天然气城市门站防雷技术设计要点

【摘要】近年来，因雷电击中建筑物及各种设施而引起的自然灾害频频发生。对燃气设施来说，一旦被击中，引起火灾的可能性极大，对群众的人身财产安全构成极大的威胁。所以，若要使得天然气工程安全运行，做好天然气城市门站的防雷技术设计工作就显得极其重要了。

【关键词】天然气；城市门站；防雷技术设计

中图分类号：F407文献标识码： A

随着科学技术的不断发展，天然气的相关设备不断自动化以及信息化。为了应对雷击这种自然灾害，天然气门站对防雷技术的要求也越来越高。如何保证天然气门站免受雷电带来的威胁以及确保天然气城市门站的正常运行，将是目前我们必须引以关注的重点项目。

1雷电的产生及危害

1.1雷电的产生

雷电多产生于夏季。由于夏季天气热，受热上升的水蒸气与高空的冷空气相遇，水蒸气受冷而凝结成小水滴，形成热雷云。重的冷气团在下面将热气团抬至更高的高空，形成大面积的锋面雷云。这种雷云一般厚至几公里到十几公里，云层上下相差四十多摄氏度。这种较高的温差导致上下的冰晶与水滴不断碰撞从而带上电荷，有的带正电，有的带负电。相互吸附的电荷不断壮大，不同极性的电荷聚集在不同的地方，导致云的内部以及云地之间形成巨大的电场，场强可达到几千万伏及上亿伏。相邻的云层或者云与地面之间相互放电，产生强光，这就是闪电。闪电所产生的高温使周围的水滴以及空气迅速受热而急剧膨胀，从而发出巨大的响声，这就是雷鸣。

1.2雷电的危害

2010年颁布的《防灾减灾条例》中将雷电灾害列为我国防灾减灾的十大自然灾害之一，并且据资料不完全统计，我国每年因雷击带来的人员伤亡高达3000～4000人，财产损失达50～100亿元。雷电灾害所涉及的领域几乎达至各行各业。在高科技日益发达的今天，电子技术已经应用到各个领域，由于电子设备电流耐受力差，一旦涉及一个线路，极有可能导致整个系统崩溃，由此造成的经济财产损失难以计数。

1.2.1雷电对微电子设备的危害

根据雷电对微电子设备的危害所产生的影响的程度大致划分为三个等级：污染干扰和危害。

电磁污染：电磁污染指对人体和电子设备的影响。对人体来说，超负荷的电磁能量会引起人产生头晕，疲劳，免疫力下降等症状。对电子设备及元器件来说，超负荷的电磁能量所造成的长时间累积效应会导致其抗干扰能力下降，老化速度加快，使用寿命变短以及工作性能变差等等。

干扰：相对电磁污染来说，干扰对电子设备所产生的影响比较小，主要是因为干扰消失后，电子设备和元器件能够恢复到正常工作状态。但是在干扰存在的情况下，即在外来电磁能量的扰动下，会破坏电子设备或者元器件得工作性能，影响其灵敏度，识别度，降低其精读甚至导致错误码，信号失真，信息丢失和设备误动等情况发生。

危害：在极短的时间内，由强电或者强磁的能量对人或者电子设备以及元器件造成的无法挽回的损失，称之为危害。与以上两者不同的是，危害的破坏性最大，危害特指硬破坏，尤其强调不可挽回的永久性破坏。除此之外，由于电磁干扰所导致的信号出错，从而导致错误的信号所控制的关键性的系统产生不可挽回的损失，此种现象也称之为危害。

2防雷技术在国内外的发展以及现状

从富兰克林发明的避雷针到人们注意到直击雷的危害，再到电力部门注意到雷电的二次效应危害，这两百多年里，世界各国不断致力于避雷技术的研究。这期间从针对的强电系统到现在的弱电系统，对防雷的要求不断提高，这不是因为雷电的强度有所变化，是因为随着科技的不断发展，电子产品越来越普遍，电子产品的灵敏度也越来越发达，网络连接也越来越广，由此引发的灾害也越来越大。所以，在电子时代迅猛发展的同时，对防雷技术的要求也越来越精细。1987年，美国的大力神火箭升空后遭到雷击，火箭以及卫星全被摧毁。自此，美国投巨资研究防雷技术，终于肯尼迪航天中心研究出人工引雷的方法，即在火箭尾部拖着带有铜丝的小火箭，用以测量闪电的种种特性与参数。1989年，8月12日，青岛市的黄岛油库遭雷击，引起特大火灾，造成极其严重的人员伤亡与经济财产损失。这件事，引起了举国上下的关注与重视。近年来，除了航天业外，其他各个部门对于雷电的认识没有什么进展。我国航天部门通过借鉴美国的避雷技术，并且结合自己的实践，在航天飞行以及发射场的避雷方面基本上可以保证安全。即便如此，随着电子技术的发展，我国对防雷技术的要求也只会有增无减。而且我国对防雷知识的普及还远远不到位，现在电子技术已经基本上应用到各行各业，而我国的大部分行业对避雷的认识还远远不够，一旦发生雷电灾害，各行各业在这个网络信息化的时代，都很难逃脱雷电灾害的影响。所以，不仅我国的航天部门需要避雷安全，现在各行各业都有必要提前做好准备，以防不测。

