摘　要：在有傳統(tǒng)避雷針或者建筑物接地良好的情況下，天然氣廠站電子設備雷擊事故仍時有發(fā)生。分析雷電對天然氣廠站內電子設備損害的后果、途徑、類型、原因，以深圳市某LNG氣化站防雷工程為例，分析防雷隱患，提出整改措施?？偨Y了天然氣廠站電子設備防雷應關注的要點。

關鍵詞：防雷；  電子設備；  天然氣廠站；  電涌保護器

Abstract：Lightning stroke accidents of electronic equipment at natural gas stations still sometimesoccur in the presence of conventional lightning rod or in the case of good building grounding．The consequences，routes，types and causes of lightning damage to electronic equipment in the stations are analyzed．Taking the lightning protection project of a LNG gasification station in Shenzhen City as an example，the hidden dangers for lightning protection are analyzed，and cmTective measures are put forward．The key points needing attention in lightning protection of electronic equipment at natural gas stations are summarized．

Keywords：1ightning protection；electronic equipment；natural gas station；surge protector

 

天然氣廠站內建(構)筑物、管道及其他暴露在室外的設施，容易遭受雷電侵害，造成非常嚴重的后果。目前，世界上各種建(構)筑、設施大多數仍在使用傳統(tǒng)的避雷針防雷，實踐證明用避雷針防范直擊雷是經濟和有效的。但是隨著現代電子技術的不斷發(fā)展，大量精密電子設備的使用和聯網，避雷針對這些電子設備的保護卻顯得無能為力。直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應而發(fā)生高電壓以及發(fā)生閃擊現象，主要危害建(構)筑物內的電子設備。

現代化廠站中大型電子計算機網絡、程控交換機組、電子儀器儀表等設備由于信號來源路徑增多，比以前更容易遭受雷電的侵入，致使雷電災害頻頻發(fā)生，電子設備防雷已成為一項迫切要求^[1]。

雷電具有極大的破壞性，雷電流是短時間內以脈沖的形式通過的強大的電流，瞬間電流可高達10×10⁴kA。雷擊所造成的破壞性主要表現在3個方面：設備損壞，人員傷亡；設備或元器件壽命降低；傳輸或儲存的信號、數據受到干擾或丟失，甚至使電子設備產生誤動或使整個系統(tǒng)癱瘓。

雷電損害電子設備主要有3個途徑：

①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，導致地網地電位上升，產生的感應電流由設備接地線引入電子設備，造成地電位反擊。

②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，對電子設備造成干擾和損害。

③進出建筑物或機房的電源線和通信線等，在建筑物外受直擊雷或感應雷而加載的雷電壓及過電流沿線竄入，入侵電子設備。

①氣體體積流量修正儀

當廠站發(fā)生雷擊時，如果信號電纜屏蔽層在控制室機柜處不作接地處理，就會有較強的雷擊電磁脈沖侵入信號線，雷擊電磁脈沖無法衰減，就會引起氣體體積流量修正儀受電磁脈沖的干擾，造成計量數據出錯、設備損壞及直流電源保險熔斷。

②溫度變送器和壓力變送器

當廠站發(fā)生雷擊時，雷電流可能經變送器信號線耦合進入設備，雷電流的強度超過電涌保護器(Surge Protective Devices，SPD)的承受能力，致使信號SPD損壞，信號模塊不能受到保護。

③燃氣泄漏報警器

當廠站發(fā)生雷擊時，雷電流可能經燃氣泄漏報警器探頭信號線耦合進入設備，雷電流超過燃氣泄漏報警器探頭承受電流能力，致使燃氣泄漏報警器探頭損壞。

深圳市大工業(yè)區(qū)LNG氣化站在投入運行后，部分電子設備受到了雷電的影響。下面根據已有防雷系統(tǒng)的實際情況和出現的問題，進行隱患分析，提出防護措施和改進方法。

①地理位置

大工業(yè)區(qū)LNG站位于深圳市龍崗大工業(yè)區(qū)錦繡中路與蘭景北路交界處，廠站周圍地勢比較開闊，附近也沒有高大的建筑。根據氣象部門的資料，此地年平均雷暴日數為73.9d／a，屬于強雷區(qū)。

