论文部分内容阅读
摘 要：原油输油站库设备因雷击造成不同程度的损失发生多起，本文通过对雷电知识的认识，结合输油站库设备的防雷问题，分析原因，提出设备的防雷措施及实施方案。
关键词：输油；设备；防雷
雷电是发生在大气层中的声、光、电物理现象，其能量巨大，破坏力极强。特别是在强雷击危害区域，雷击对石油化工电气仪表通讯等设备的危害和造成的后果是严重的，加之输油站库输送储存的是易燃易爆介质，因此防雷显得尤其重要。
1 站库防雷背景
输油站库输送原油具有高压连续生产的性质，属于易燃易爆物质。站库分为一般工业环境和爆炸危险环境，按设备安装地点分为控制室内环境和室外现场环境。安装在爆炸危险环境中的现场设备有隔爆型、本质安全型以及其他防爆类型，防雷特点及方法也有所不同。
随着集成电路的发展应用，输油站库设备越来依赖集成模块实现各个功能。特别是综合布线连接的网络交换机、服务器、计算机、电气综保系统、监控系统、仪表功能模块、终端设备更容易遭受雷电的侵害。这些设备处于网络运行的核心位置，一旦发生雷击或电涌电流侵入，很容易造成整个输油系统故障，甚至造成通信中断，数据丢失。总结鲁宁线近几年雷击事件，集中涉及到电气综保模块、CDJ巡检系统、差压和压力变送器、温度变送器、光纤数据变送器、气体报警器、电视监控摄像机、通讯交换机等。
目前站库已安装了一些防雷措施，在低压盘母线上和UPS的进线侧都并联安装了浪涌保护器，在主要的检测仪表信号传输接口、SCADA系统的I/O接口、数据通信接口、供电接口等关键部位，均安装了浪涌保护器，用电设备的金属外壳均可靠接地等，站场内采用联合接地网配置，房屋建筑物、管墩、设备基础防雷接地连接可靠。
2 雷电简介
1）直击雷。雷云放电直接通过建筑物或地面设备入地，强大的雷电流在瞬间产生很大的机械振动力和高温、高热，使物体遭到破坏，使绝缘破坏，产生火花，引起燃烧、爆炸等。
2）接地电位反击。由于瞬态高电压的冲击，电源线引入接地点产生局部电位升高，在地网间出现电位差，导致反击而损坏电器设备。接地网中的电位差还会产生跨步电压，直接危及人的生命。
3）感应雷。感应雷的基本特征是在雷击发生的区域产生电磁感应，分为静电感应和电磁感应两种。感应雷没有直击雷强烈，但它发生的几率比直击雷高。直击雷袭击小范围目标，而由雷电造成的感应过电压可以通过电力线、数据线等金属导体传输，造成很大范围的损害。
科学研究表明，雷击会对附近的建筑物及附近的电子设备造成毁坏，因为雷击中心点半径2km范围内，雷电就会产生极强的电磁场。所有从这个电磁场中穿越的供电线路，网络和信号线路等，都会因电磁感应在线路生产生一个电涌过电压，并沿着线路进入室内、室外设备，损坏设备的功能模块。
4）电磁感应。电磁感应是当雷电流通过金属导体入地时，形成了一个迅速变化的强磁场，使处于附近的输电线路或设备产生感应过电压，将线路或设备的绝缘层击穿，导致供电中断或设备损坏。
5）开关过电压。供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、电源线路短路等，都能在电源线路生产生脉冲高电压，可达到线电压的3-5倍，从而损坏设备，破坏效果与雷击类似。
3 雷击电涌侵入通道
研究雷击浸入通道是防雷击有效措施，雷击浸入伴随电涌，电涌是指线路中突然出现的瞬间过电压或过电流现象。雷击电涌过电压毁坏设备主要有如下三种形式：
1）电涌过电压通过设备的供电線路窜入设备的电源端口。
2）电涌过电压通过设备接入网络、信号及数据控制线路窜入设备，造成设备功能毁坏。
3）通过设备的接地回路击毁设备。雷电击在建筑物的附近，或击中建筑物的外部避雷装置，雷电流沿着下引线向地泄放的过程中，电位差会通过地电位反击的形式将设备击毁。
