高天鵬

（黑龍江省大慶市大同區(qū)第七采油廠數(shù)字化運(yùn)維中心計(jì)量檢定室，黑龍江 大慶 163517）

雷電在人類社會(huì)誕生之前就已經(jīng)存在，在人類社會(huì)的發(fā)展中起到積極的作用，例如凈化地球環(huán)境、啟發(fā)人類對(duì)火的認(rèn)識(shí)以及如何用電等；但是雷電也對(duì)人類生活、工作具有極大的破壞性，不僅威脅著人類生命安全，而且常使建筑設(shè)施、電子設(shè)備遭受破壞。雷擊放電主要分為直接雷擊放電與雷電感應(yīng)放電兩種類型，過(guò)去電子儀器儀表應(yīng)用不多，雷電感應(yīng)的危害現(xiàn)象也不明顯，我們只需通過(guò)接閃器防護(hù)即可；如今隨著數(shù)字化油田深入建設(shè)，計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊設(shè)備及自控儀表等電子設(shè)備被廣泛地應(yīng)用于油田開發(fā)中，雷電感應(yīng)的危害現(xiàn)象明顯增加，造成的經(jīng)濟(jì)損失也日益嚴(yán)重。近五年來(lái)我廠因雷電導(dǎo)致儀器儀表?yè)p壞數(shù)量共計(jì)100余臺(tái)：葡一聯(lián)合站內(nèi)質(zhì)量流量計(jì)、液位計(jì)、安全柵等儀表共計(jì)損壞60余臺(tái)，直接經(jīng)濟(jì)損失50萬(wàn)余元。葡二聯(lián)合站內(nèi)二次表、液位計(jì)、安全柵等儀器儀表共計(jì)損壞40余臺(tái)，直接經(jīng)濟(jì)損失20萬(wàn)余元，并且導(dǎo)致停產(chǎn)數(shù)小時(shí)。隨著油田自動(dòng)化程度不斷提高，在降低勞動(dòng)強(qiáng)度、增加工藝可控性的同時(shí)，對(duì)儀器儀表電子設(shè)備雷電防護(hù)提出了更高的要求，僅僅依靠接閃器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足雷電防護(hù)的實(shí)際需要，結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)做好儀器儀表雷電防護(hù)是必不可少的工作。

1 存在的主要問(wèn)題

雷擊放電由一次或若干次單獨(dú)的閃電組成，每次閃電都攜帶若干幅值很高、持續(xù)時(shí)間很短的電流，大多數(shù)閃電電流在1萬(wàn)～10萬(wàn)安培的范圍之間降落，其持續(xù)時(shí)間一般小于100微秒。雷擊放電主要分為直接雷擊放電與雷電感應(yīng)放電兩種類型，直接雷擊放電是指雷電直接擊中設(shè)備外殼或其他部件，導(dǎo)入很大的浪涌電流，在避雷針與接地線的保護(hù)作用下，直接雷擊放電造成的影響相對(duì)較低；雷電感應(yīng)放電是指雷電閃擊時(shí)瞬間釋放巨大的電流，電流變化率高致使周圍空間感應(yīng)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁場(chǎng)，并向外輻射電磁波，當(dāng)耦合至供電導(dǎo)線時(shí)，生成很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，燒毀儀器儀表，近年來(lái)，雷電感應(yīng)危害現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)以及自控儀器儀表向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向飛速發(fā)展，各式各樣的儀器儀表等電子設(shè)備被廣泛地應(yīng)用于油田開發(fā)中，這些電子設(shè)備大部分由集成電路構(gòu)成，普遍存在絕緣強(qiáng)度低、耐壓能力差、電磁干擾敏感等弱點(diǎn)，一旦電子設(shè)備受到雷電侵害，若防護(hù)不當(dāng)，輕則造成電子設(shè)備損壞，重則會(huì)危害操作人員生命安全，釀成嚴(yán)重的安全事故。通過(guò)對(duì)我廠各站庫(kù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，存在以下主要問(wèn)題：