②廠站設施情況

大工業(yè)區(qū)LNG站主要包括工藝裝置區(qū)(4臺100m³低溫儲罐、12臺5000m³／h高效空溫式氣化器、BOG加熱器、EGA加熱器、儲罐自增壓器、汽車裝卸區(qū)、鋼瓶充裝區(qū)、調壓橇區(qū))、綜合區(qū)(包括綜合樓和消防水池，綜合樓內含變配電及柴油發(fā)電間、壓縮空氣及氮氣間、控制室、消防泵房等)，工藝裝置區(qū)和綜合區(qū)用圍墻隔開。工藝裝置區(qū)設有高30m的避雷針塔一座，綜合區(qū)沒有避雷帶，直擊雷防護措施比較完善，廠站取得了防雷檢測所的防雷合格證。

③雷擊記錄

在2008年6、7月，該站共發(fā)生4次雷擊電子設備事故：2號儲罐液位變送器防雷模塊被雷擊壞，氣化器出口壓力變送器浪涌保護器被雷擊壞，中壓燃氣管道出站處計量用壓力變送器被雷擊壞，2號氣化器燃氣泄漏報警探頭被雷擊壞。

④防雷設計分類

按照GB 50057—20106建筑物防雷設計規(guī)范》，廠站建筑物按二類防雷建筑物進行防雷設計。

從現場情況看，該站在防雷、防靜電方面存在隱患，上述4次雷擊電子設備事故均屬于電涌保護不到位造成的?，F將具體隱患歸納如下：

①監(jiān)控設備：室外攝像頭無任何直擊雷防護措施。

②供電系統(tǒng)：已安裝的電源SPD接地線過長(規(guī)范要求不超過0.5m，盡量做到短、平、直)，造成接地線感抗增加，雷擊時會導致電源SPD接地端與匯流排間電位差增大，引入雷擊電磁脈沖。

③電源SPD的技術參數及匹配：現場勘察B、C級組合電源SPD最大放電電流Imax為50kA，小于規(guī)范要求(規(guī)范要求Imax≥80kA)；現場使用OBO、DEHN、PHOENIX三種不同品牌電源SPD的響應時間和殘壓等參數的匹配存在問題^[2]。

④直流電源系統(tǒng)：控制室控制機柜內的直流24V電源輸出端未安裝相應的直流電源SPD，當雷電流或雷擊電磁脈沖侵入低壓電源系統(tǒng)后，由于電源SPD必然還有殘壓，此殘壓經直流電源后仍然會有一個脈沖傳入后級，該脈沖傳入連接信號模塊的信號線路后，可以使信號模塊所連接的信號SPD損壞。

⑤信號線路：工藝裝置區(qū)溫度、壓力、液位變送器、氣體體積修正儀和室內監(jiān)控系統(tǒng)的信號線路未加裝相應信號SPD，易引入雷擊電磁脈沖。

⑥綜合布線：電源電纜與信號電纜敷設在同一金屬線槽內，產生多條雷擊電磁脈沖和雷電感應引入途徑。

⑦接地系統(tǒng)：廠站內避雷針采取獨立地網，與工藝裝置區(qū)的地網距離比較近。當任何一處發(fā)生雷擊經其地網放流時地電位抬升，可能造成該地網與其他地網之間的高電位差。例如：當雷擊30m高的避雷針并通過引下線放流時，由于接地電阻不等于0，在此就會產生地電位抬升，而其他地網電位仍然是0，若某信號模塊正好與二者都有聯系，該模塊上就會產生很高的電位差，信號SPD就會被燒毀，嚴重時會損壞信號模塊。

⑧等電位連接：該氣化站控制室內有等電位均壓環(huán)，但機柜內的接地線未直接與均壓環(huán)相連，UPS外殼、監(jiān)控系統(tǒng)外殼未接地，未構成等電位連接。雷擊時，控制室內各設備之間可能出現電位差，危及設備安全。

⑨屏蔽措施：當工藝裝置區(qū)附近發(fā)生雷擊時，會在信號線路上感應較強的雷擊電磁脈沖，現有信號線屏蔽層在控制室機柜處未作接地處理，雷擊電磁脈沖可以沿信號線無衰減地傳入控制室內設備。

①利用SPD將設備各端口的對地電位限制在設備能承受的范圍內，同時將各端口的感應過電壓、過電流泄放到地，實現對設備的保護。安裝在室外的設備在各進出線端安裝SPD，SPD需安裝于防水防爆屏蔽箱內。該措施解決了上述隱患①～⑥。具體各設備安裝的SPD見表1。