结合电涌浸入设备必经的三个通道，防雷有效措施一般采用均压、分流、接地、屏蔽等技术措施，达到电涌防护的目的。对于一个需要保护的系统，只有将进出该系统的电源线、信号线等都对地安装相应的电涌防护装置并做可靠接地，关键装置科学的屏蔽措施，能有效避免造成设备损坏。
4 完善站库防雷措施
输油站库存在防雷问题主要集中在没有安装避雷针、建筑物避雷带（网）安装不规范等；接地系统不规范，电源系统没有形成等电位连接；没有形成电磁（屏蔽）；没有合理布线。针对存在的不完善防雷措施，总结鲁宁线站库区防雷改进措施，主要集中采用如下几个方面。
1）防护直击雷。完善站库区避雷针、建筑物的避雷带和避雷网等设施，在高压室、仪表控制室、通讯楼屋顶增设避雷网格，采用热镀锌扁钢制作，并与房顶避雷带进行可靠焊接，同时对角或间隔20米增设扁钢沿墙做接地线引下线，并可靠连接接地，这样有效防止直击雷对建筑物和设备损坏。
2）感应雷防护。对高压室、控制室和仪表通讯等机柜间做六面防雷屏蔽网，将屋顶、吊顶、墙面装修屏蔽体与防静电地板之间作好连接，并多点与室外接地网可靠焊接，房屋门更换为金属防火门，并与墙体钢结构做等电位联接；控制室窗户从外侧加装网格屏蔽网，并与站库防雷屏蔽网可靠焊接。交流供电线路及信息系统网络传输线及线缆应使用封闭金属线槽或穿金属管道敷设；计算机系统所有的金属导线，包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽。通讯信息机房利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼，以防止外来电磁波干扰机房内设备。站库区工艺管道等电位连接，5个以下螺栓的法兰盘进行等电位跨接，定期检查管道阴保电位，对工艺管线上安装的变送器增加绝缘接头，预防感应雷的冲击。
3）完善接地系统。目前站库接地系统新建站库，接地网较完善，老站库接地网由于近年来设备改造和土建建设过程中受到破坏，形成整体均压网已经较难，大多新建设备和区域土建都是独立的接地系统，这样就要求新建接地系统，在设计、建设过程中，要充分考虑余量，同时，注重工艺管线管墩的接地及阴极保护。其次，检查和确认接线柜内所有电源和信号电缆，对于设计的屏蔽电缆要求，确保铠装层在控制室和两端接地，屏蔽层在控制室侧单接地，这样可以抑制雷电电磁干扰的耦合作用。再次，加强设备接地连接面的除锈，定期组织人员测量接地体电阻，雷雨季节加密应对运行中的防雷器利用元件老化测试仪进行一次检测；加强外观巡视。
4）安装雷电电涌过电压保护装置。在设备功能模块的信号线、电源线上安装相应的过电压保护器，将线路上过高的脉冲电压滤除，保护设备不被过电压破坏。高压电气主要保护器件为氧化锌避雷器，效果较好，低压系统分段安装浪涌保护器。架空供电线路，设置避雷线，定期检测接地电阻和接地引线。
5）完善线路路由。雷电流沿分流引下线泄入大地时，由于电磁的耦合作用，会在附近的导体（电线、电缆）形成电涌现象。为了减少线缆上的电涌，在布置电源线、信号线时，要尽量远离防雷引下线；其次线路路由尽量的避开架空。如站库区来自现场仪表的设备的电源和数据传输电缆，都是直接敷设电缆沟，进出房间时，设置格栅，对于数据精密的传输电缆和控制信号电缆，不仅选用铠装屏蔽电缆，甚至全程钢管敷设或移入金属线槽。
5 总结