3雷击造成的危害形式

3.1直击雷

直击雷指的就是带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象。由于这种雷所带的能量巨大，放电的地方如果有建筑物以及人畜等，这里的一切都很难幸免。所以，唯一的办法就是在有建筑物以及居民牲畜的地方做好避雷措施，将直击雷所带的破坏性电流迅速导入大地。

3.2雷电波侵入波

雷电波侵入波是指雷电对在建筑物外部所布置的的线缆进行放电。通常情况下，我们虽然在打雷之后及时拔掉电源，之后却发现我们的电子设备或者控制系统已经不能工作。这就是因为，雷电波在电缆线路里传播很快，可以说是以光速在传播，所以，往往在我们听到雷声之前，室内的电子设备以及控制系统已经被破坏了。

3.3感应过电压

当雷击发生在一些电子设备或者线路的周围时，闪电在云层之间进行放电而没有直接对大地进行放电的现象，称之为感应过电压。当闪电进行放电时，线缆及金属体能够感应到过电压。所以，即使建筑物安有避雷设施，雷电发生时，在雷电导入建筑物最顶上的避雷针，避雷线，避雷带，避雷网，引下线等接闪器设备从而将雷电放入到大地的过程中，雷电在接地线周围瞬间所产生的强大磁场，也可能会致使一些电子设备丢失数据，甚至有可能造成元器件被击穿或者电路板被烧毁，与此相关的整个系统都将无法正常运行和工作。

3.4地电位反击

地电位反击，顾名思义，大地的电位在雷击的危害中发挥着不可小觑的作用。所以，当雷电击中的是安装有避雷设施的建筑物时，接地网的地电位在极其短的时间里瞬间涨到数几万伏，携带着巨大能量的雷电流将会沿着各种设备的接地部分，潜入设备的供电系统和各种网络信号系统，甚至极有可能击穿大地进而潜入其他设备以及相应的系统，以致四周的电子设备也惨遭毒手。

4防雷技术的设计

4.1设计的规范要求

防雷装置主要是用于保护某空间避免受到雷电的破坏，包括外部防雷和内部防雷。外部防雷主要是为了避免直击雷产生危害，而内部防雷是为了避免由于雷电产生电磁效应带来危害。在雷电发生时，雷电波会沿着架空路线、电缆线等管道进入室内，损坏电气、信息系统的元件。因此依照相关的规范要求，门站供电系统应设置过压保护，信号系统为避免雷电带来的损坏应安装信号电涌保护器。在供电系统中为避免过大的雷击电流损坏单机防护，应在电源线路上采用多级电涌保护器，多级泄能的方式下，保证供电系统各部分不受破坏，从而使整个系统正常工作。在有爆炸危险的环境中，电气设备的金属外壳应可靠接地。在城市门站周围1区内的所有电气设备以及2区内除照明灯具外的其他电气设备，应采用专门的接地线。接地干线应在爆炸危险区域内不同的方向不少于两处与接地体连接。电气设备的接地装置与独立的避雷针的接地装置应分开设置；与建筑物上的避雷针接地装置可合并设置。为避免建筑物内各金属部分之间迸发电火花，所有的外露导电部分和电气装置外导电部分应与总等电位连接和与辅助等位系统相连接。为了提高接地的可靠性，接地干线宜在爆炸危险区域不同方向且不少于两处与接地体相连接。防静电的接地装置可与防感应雷和电气设备的接地装置共同设置。只做防静电的接地装置，每一处接地体的接地电阻应符合设计规范规定。

4.2直击雷防护

直击雷的防护基本上是每个领域的防雷设施中必不可少的一部分。比较通用的手段就是采用避雷针，避雷带等方法，但是这仅限于对一般性的建筑可以起到避雷的效果，对拥有大量的电子设备的建筑物或者易燃易爆的场所，这样的装置所产生的二次雷击效应及其带来的危害也是巨大的。所以，除此之外，还要针对其产生的二次效应采取必要的措施。通常的做法是根据利用阻抗限流的原理来优化避雷针，目的就是在雷电流导入的同时避免二次雷击的产生。目前，由于直击雷防护广泛应用在弱电系统和易燃易爆的环境中，并取得了较为理想的效果和较高的实用价值。

4.3改善电磁环境

改善电磁环境包括两方面：机房建筑物的电磁屏蔽和室外设备的电磁屏蔽。首先，每个建筑物的屋顶都要安装限流避雷针。其次，采用法拉第笼进行电磁屏蔽。法拉第笼包括屋顶避雷网，避雷带和引下线，机房屏蔽和接地系统。再有，室外的壳体应具备良好的电气贯通和电磁屏蔽性能，壳体内要设专用接地端子。室外的信号设备的金属箱，盒壳体必须接地。还有，独立的避雷针以及架空的避雷网应该装有独立的接地装置。