（1）配電柜柜體接地不規(guī)范56項(xiàng)。配電柜是保護(hù)內(nèi)部電氣設(shè)備的金屬箱體，能夠起到隔離電磁輻射、防塵以及防油污的作用。由于配電柜柜體經(jīng)過(guò)涂漆防腐蝕處理，柜體絕緣，接地螺絲變成“準(zhǔn)絕緣螺絲”（如圖1、圖2），一旦配電柜受到雷電侵害，或供電線路絕緣損壞對(duì)外殼漏電，都可能對(duì)配電柜的儀器儀表造成損壞，接地?zé)o法起到漏電保護(hù)的作用。

圖1

圖2

（2）未安裝防雷柵（防雷柵數(shù)目不夠）53項(xiàng)、防雷柵接地端子未接入接地系統(tǒng)47項(xiàng)，防雷柵接地線跨接15項(xiàng)。防雷柵，專業(yè)名稱為信號(hào)型浪涌保護(hù)器，是保護(hù)PLC控制柜內(nèi)的電子設(shè)備、儀表元件、通訊線路的裝置（如圖3），當(dāng)雷電產(chǎn)生的電磁波在整個(gè)回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流或感應(yīng)電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器可以及時(shí)的將多余的電流導(dǎo)出分流，并浪涌電流通過(guò)接地端子引入大地，從而避免浪涌電流對(duì)回路中電子設(shè)備造成損害。防雷柵的存在必不可少，在電氣回路中必須配置數(shù)量和安全柵數(shù)量相匹配的防雷柵；通常情況下，防雷柵后面的金屬接地端子與配電柜導(dǎo)軌連接（如圖4），通過(guò)配電柜柜體接入接地系統(tǒng)，由于配電柜經(jīng)過(guò)涂漆防腐蝕處理，安裝儀器儀表的導(dǎo)軌絕緣，浪涌保護(hù)器無(wú)法將浪涌電流引入大地，浪涌保護(hù)器就失去了浪涌防護(hù)的作用，部分防雷柵帶有獨(dú)立接地端，可使用導(dǎo)線將防雷柵接地；防雷柵應(yīng)獨(dú)立接地，避免發(fā)生部分線路損壞導(dǎo)致其余防雷柵失效；做好儀器儀表等電子設(shè)備的雷電防護(hù)工作，僅僅安裝浪涌保護(hù)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更重要的是將浪涌保護(hù)器合理規(guī)范的接入接地系統(tǒng)，這樣才能真正起到雷電防護(hù)的作用。

圖3

圖4

（3）站內(nèi)避雷針，罐區(qū)罐體、燒火間，房屋避雷帶引下線接地不規(guī)范78處。站內(nèi)避雷針存在的彎曲、丟失、損壞等現(xiàn)象，由于避雷針多數(shù)安裝在站內(nèi)的照明燈燈桿上，故多用梯子作為其引下線且與照明燈供電電纜相鄰，梯子的材質(zhì)并不符合作為引下線的要求，導(dǎo)電性能差，不能夠及時(shí)的將雷電電流導(dǎo)出，容易損害照明系統(tǒng)；罐區(qū)罐體、燒火間存在接地線不規(guī)范、接地線缺失等現(xiàn)象，如遇雷擊將無(wú)法起到放電的作用，可能引起火災(zāi)或儀表?yè)p壞；站內(nèi)房屋（加藥間、閥組間、值班室、泵房）避雷針、避雷帶存在缺失、搭接不規(guī)范等問(wèn)題，易造成屋內(nèi)儀器儀表等部件因瞬間電流過(guò)大而損壞。

2 改進(jìn)方法及可行性分析

由于雷電的侵襲無(wú)孔不入，任何單一的防護(hù)措施效果都是有限的，因此儀器儀表的雷電防護(hù)工作要采取多方面的綜合防護(hù)措施。這些防護(hù)措施可概括為以下兩方面：外部雷電防護(hù)措施與內(nèi)部雷電防護(hù)措施。外部雷電防護(hù)措施包括接閃器、引下線和接地系統(tǒng)，在屋頂安裝接閃桿或接閃網(wǎng)，在室外安裝獨(dú)立的接閃桿，利用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，宜優(yōu)先采用圓鋼做引下線接入接地系統(tǒng)，避免受到直接雷擊的破壞。

