天然气输气站场雷击事故分析和整改措施

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为更有效地减少输气站场的雷击事故，在对天然气输气站进行防雷改造前，对发生的事故进行详尽的分析，找出存在的问题，探讨改进方法，是十分必要的。但由于该输气站的雷击发生已近一年，只能根据现有检测数据和工作人员的描述进行分析，并提出整改措施。 一． 现场检测情况 该输气站位于四川省自贡市贡井区，背面临山（旱地），面朝山坳（水田），通风良好，属于易落雷区；当地雷暴日为43.8天/年，处于高雷区。站内工艺区面积为21.0m×18.0m，另有值班、配电室等生产和生活用房一栋。工艺装置室外露天安装。站内现有防雷设施如下： 1、 防直击雷设施 站内有避雷针2根，高度均为25.0m，两针相距为33m，实测接地电阻分别为4.0Ω、4.7Ω； 值班室屋面避雷带，已失修锈断，实测接地电阻2.5Ω；值班室屋面上加装的顶棚金属支架未与建筑物的引下线或避雷带连接。 2、 防雷电感应设施 2.1供电部分 供电线缆埋地进入配电室；采用TN-C制。配电室内的总配电柜至值班室配电箱距离约为5m； 供电系统防护情况：配电室内安装有一组LAN-C（40KA）三相电源SPD，配电室内墙上四个分配电箱各装有ZGG560/20（20KA）单相或三相电源SPD，值班室UPS单相电源输入端安装一组xyspd品牌型号为V20-C的（20KA）单相电源SPD。第一、二、三级SPD接地线为6 mm2铜芯线。 电源避雷器安装存在较严重质量问题：有一组三相电源SPD未接线、有一组单相电源SPD未接地线、还有电源SPD接线松动等。 实测配电室接地电阻为8.0Ω。 2.2 信号部分 工艺装置区至值班室的距离约为20m；值班室安装有9路组合式信号SPD，接地线截面积为约4mm2，实测接地电阻为5.6Ω。工艺装置区变送器未安装相应的信号SPD； 值班室视频信号线、控制信号线未安装相应的信号SPD； 一路电话信号线未安装相应的信号SPD； 3、 接地系统 从各测试点接地电阻值偏离程度看，站内似有工艺装置区、值班室、配电室、避雷针等多个独立地网，但其距离不能满足独立地网要求，因此存在地电位反击的危险； 4、 综合布线 入室电话线及有线电视信号线架空布设，且将其固定在屋顶避雷带上，增大了雷电侵入的概率和强度。 5、 屏蔽 站内部分设备的屏蔽措施有一定缺陷，埋地进入值班室的信号线存在屏蔽层未接地的情况。 6、 等电位连接 机房无等电位接地端子或等电位接地排，也未按规范作好等电位连接。 二、 隐患分析 从现场情况看，该站在防雷、防静电方面存在的防雷隐患较多，归纳如下： 1. 防直击雷 值班室屋面的避雷带已断，削弱了防直击雷作用。 屋面新增金属棚架是值班室的最高点，但没有与避雷带或引下线连接，不能有效地起到防直击雷作用。 2．供电系统引入雷击电磁脉冲 2.1 已装的电源SPD存在较严重的安装质量问题 由电源线引入的雷电流虽经三级电源SPD保护，但由于安装质量问题，仍可能发生雷击事故。主要表现在： 普遍存在电源SPD的接地线偏小。第一、二、三级SPD接地线径偏小，造成接地线感抗增加。雷击时会导致电源SPD接地端与汇流排间电位差增大。 电源SPD安装不符合规范要求。配电室墙上的配电箱内已安装电源SPD，表面上看接地线已连接到接地端子，但接地端子并没有外引接地线到地网。还有的电源SPD的接线已松脱。 2.2 所选择电源SPD技术参数问题 该输气站供电系统现采用了三级电源SPD进行防护： 现场勘察第一级电源SPD标称放电电流为40KA，第二级电源SPD标称放电电流为20KA，第三级电源SPD标称放电电流为20KA。 根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）的第5.4.1第7条的规定，第一级SPD和第二级SPD的标称放电电流小于规范的要求。 2.3 多级电源SP D设计配合问题 根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004），两级SPD 间必须有一定的线距长度，以保证雷电高电压脉冲沿电源线路侵入时各级SPD 都能分级启动泄流，避免多级SPD间出现盲点。同时规定，末级电源 SPD的保护水平必须低于被保护设备对浪涌电压的耐受能力。 现场可见该输气站的第一级电源SPD与第二级电源SPD之间的距离无法满足10m的线距要求，雷击时可能出现某级SPD不动作的情况。 2.4 电源SPD配合问题 三种不同品牌电源SPD的响应时间和残压等参数的相互配合存在不确定因素，有可能带来防雷隐患。 2.5 直流电源系统引入的雷击电磁脉冲 值班室控制机柜内的SIMENS直流24V电源输出端未安装相应的直流电源SPD，当雷电流或雷击电磁脉冲侵入低压电源系统后，由于电源SPD必然还有残压，此残压经直流电源处理后仍然会有一个脉冲传入后级（视具体品牌而定），该脉冲传入连接信号模块的信号线路后，可以使信号模块所接信号SPD动作，严重时可能烧坏信号SPD，甚至损坏信号模块。 