4.4设置防雷保护器

防雷保护器主要包括电源防雷保护器，仪表防雷保护器以及监控安防设备防雷保护器。

首先就电源防雷保护来说，为了防止由于雷击电流过大使得单级防护出现损坏和产生高残压，采用多级电涌保护器来分级泄流，从而延长SDP的使用寿命和保证设备端口耐雷电冲击电压高于设备端口的残压，确保设备的安全使用。第一级电涌保护器用来限制第一次雷击所产生的过电压，加装在总配电柜处。并切记在电涌保护器前加装熔断开关。第二级电涌保护器是用来限制第一次雷击波尾以及后续雷击所产生的过电压和操作过电压，加装在分配电柜处ups前方。同时也要切记在电涌保护器前加装熔断开关。第三级过电压保护主要是用来控制机房的设备以及其他重要设备。安装的设备最好尽量靠近设备端。

其次，就仪表防雷保护器来说，天然气门站对各类仪表和自动控制系统的精度要求极高，然而较强的闪电感应能力，雷电流以及高电位就会把元器件击穿损坏，甚至导致整个自动控制系统无法正常运行以及工作。可见这些仪表对雷击的抵御能力非常的差。所以，在系统之外的线路上安上电涌保护器是极其有必要的。

4.5防雷接地系统

接地系统是防雷工程的基本要求之一，也是最有效的途径之一，它的作用就是对通过将雷电流引入地下，从而达到疏导防雷的效果。由此来看，接地系统也是防雷技术中的重要环节之一。所以，设计好接地系统，是对防雷技术的基本要求，也是防雷技术设计中的重点。

一般情况下，防雷接地系统不是独立的，而是和其他接地装置共用一套接地装置，其他装置有防静电装置，电气设备接地装置以及信息系统接地装置。接地电阻的阻值应小于4Ω。但如果是单独接地的情况下，防雷接地或者电缆金属外皮和保护钢管两端接地装置的电阻阻值应小于10Ω。除此之外，天然气门站地上的燃气管道的始末终端以及分支处的接地电阻的阻值应该小于30Ω.再有需要注意的一点就是，天然气门站属于易燃易爆的场所，其中的设备的接地线最好和接地体以不同的方向连接，并且连接处不可以少于两处，除此之外，焊接的部位应涂漆来做防腐处理。最后有一点需要注意的是，天然气门站的电气设备的接地装置可以与建筑物的防雷接地装置共同使用，但是坚决不可以与独立接闪针的接地装置共同使用，并且要以大于3米的距离分开设置以避免雷电流经引下线及接地装置产生的高电位对被保护的建筑物以及设备进行反击，产生不可挽回的破坏。

4.6等电位连接

从天然气门站内的天然气管道整体来看，应该电气贯通，并且等电位连接的地方应该至少有两处，而且距离最好不大于25米。当天然气管道的弯头阀门以及法兰盘等连接处的过渡电阻不小于 0.03Ω时，最好用金属线连接。等电位连接的地方还有露天设备区的防爆接线盒，可燃气体报警器和防空区所有外露地面未跨接管道以及阀门。而控制室内的防静电地板，金属门窗以及暖气通道等金属物理应就近与接地系统做可靠连接，而且电子仪器的金属外壳也应该就近接地。

4.7雷电监测系统的维护

雷电监测系统由雷电信息管理系统和雷电数据监测采集系统两方面组成。雷电信心管理系统由通讯模块，PC机，打印机和用电信息管理软件组成。雷电数据监测采集系统也叫雷电监测仪。雷电监测仪就是当每次雷击时，利用安装在避雷设备的接地引下线上的雷电流传感器来测量记录雷电流峰值和发生时间，并且可以将监测到的数据传输给监控中心或者相关人员。所以，为了确保防雷设施在雷雨天气切实发挥到相应的作用，在做好相应的避雷安全设施之后，还要定期进行雷电监测系统的维护工作。常规的检查及维护如下，并要做好相关的记录工作。首先，用户应该定期对配电系统进行例行检查；其次，在雷雨季节前，用户务必对装置进行检查；再有，本地区落雷后，要严格对装置进行检查；最后，应采用测量仪，根据其提示的数值变化对装置进行检查。检查以及维护的项目有以下几项：第一，指示灯状态；第二，模块的状态；第三，传感器的状态；第四，测量仪记录的数据；第五，接线螺栓是否紧固。

5总结

天然气门站内有天然气管道，调压，计量，过滤，加臭等装置，并且还有一些自动化设备及电子信息装置。这些装置一旦遭到雷电击中，雷电所产生的强大电流会即刻摧毁整个设备系统。所以，做好防雷技术设计工作是保证天然气门站在雷雨天气正常工作的重中之重，也是人们生命财产安全的保障。

【参考文献】

[1] 张姝丽.天然气厂站电子设备防雷存在问题及改进措施[J].煤气与热力.2014.34(09):127-128.

[2] 安双平.中石油北京河北段天然气分输气站防雷工程检测分析[J].科技创新导报.2012.06(10):115-116.

[3] 王秀英.天然气集气站自动计量系统防雷技术改造[J].安全健康和环境.2011.11(12):140-141.