內(nèi)部雷電防護(hù)措施是指為儀器儀表安裝浪涌保護(hù)器、安全柵，利用浪涌保護(hù)器限制瞬時(shí)浪涌電壓和分流浪涌電流的特性，保證儀器儀表在雷暴天氣不會(huì)超過(guò)耐壓極限，利用安全柵保證信號(hào)傳輸安全、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。只有將外部防護(hù)措施和內(nèi)部防護(hù)措施因地制宜地結(jié)合起來(lái)，貫徹整體防御思想，構(gòu)成一個(gè)完整的防護(hù)系統(tǒng)，才能取得有效的雷電防護(hù)效果。站庫(kù)儀器儀表雷電防護(hù)改進(jìn)措施如下：

2.1 在合理的位置加裝浪涌保護(hù)器、安全柵

對(duì)于雷電引起的浪涌電流，最好采用分級(jí)防護(hù)的方式來(lái)完成，從供電系統(tǒng)的入口開始逐步進(jìn)行浪涌能量的吸收，對(duì)浪涌電壓進(jìn)行分階段抑制。在儀器儀表配電柜安裝不同規(guī)格型號(hào)的浪涌保護(hù)器，儀器儀表安裝安全柵，對(duì)儀器儀表設(shè)置四級(jí)保護(hù)：

（1）在供電系統(tǒng)變壓器低壓端和大地之間安裝120KA電源型浪涌保護(hù)器（單價(jià)700元/件），將高能量的浪涌電流泄放至大地。由于單井與站庫(kù)變壓器高壓端有避雷器，而低壓端普遍沒(méi)有雷電防護(hù)裝置，因此，雷電防護(hù)工作應(yīng)從變壓器低壓端開始做起。

（2）在220V電源端安裝60KA電源型浪涌保護(hù)器（單價(jià)200元/件），將一級(jí)浪涌保護(hù)器的剩余浪涌電流進(jìn)行更完善的吸收。

（3）在儀器儀表電源端安裝信號(hào)型浪涌保護(hù)器(防雷柵)，將微小而又瞬態(tài)的浪涌電流完全消除，保護(hù)耐壓能力差、電磁干擾敏感的儀器儀表設(shè)備免受浪涌電流的影響。

（4）在儀器儀表信號(hào)傳輸線路上安裝隔離式安全柵，將儀器儀表電源端、信號(hào)輸入端與信號(hào)輸出端三方之間相互電氣隔離，防止儀器儀表電源端與信號(hào)輸入端受到雷電的侵害。

2.2 依據(jù)規(guī)范布置引下線接地

將配電柜柜體、浪涌保護(hù)器接地端子、儀器儀表信號(hào)接地端利用引下線合理規(guī)范的接入接地系統(tǒng)，使浪涌電流通過(guò)低阻抗引下線泄放至大地，同時(shí)配電柜內(nèi)的電子設(shè)備構(gòu)成等電位，防止設(shè)備之間產(chǎn)生電位差造成電擊，保護(hù)操作人員和儀器儀表設(shè)備的安全。引下線應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕和熱穩(wěn)定性強(qiáng)的要求，一般采用鍍鋅鋼絞線，橫截面積不應(yīng)小于6mm2,電阻不高于10Ω。引下線接地是雷電防護(hù)的重要環(huán)節(jié)，儀器儀表如果沒(méi)有通引下線接入接地系統(tǒng)，就會(huì)增加雷電侵害的風(fēng)險(xiǎn)。引下線應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

（1）引下線應(yīng)按規(guī)范搭接、焊接：引下線搭接、焊接不規(guī)范，易引起引下線脫焊、電氣連接斷開、雷電流向下通道不暢通等安全隱患，引下線的搭接長(zhǎng)度一般是其寬度的2倍，在焊接時(shí)應(yīng)使用三面焊接防止脫焊，引下線的焊接部位應(yīng)清理掉焊渣后作防腐處理。