3、信号线路引入雷击电磁脉冲 工艺装置区变送器的信号线路未加装相应信号SPD。 4、综合布线带来的隐患 现场的有线电视电缆和电话线未穿金属管屏蔽，由高约7m长距离架空引入，未安装相应信号SPD，且直接固定在避雷带上，这种处置方式导致多条雷击电磁脉冲和雷电感应引入途径，形成很大的防雷隐患。 5、接地系统 现场场地不能满足独立地网的条件，但根据现场检测情况分析，站场内未采取联合地网。当任何一部分发生雷击经其中一个地网散流时的地电位抬升，可能造成该地网与其它地网之间危险的电位差，例如：当雷击顶棚或避雷带并通过引下线泄流时,由于接地电阻不等于零，在此就会产生地电位抬升，而其它地网仍然是零电位，如某信号模块正好是与二者都有联系，模块上就会产生很高的电位差，信号SPD就会动作甚至烧毁，严重时会损坏信号模块。 6、 等电位连接 该输气站值班室内无等电位接地环，且防静电地板的金属支架未与地网连接，未构成等电位连接。可能存在的隐患：雷击时，值班室内各设备之间可能出现电位差，危及设备安全； 防静电地板没有接地，不能有效地起到防静电作用。 7、屏蔽措施 当工艺装置区附近发生雷击时，会在信号线路上感应较强的雷击电磁脉冲，由于存在有信号线屏蔽层在值班室机柜处未作接地处理，该脉冲可以沿信号线几乎无衰减地传入值班室设备。 三、事故分析结论 3.1 值班室信号SPD的损坏原因 当雷电流小于10.1kA（当hr=45）时，避雷针不能起到有效的吸引作用。闪电有可能直接击中工艺区设备，雷电流可能经变送器信号线耦合进入设备，雷电流的强度超过SPD的承受能力，致使信号SPD损坏，信号模块受到保护。 当顶棚或避雷接闪时,雷电流通过引下线泄放，就会产生地电位抬升，装有信号SPD的信号模块所处地网仍处于原电位状态，形成地电位反击，造成信号SPD启动甚至损坏。 当工艺区附近发生雷击时，由于存在有信号线屏蔽层在值班室机柜处未作接地处理，就有较强的雷击电磁脉冲侵入信号线，雷击电磁脉冲几乎未受到衰减，引起SPD动作，信号模块受到保护，而SPD损坏。 3.2 电脑显示器的损坏原因 如前所述（见本文第2.1~2.5），由于SPD的选型、安装和配合等方面存在的问题，当雷击电磁脉冲侵入电源系统，到达值班室设备时仍然有较高的的浪涌电压，导致显示器损坏。 3.3 电视机的损坏原因 现场的有线电视电缆和电话线未穿金属管屏蔽、从高7m空中长距离架空引入，未安装相应的信号SPD，且直接固定在避雷带上，导致多条雷击电磁脉冲和雷电感应引入途径： 1.当雷击电磁脉冲被引入架空线缆时，雷电流可以直接沿有线电视电缆传入电视机，从电视机的信号端引入高的浪涌电压，从而损坏电视机； 2. 当顶棚或避雷带接闪时，雷电流通过引下线泄放，有线电视电缆上可感应很强的脉冲电压进入电视机，致使电视机损坏。 3.当雷暴云从场站上方或附近经过时，由于静电感应效应，在架空有线电视电缆上感应出大量异号电荷，当雷暴云放电后，线缆上电荷会沿有线电视线缆引入电视机，致使电视机损坏。 四、对隐患部分进行整改 根据现场情况我公司于2006年6月对该站进行防雷整改。主要内容有： 4.1、防防直击雷 保留原由站内两根避雷针作为工艺装置区的防直击雷措施，拆除值班室原有失修的避雷带，重新敷设值班室的避雷带、引下线、断接卡。 4.2、 防雷电感应及雷击电磁脉冲 4.2.1．电源系统 将原有TN-C制供电系统改为TN-C-S制，并作三级防护：安装德国OBO电源SPD； 第一级防护：配电柜内在进线端安装一组100kA的三 相电源SPD（配断路器）； 第二级防护：值班室电箱电源的输入端安装一组40KA三相电源SPD（配断路器）； 第三级防护：安装在值班室UPS电源输出端安装一组20KA单相电源SPD（配断路器）； 值班室控制柜内安装一组直流24VDC电源SPD。 4.2.2信号系统 在室外的工艺区的变送器上安装型号为SRK-24BT的信号SPD。 在值班室内电话信号线路输入端安装电话信号SPD的型号为RJ45-TeIe/4-F。 在值班室视频信号线路及控制信号线路输入端分别安装视频信号SPD型号为KoaxB-E2/MF-F，和控制信号SPD型号为FLD-24。 4.3、接地及防静电接地 4.3.1改造全站的接地装置 站内接地采用共用接地网。分别将工艺装置区内设备、值班室、配电室、避雷针、风向标升高杆等地网连成共用地网。 4.3.2 防静电接地 对工艺装置区内各种工艺设备的防静电接地，就近接入共用地网上；现场仪表的金属外壳的接地端子与其支架相连。 发兰连接螺栓少于5个的用跨接线连接。 现场温度传感器做接地处理。 4.4、等电位连接 在值班室的防静电地板下，用30*3铜带制作等电位接地环。防静电地板金属支撑架选择多点与等电位接地环连接；值班室内不带电的设备金属外壳用BVR-6铜芯绝缘线就近连接在等电位接地环上；值班室各种SPD接地线就近连接在等电位接地环上；在配电室设置等电位接地端子，用BVR-35铜芯绝缘线与共用地网连通；配电室的配电柜外壳用BVR-10铜芯绝缘线与等电位接地端子相连；配电室的电源SPD接地线与等电位接地端子相连。 4.5、 屏蔽 将埋地引入值班室控制机柜内的信号线进行屏蔽并接地。