结合输油站库的工作性质，设备和工艺自动化程度越来越高，计算机系统的网络化程度不断提高，电子系统运用的场合较多，而其系统工作电压较低，一般为3，5，12，24V等。抗雷击和抗电涌电压侵害的能力越来越低，增加了防雷设计和现场施工的难度，但是随着防雷措施的不断完善，防雷设备设施的应用，一定能够更加科学的防雷，预警。诸如雷电预警系统已经在新站库区设计建设中应用，站库区员工视现场情况，及时调整生产经营，加强监控和预防。
参考文献：
【1】中国工程建设标准化协会化工分会.GB50131---2007自动化电气工程施工质量验收规范【S】.北京：中国计划出版社，2008
关键词：输油；设备；防雷
雷电是发生在大气层中的声、光、电物理现象，其能量巨大，破坏力极强。特别是在强雷击危害区域，雷击对石油化工电气仪表通讯等设备的危害和造成的后果是严重的，加之输油站库输送储存的是易燃易爆介质，因此防雷显得尤其重要。
1 站库防雷背景
输油站库输送原油具有高压连续生产的性质，属于易燃易爆物质。站库分为一般工业环境和爆炸危险环境，按设备安装地点分为控制室内环境和室外现场环境。安装在爆炸危险环境中的现场设备有隔爆型、本质安全型以及其他防爆类型，防雷特点及方法也有所不同。
随着集成电路的发展应用，输油站库设备越来依赖集成模块实现各个功能。特别是综合布线连接的网络交换机、服务器、计算机、电气综保系统、监控系统、仪表功能模块、终端设备更容易遭受雷电的侵害。这些设备处于网络运行的核心位置，一旦发生雷击或电涌电流侵入，很容易造成整个输油系统故障，甚至造成通信中断，数据丢失。总结鲁宁线近几年雷击事件，集中涉及到电气综保模块、CDJ巡检系统、差压和压力变送器、温度变送器、光纤数据变送器、气体报警器、电视监控摄像机、通讯交换机等。
目前站库已安装了一些防雷措施，在低压盘母线上和UPS的进线侧都并联安装了浪涌保护器，在主要的检测仪表信号传输接口、SCADA系统的I/O接口、数据通信接口、供电接口等关键部位，均安装了浪涌保护器，用电设备的金属外壳均可靠接地等，站场内采用联合接地网配置，房屋建筑物、管墩、设备基础防雷接地连接可靠。
2 雷电简介
1）直击雷。雷云放电直接通过建筑物或地面设备入地，强大的雷电流在瞬间产生很大的机械振动力和高温、高热，使物体遭到破坏，使绝缘破坏，产生火花，引起燃烧、爆炸等。
2）接地电位反击。由于瞬态高电压的冲击，电源线引入接地点产生局部电位升高，在地网间出现电位差，导致反击而损坏电器设备。接地网中的电位差还会产生跨步电压，直接危及人的生命。
3）感应雷。感应雷的基本特征是在雷击发生的区域产生电磁感应，分为静电感应和电磁感应两种。感应雷没有直击雷强烈，但它发生的几率比直击雷高。直击雷袭击小范围目标，而由雷电造成的感应过电压可以通过电力线、数据线等金属导体传输，造成很大范围的损害。
科学研究表明，雷击会对附近的建筑物及附近的电子设备造成毁坏，因为雷击中心点半径2km范围内，雷电就会产生极强的电磁场。所有从这个电磁场中穿越的供电线路，网络和信号线路等，都会因电磁感应在线路生产生一个电涌过电压，并沿着线路进入室内、室外设备，损坏设备的功能模块。
4）电磁感应。电磁感应是当雷电流通过金属导体入地时，形成了一个迅速变化的强磁场，使处于附近的输电线路或设备产生感应过电压，将线路或设备的绝缘层击穿，导致供电中断或设备损坏。
5）开关过电压。供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、电源线路短路等，都能在电源线路生产生脉冲高电压，可达到线电压的3-5倍，从而损坏设备，破坏效果与雷击类似。
3 雷击电涌侵入通道
研究雷击浸入通道是防雷击有效措施，雷击浸入伴随电涌，电涌是指线路中突然出现的瞬间过电压或过电流现象。雷击电涌过电压毁坏设备主要有如下三种形式：
1）电涌过电压通过设备的供电線路窜入设备的电源端口。