（2）引下線數(shù)量應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)：引下線數(shù)量不夠，易引起雷電流卸放不及時(shí)，發(fā)生爆炸危險(xiǎn)，造成不可避免的損失，中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站罐區(qū)的引下線不應(yīng)少于2根，并且應(yīng)在中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站內(nèi)的值班室、加藥間、泵房、閥組間等建筑物的四周均勻?qū)ΨQ布置引下線，引下線的間距沿周長(zhǎng)計(jì)算不宜大于18m。當(dāng)站內(nèi)值班室、加藥間、泵房、閥組間等建筑物的跨度較大，無(wú)法在跨距中間設(shè)置引下線，應(yīng)在跨距兩端設(shè)引下線并減小其他引下線的間距，專設(shè)引下線的平均間距不應(yīng)大于18m。

（3）引下線應(yīng)設(shè)斷接卡：中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站內(nèi)的值班室、加藥間、泵房、閥組間等建筑物四周存在多根引下線時(shí)，應(yīng)在所有引下線上裝加斷接卡。如果引下線無(wú)斷接卡，將會(huì)對(duì)引下線的日常維護(hù)、電阻值檢測(cè)和更換造成不便，采用多根專設(shè)引下線時(shí)，一般在各引下線上距地面0.3～1.8m之間裝加斷接卡。有些中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站內(nèi)的值班室、加藥間、泵房、閥組間的建筑物使用混凝土內(nèi)的鋼筋、鋼柱作為引下線并用中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站內(nèi)的值班室、加藥間、泵房、閥組間等建筑物基礎(chǔ)作為接地體時(shí)，可不架設(shè)斷接卡，但是使用鋼筋作引下線時(shí)應(yīng)在中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站內(nèi)的值班室、加藥間、泵房、閥組間等建筑物外的適當(dāng)?shù)胤皆O(shè)置若干連接板。

（4）接地線在穿越墻體處宜套鋼管或其他非金屬保護(hù)套管：接地線在穿越墻體處未套鋼管或其他非金屬保護(hù)套管，易發(fā)生墻體擠壓破壞接地線，導(dǎo)致電流引導(dǎo)不通暢或接地線斷開無(wú)法傳導(dǎo)電流等安全隱患。接地線在穿越中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站內(nèi)的值班室、加藥間、泵房、閥組間等建筑物的墻體時(shí)最好套上鋼管或其他非金屬的保護(hù)套管，如果使用鋼管作為保護(hù)管，應(yīng)該在鋼管和接地線之間做電氣連通，避免漏電。接地線、浪涌保護(hù)器連接線轉(zhuǎn)彎時(shí)彎角應(yīng)大于90度，彎曲半徑應(yīng)大于導(dǎo)線直徑的10倍。

2.3 定期對(duì)防雷設(shè)備進(jìn)行檢查

站庫(kù)工作人員定期對(duì)避雷針、引下線、接地端子以及浪涌保護(hù)器進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)引下線出現(xiàn)破損、開焊，浪涌保護(hù)器電源指示燈熄滅等現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)向上級(jí)有關(guān)部門匯報(bào)，及時(shí)處理或更換相應(yīng)設(shè)備，在雷雨季來(lái)臨之前做好防雷保障工作。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的先進(jìn)儀器儀表設(shè)備應(yīng)用到數(shù)字化油田建設(shè)中，儀器儀表的雷電防護(hù)工作已經(jīng)成為油田建設(shè)的重要內(nèi)容之一。通過(guò)以上方法雖然不能完全消除雷電造成的危害，但也能夠大大降低雷電侵害的風(fēng)險(xiǎn)。安全無(wú)小事，防患于未然，我們應(yīng)緊跟時(shí)代的步伐，探索新技術(shù)，學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外先進(jìn)的措施和經(jīng)驗(yàn)，不斷完善我們廠雷電防護(hù)系統(tǒng)，有效保障人員與設(shè)備的安全。