采气井站雷电活动特征与风险评估_岳俊.pdf

Application 创新应用158 电子技术 第 52 卷 第 4 期（总第 557 期）2023 年 4 月摘要：阐述采气井站周围雷电活动特征，根据雷电活动特征及采气井站实际防雷装置状况，进行风险评估，提出改进方案，从而有助于保障采气井站防雷安全。关键词：防雷装置，风险评估，雷电活动特征。中图分类号：P446文章编号：1000-0755(2023)04-0158-02 文献引用格式：岳俊，王智楷，王健学，程曦.采气井站雷电活动特征与风险评估J.电子技术,2023,52(04):158-159.采气井站的电子通信系统及电源系统等均放置于生活区内。经过实地测量，该区域的平均土壤电阻率为94m。选取该区域的中心点东经104.746，北纬29.454为基准点（图1中圆圈位置），利用四川省雷电监测网20172021云地闪数据，以10km10km网格范围（该区域均位于10km10km网格范围内）进行统计分析。2 雷电活动基本情况雷电密度。由表1可知，在2017年到2021年期间，该10km10km范围内，雷电频次最多的为2017年786次，最少为2020年221次。年均地闪频次0 引言采气井站一般位于山区空旷地带，周围无其他建筑物，容易遭受雷击侵害1。目前随着自动化设备的增加，部分采气井站已经开始实行无人值守的状态。随着自动化设备的增加，雷击对精密仪器的损害的风险也相应增加。1 研究背景资料与数据来源。利用四川省气象局雷电监测定位的历史资料，选取20172021年云地闪数据，研究采气井站所在区域历史雷电活动情况。项目基本情况。本次所研究对象为位于内江市与自贡市交界位置威远县界碑镇附近的采气四厂所属的19个采气站及1个集气站。具体如图1内黄色星号所示，位于东经104.773104.719，距离约为5.22km,北纬29.45729.451，距离约为0.67km的范围内。采气井站均分为两个区域：（1）工艺区；（2）生活区。其中工艺区为易燃易爆场所，确定其为第二类防雷建筑物2；生活区无易燃易爆风险，确定其为第三类防雷建筑物。工艺区与生活区之间有栅栏相隔。为了便于计算，将采气井站工艺区等效长宽高设定为长30m，宽20m，高10m（以工艺区放散管高度来确定）。生活区选取2个集装箱大小作为生活区的等效长宽高，即长20m，宽2m，高2m。采气井站雷电活动特征与风险评估岳俊，王智楷，王健学，程曦（四川省防雷中心，四川 610072）Abstract This paper expounds the characteristics of lightning activity around gas production well stations.Based on the characteristics of lightning activity and the actual situation of lightning protection devices at gas production well stations,risk assessment is conducted,and improvement plans are proposed to help ensure the lightning protection safety of gas production well stations.Index Terms lightning protection devices,risk assessment,lightning activity characteristics.Analysis of Lightning Activity Characteristics and Risk Assessment in Gas Production Well StationsYUE Jun,WANG Zhikai,WANG Jianxue,CHENG Xi(Sichuan Provincial Lightning Protection Center,Sichuan 610072,China.)基金项目：四川省气象局防雷中心课题项目（采气井站防雷检测及防雷装置研究）。作者简介：岳俊，四川省防雷中心，工程师，硕士研究生；研究方向：雷电防御技术。收稿日期：2022-11-08；修回日期：2023-04-12。图1 采气井站位置图Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 4 期（总第 557 期）2023 年 4 月 159501.8次，项目所处区域雷击大地的年平均密度为5.018次/(km2a)。雷电强度与概率。由表2可知，指定范围内，20172021年间雷电强度介于020kA、2050kA、5080kA、80100kA、100150kA、150200kA、200kA以上的概率分别为47.03%、35.43%、10.32%、2.39%、3.43%、0.88%、0.52%，雷电强度主要集中在050kA之间。综合以上数据可以知道，该区域雷击大地的年平均密度为5.018次/(km2a)，位于雷电高发区域。雷电强度主要集中在050kA之间，但也时常发生200kA以上闪电，需加强雷电防护，注意雷雨天气情况下的人员安全。3 雷电风险评估方法 3.1 相关数据及特性采气井站位于周边乡村，周围没有相邻建筑物。雷击大地密度Ng=5.018次/(km2a)。采气井站常驻值班人员为4人。表3给出了相关参数3。3.2 分区定义根据采气井站的使用性质和设备的分布布局以及雷电灾害风险评估的要求，划分以下分区：Z1（工艺区）；Z2（生活区）。考虑到的因素：每个分区的人员数量及其停留时间的经济价值时不同的，各分区人员停留时间最长为8 760h，Z1区停留雷雨天停留人数最大为1人，Z2区为4人。3.3 各区域风险分量计算结果经过相应风险因子计算，建筑物由雷击造成人员生命损失的最大风险可容许值为RT=110-5由计算可知建筑物由雷击造成的人员生命损失风险R1为791.023510-5，人员生命损失风险R1大于RT（110-5），不能够满足规范的要求。故建筑物必须增加适当的雷电防护措施。3.4 对采气井站的防雷措施 分析可得，采气井站雷击造成人员生命损失的风险值主要来自Z1分区，其分量主要来自D2物理损害和D3内部系统失效。为了把风险降低到容许值以下，建议可以采取以下的保护措施：（1）在Z1区的内部供电和通信系统上安装协调配合的SPD，通过减小概率PSPD0.001及PEB0.001从而降低分量RC、RV、RM、RW。（2）为整个采气井站安装符合要求的LPS，通过减小概率PB，PB0.001，从而降低分量RB。采取保护措施后，建筑物由雷击造成的人员生命损失风险R1降低为0.89079510-5，其中人员生命损失风险R1小于RT（110-5），因此能够满足规范的要求。3.5 生活区雷电防护等级因 工 艺 区 为 易 燃 易 爆 场 所，不 适 用 于GB50343-2012，建筑物电子信息系统防雷技术规范4，同时采气井站的大部分电子信息系统位于生活区，故对生活区进行雷电防护等级的确定。按防雷装置的拦截效率确定雷电防护等级，建筑物入户设施年预计雷击次数N为2.6286次/a。因直击雷和雷电电磁脉冲引起电子信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数NC为0.10545次/a。防雷装置拦截效率为E=1-NC/N=0.95988。按防雷装置的拦截效率确定电子信息系统雷电防护等级应为B级。4 结语分析表明：（1）该区域位于雷电高发区域。需加强雷电防护，注意雷雨天气情况下的人员安全。（2）采气井站为了把风险降低到容许值以下，建议可以采取以下保护措施：在Z1区的内部供电和通信系统上安装协调配合的SPD。为整个采气井站安装符合要求的LPS。（3）防雷装置的拦截效率确定电子信息系统雷电防护等级应为B级。参考文献1 张婧雯,刘畅,张峰,张海洋,吴容,叶中脉.西南空管雷达站防雷检测方法研究J.科技与创新,2021(22):18-19+24.2 中国气象局.GB/T32937-2016爆炸和火灾危险场所防雷装置检测技术规范M.北京：中国质检出版社,2016.3 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T21714.2-2015/IEC62305-2:2010雷电防护第2部分：风险管理M.北京：中国标准出版社，2015.4 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范M.北京：中国建筑工业出版社，2012.表1 20172021年雷电频次表2 20172021年雷电强度累积概率表3 建（构）筑物特性与周围环境参数