 

②工藝裝置區(qū)的設備由于距離避雷針很近(最近距離小于8m)，從現場調查情況可知，受雷擊損壞的設備都是安裝位置靠近避雷針的。可見，當雷擊避雷針時產生的巨大瞬變電磁場及地電位的反擊會損壞設備。減小地電位反擊的主要措施是增大地網面積，減小避雷針的接地電阻。大工業(yè)區(qū)LNG氣化站的避雷針高度為30m，是整個站區(qū)的最高點，也是經常受雷擊的點，但其地網面積很小，又是獨立地網，這些不利條件使避雷針在接閃時難于以最快的速度放流，從而產生巨大的地電位反擊。解決辦法就是在原矩形避雷針地網的靠近工藝裝置區(qū)兩邊增加水平接地體和垂直接地體，水平接地體用40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼(埋深0.8m)，垂直接地體用耐腐蝕的石墨電極，采用三面焊接并做防腐處理；在避雷針地網的另兩邊用兩根40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼(埋深0.8m)與工藝裝置區(qū)地網相連(中間增加垂直接地體)，構成一個完整的地網。該措施解決了上述隱患⑦、⑧。

③對室外所有設備外殼、管道、線路屏蔽層等需要接地的設施作一次全面的檢查，對接地不良、接地線腐蝕、接地線過長、接地線截面積過小等不符合要求的部分進行整改，消除隱患。對所有設備的進出線處補加屏蔽，屏蔽層可靠接地。該措施解決了上述隱患⑨。

④為了加強對直擊雷和雷電產生的電磁脈沖的防護，控制室所在建筑物(綜合樓)需建立法拉第籠屏蔽，用以解決上述隱患⑦、⑧、⑨。具體做法如下：

a．法拉第籠由樓頂避雷網、避雷帶、引下線、環(huán)形地網構成。

b．避雷網由3m×3m的方形網格構成，橫縱向每隔3m與避雷帶焊接連通。網格由40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼交叉焊接構成。熱鍍鋅扁鋼的鍍層厚度為20～60mm。環(huán)形地網由水平接地體和垂直接地體組成，環(huán)繞建筑物外墻閉合成環(huán)，水平接地體采用40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼，距建筑物外墻間距不小于1m，埋深不小于0.7m，垂直接地體采用石墨電極，環(huán)形地網與建筑物四角的主鋼筋焊接，引下線與地網連接處設置垂直接地體。

c．引下線是樓頂避雷網、避雷帶與接地裝置的連接線，沿建筑物外墻均勻垂直敷沒4根，安裝平直，與其他電氣線路距離大于1m，引下線采用40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼或不小于8 mm熱鍍鋅圓鋼，上端與避雷帶和避雷網焊接連通，下端與地網焊接，焊接處彎角不小于90°。

①對于設備儀器的防護問題，著重在于屏蔽、接地、等電位連接三種技術手段；施工方面要求必須嚴格按照設計方案落實到位。

a．接地網應按照GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》的要求進行設計，隱蔽工程施工應有照片和跟蹤記錄。

b．廠站內所有的設備、儀器、管道等金屬設施應完善等電位連接措施，連接點應牢固可靠、防腐。

c．SPD接地線宜就近接到設備金屬外殼，保持最短距離；另外，建議在低壓電源總配電柜安裝電涌保護器。

d．廠站內的各種線路應采取嚴格的屏蔽措施，特別是針對設備儀器端裸露部分的線路應有具體的屏蔽實施方案。

②天然氣廠站的防雷類別屬于第二類。建議避雷針的地網與廠站地網采用共用接地方案。

③防雷設備的選型，應選用優(yōu)質可靠的配套產品。工程完成后采用防雷管理軟件進行后續(xù)管理。

④新建廠站建設應做到與防雷建設同時設計、同時施工、同時驗收。特別要確保建設初期的線路屏蔽及預留等電位連接點，設計方案可以委托市級以上的防雷管理機構審核。

 

[1]王旭秋．燃氣儲配站的防雷改造[J]．煤氣與熱力，2005，25(3)：13-15．

[2]劉蘭慧．天然氣廠站控制系統(tǒng)電涌保護器的選取[J]．煤氣與熱力，2013，33(7)：A17-A19．