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输油气管道站场信息设备 防雷击电磁脉冲保护
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admin发表于 2007-8-10 02:28 | 只看该作者 | 倒序看帖 | 打印
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近年来，随着泵站自动化水平的不断提高，站内安装的通信、计算机、自动控制等信息设备也越来越普及，而电子信息设备由于工作电压较低，耐过电压、过电流能力也很低，故极易受到雷击电磁脉冲的危害。近年来，输油气管道系统的库鄯管道高点压力检测站、秦皇岛油库、陕银管道盐池清管站、陕京管道榆林压气站等都先后发生了雷击电磁脉冲损坏计算机、自动化仪表、通信等电子信息设备事故，对正常输油气生产造成了严重危害，因此，如何做到有效地防护电子设备免受电磁脉冲的影响，也就越来越显示出其重要性。

本文仅就榆林压气站雷害事故现场调查、事故原因分析及整改措施，总结出对输油气管道场站信息设备防雷击电磁脉冲的几点技术措施。

一、榆林压气站雷击事故分析及解决措施

2002年6月28日和7月4日，陕京输气管道榆林压气站两次遭受雷击，造成部分通信和仪表设备的损坏。下面我们对事故的原因及采取的保护整改措施作一介绍。

（一）现场事故调查

1、通信部分

雷击时，榆林压气站门卫值班电话遭雷击损坏，现场检查发现市话用户线路采用架空方式敷设，在进入压气站前采用分线盒，一路线路直接引入压气站值班门卫电话，一路经架空方式引入二配气站，在进二配气站之前用户线借助其场区东侧的避雷针塔，架空引入。

2、清管站

两次雷击中，清管站进、出站压力检测回路中保险两次被熔断，压力信号显示异常；用于检测清管站进站温度信号的RTD输入模板通道1被烧坏，温度MMI显示异常；清管站电动阀状态信号检测回路中，保险被熔断，状态信号中断（但站内阴保电位、电流参数显示正常）。调查中发现PLC中进、出站压力检测回路装有电涌保护器，而温度检测回路中既无保险也无电涌保护器。

3、压气站自控部分

雷击事故中，通信、仪表用UPS同时报警，值班员复位时注意到报警为电压超高报警。现场检查UPS前端装有串联电涌保护器，但未与地网可靠连接。

值班室照明中断约2秒钟，场区路灯中断3次，站控室操作员终端显示器及图形终端有一次明显的黑屏闪动，一次听到发电机启动（当时压缩机全部停运），但没有带载供电，运转时间约1～4秒。

计量分离区有两路计量用绝压参数显示异常，站控室内一路流量计算机报警，色谱分析仪二次仪表部分指示灯熄灭，设备停止工作，现场检查分析仪二次仪表母板损坏。A压缩机组所有RTD信号变为负值，现场检查控制单元主板损坏，其它机组均有传感器故障报警。

（二）事故原因分析

1、通信部分

由于门卫值班电话线与二配气站市话线路共用一路市话线路，只在进入站场前采用分线盒分接，而二配气站线路沿途借助避雷针塔引接，因此遭受雷击时雷电流经避雷针引下入地过程中，雷击电流强度过大，放电时间短，造成避雷针周围出现瞬间的强电场，使挂于上面的市话用户线处于暴露的直击雷防护区而被击断，雷电流沿市话线路感应至分线处，进入压气站门卫电话线路，而门卫值班电话线路在进入建筑物前，未做任何屏蔽处理和等电位连接处理，从而造成了门卫值班电话被击坏。

2、清管站

雷击时，大部分信号检测回路中保险被熔断，状态信号中断或显示异常，但阴保参数及部分电动阀状态显示正常，因此，断定PLC处理器工作正常，且PLC的供电正常，接地保护设施完好，设备损坏的最大原因是现场的雷击电磁脉冲所致。随着雷击电磁脉冲的涌入，由于进、出站压力检测回路、信号检测回路加装了电涌保护器分流了大部分的电涌电流，限制了过电压，因此输入模板未遭到损坏，仅仅将保险熔断。而进站温度检测回路则由于没有任何保护措施，雷击电磁脉冲造成的雷击瞬间过电压和过电流造成了输入模板的损坏。

3、压气站自控部分

雷击时，站控室照明和场区路灯出现短时断电、备用发电机启动以及操作员终端显示器及图形终端产生黑屏现象，均表明供电系统的电压出现了大的波动。这表明供电线路的接地系统雷电流的泄流通路不好，接地不良，造成了雷击后残压过高。

仪表UPS高压报警，表明设备电源侧雷击后产生了瞬间过电压，检查UPS已安装了合乎要求的串联式电涌保护器，因此断定电涌保护器的接地泄流通道出现了问题，保护器没有起到必要的分流作用，现场检查后发现，电涌保护器在施工中没有按照要求做好接地。

