tǒng)當中。（3）如果想要避免雷電形成的電磁脈沖，或者電源線路引起瞬態(tài)過電壓波，應當要將所有的信號線與低壓電源線換成金屬屏蔽層的電纜。如果要解決多點接地引起的低頻干擾，可以把電纜穿入金屬導管當中，或者可以使用雙屏蔽電纜，這樣就能夠確保信號線和電源線的屏蔽效果。

3.5設置電涌保護器

電涌保護器是保護儀表不受雷電電涌電流的沖擊，減少儀表損壞的有效措施之一;需要給重要的現(xiàn)場智能儀表和控制系統(tǒng)的進線側設置電涌保護器;當智能儀表受雷擊產生過電壓時，電涌保護器可以起到分流和限壓的效果，能有效防止過大的電流與電壓對設備產生損害。

但電涌保護器的設置只是防雷工程的一部分，不應以設置電涌保護器來代替防雷工程，所以智能設備運行前還需要確保防雷、接地和屏蔽系統(tǒng)安全可靠。

結語

天然氣能源給我國社會發(fā)展提供了新的路徑，也影響了我國社會資源的生產方式。在天然氣的使用過程中，一定要注意各種各樣的能夠對天然氣儀表系統(tǒng)造成威脅的因素。雷擊因素已經成為影響天然氣正常工作的主要因素之一。除了上述的幾種解決措施之外，在實際生產過程中還可通過加裝避雷針、增加儀表間的接地裝置等方式最大程度的避免雷擊天氣對天然氣自動化儀表系統(tǒng)的損害，保證天然氣儀表系統(tǒng)正常運行，保證工作人員的人身安全。

參考文獻

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