计量区两路计量用绝压参数显示异常，站控室内一路流量计算机报警，色谱分析仪二次仪表母板损坏及A压缩机单元RTD检测主板损坏现象，现场检查发现所有的模拟量检测回路均未加电涌保护器，电缆直接引入主板，因此断定上述事故为雷击电磁脉冲沿电缆引入，造成瞬间过电压所致。

（三）解决措施

1、通信部分

将压气站内明敷用户的电话线穿金属软管保护，金属软管的两端与接地极可靠连接，同时电话线路的屏蔽层在入户处做等电位连接。同时对于综合办公楼内的卫星通信设备、特高频电台同轴馈线在天线和机房入口处均进行可靠接地，作好等电位连接。进入机房后与通信设备连接处，安装通信线电涌保护器，限制由于电磁脉冲造成的瞬态过电压，分流电涌电流，从而保护通信设备的可靠运行。特高频电台的天线支架也应可靠接地。针对这一教训，在今后的设计中应注意严禁将用户线架设在避雷针设施上。

2、清管站

在温度检测回路加装电涌保护器，同时在PLC的通信接口处加装电涌保护器并确保电涌保护器就近与接地极相连，切实作好等电位联结工作。

3、压气站自控部分

对供电线路切实作好接地连接，接地保护。同时对站内的低压母线上的避雷器进行改造，更换为低残压水平的电涌保护器，确保电涌保护器的良好接地，确保泄流通道的通畅。

对供电UPS将已有的串联电涌保护器进行可靠有效的接地，接地铜线截面大于16mm2，长度不超过5m。

对UPS下端的仪表、通信设备的供电系统同样加装电涌保护器，防止雷击电流沿供电电缆引入自控设备，烧毁板子。同时将所有的模拟量检测回路和通信接口处加装电涌保护器，分流电涌电流沿地网引入大地。屏蔽电缆的两端屏蔽层可靠接地。

通过上述措施的处理改造后，站内没有再出现雷击损坏设备的事故发生。由此，根据实例总结出防雷击电磁脉冲的措施如下：

二、信息设备防雷击电磁脉冲技术措施

雷击电磁脉冲是指闪电直接击在建筑物防雷装置上或建筑物附近遭受雷击时，由于雷电流或部分雷电流沿金属导体引入造成雷电波侵入建筑物内或由于电磁干扰的感应效应使雷击电磁脉冲以“场”或“路”两种形式耦合影响敏感的电子信息设备，使之产生过电压或过电流损坏的现象。

总结近年来信息系统设备雷害事故经验教训并结合近年来输油气管道系统防雷击电磁脉冲的设计实践，提出一些看法。

1、接闪

对输油气站场内放置通信、自动化信息设备的建筑物应按第三类防雷建筑物进行防直击雷设计和建设。

2、分流和接地

通过防雷引下线和接地装置给雷电流提供一条低阻抗泄流通道。同时在信息设备建筑物内，防雷接地、电气设备接地和信息设备接地宜共用接地系统，接地电阻不应大于1欧姆。

3、屏蔽

屏蔽是减少通过空间“场”形成的电磁干扰的基本措施。应将与建筑物和安装信息设备房间组合在一起的大尺寸金属构件，如：金属支撑物、金属框架、屋顶金属表面、立面金属表面、混凝土内钢筋和金属门窗框架等等电位连接在一起，形成一个“法拉第”笼。

4、等电位连接

对进入建筑物和进入信息设备安装房间的所有金属导电物（如电力线、通信线、数据线、控制电缆等的金属屏蔽层和金属管道等），在各防雷区界面处做等电位连接，并应采取屏蔽措施。设等电位连接带，连接带应就近与环行接地体相连，而且各屏蔽结构和内部设备外壳、金属导电物也应连接到该带上。

数据线、控制电缆、通信线等采取屏蔽电缆时，除按上述要求在防雷区交界处作等电位连接外，还要求应至少在电缆的首末端也要作等电位连接。当系统要求只在一端作等电位连接时，应采用双屏蔽层电缆，外层屏蔽仍按前述要求处理。

5、过电压保护

对于不能直接参与等电位联结的带电体，如：电源相线和中性线、信息设备线路以及安装位置不在防雷区界面处的被保护设备，应使用电涌保护器（SPD）进行等电位联结，起到限制瞬态过电压，分流电涌电流，保护信息系统设备的作用。

在低压电源系统中，应在站场站变低压母线侧、站控室电源配电箱内和UPS电源进线侧分别安装2～3级SPD。

在信息系统的信号线路上应安装SPD，SPD选型时其功率、插入损耗、驻波、频率、带宽等参数应和信息系统相匹配，信息系统信号线主要包括：通信线、数据线和控制线等。

在站场户外安装的照明、动力配电箱内也应加装SPD以防高电位窜入。

在防爆区域安装的，用于温度、压力检测的自动化仪表箱内应加装SPD。同时在自控设备与其它设备相连的通讯接口处，应加装电涌保护器。

电涌保护器应就近与接地干线可靠连接，接地铜导线应尽量短而直，导线截面不应小于16mm2，长度不超过5m。