2）电涌过电压通过设备接入网络、信号及数据控制线路窜入设备，造成设备功能毁坏。
3）通过设备的接地回路击毁设备。雷电击在建筑物的附近，或击中建筑物的外部避雷装置，雷电流沿着下引线向地泄放的过程中，电位差会通过地电位反击的形式将设备击毁。
结合电涌浸入设备必经的三个通道，防雷有效措施一般采用均压、分流、接地、屏蔽等技术措施，达到电涌防护的目的。对于一个需要保护的系统，只有将进出该系统的电源线、信号线等都对地安装相应的电涌防护装置并做可靠接地，关键装置科学的屏蔽措施，能有效避免造成设备损坏。
4 完善站库防雷措施
输油站库存在防雷问题主要集中在没有安装避雷针、建筑物避雷带（网）安装不规范等；接地系统不规范，电源系统没有形成等电位连接；没有形成电磁（屏蔽）；没有合理布线。针对存在的不完善防雷措施，总结鲁宁线站库区防雷改进措施，主要集中采用如下几个方面。
1）防护直击雷。完善站库区避雷针、建筑物的避雷带和避雷网等设施，在高压室、仪表控制室、通讯楼屋顶增设避雷网格，采用热镀锌扁钢制作，并与房顶避雷带进行可靠焊接，同时对角或间隔20米增设扁钢沿墙做接地线引下线，并可靠连接接地，这样有效防止直击雷对建筑物和设备损坏。
2）感应雷防护。对高压室、控制室和仪表通讯等机柜间做六面防雷屏蔽网，将屋顶、吊顶、墙面装修屏蔽体与防静电地板之间作好连接，并多点与室外接地网可靠焊接，房屋门更换为金属防火门，并与墙体钢结构做等电位联接；控制室窗户从外侧加装网格屏蔽网，并与站库防雷屏蔽网可靠焊接。交流供电线路及信息系统网络传输线及线缆应使用封闭金属线槽或穿金属管道敷设；计算机系统所有的金属导线，包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽。通讯信息机房利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼，以防止外来电磁波干扰机房内设备。站库区工艺管道等电位连接，5个以下螺栓的法兰盘进行等电位跨接，定期检查管道阴保电位，对工艺管线上安装的变送器增加绝缘接头，预防感应雷的冲击。
3）完善接地系统。目前站库接地系统新建站库，接地网较完善，老站库接地网由于近年来设备改造和土建建设过程中受到破坏，形成整体均压网已经较难，大多新建设备和区域土建都是独立的接地系统，这样就要求新建接地系统，在设计、建设过程中，要充分考虑余量，同时，注重工艺管线管墩的接地及阴极保护。其次，检查和确认接线柜内所有电源和信号电缆，对于设计的屏蔽电缆要求，确保铠装层在控制室和两端接地，屏蔽层在控制室侧单接地，这样可以抑制雷电电磁干扰的耦合作用。再次，加强设备接地连接面的除锈，定期组织人员测量接地体电阻，雷雨季节加密应对运行中的防雷器利用元件老化测试仪进行一次检测；加强外观巡视。
4）安装雷电电涌过电压保护装置。在设备功能模块的信号线、电源线上安装相应的过电压保护器，将线路上过高的脉冲电压滤除，保护设备不被过电压破坏。高压电气主要保护器件为氧化锌避雷器，效果较好，低压系统分段安装浪涌保护器。架空供电线路，设置避雷线，定期检测接地电阻和接地引线。
5）完善线路路由。雷电流沿分流引下线泄入大地时，由于电磁的耦合作用，会在附近的导体（电线、电缆）形成电涌现象。为了减少线缆上的电涌，在布置电源线、信号线时，要尽量远离防雷引下线；其次线路路由尽量的避开架空。如站库区来自现场仪表的设备的电源和数据传输电缆，都是直接敷设电缆沟，进出房间时，设置格栅，对于数据精密的传输电缆和控制信号电缆，不仅选用铠装屏蔽电缆，甚至全程钢管敷设或移入金属线槽。
5 总结
结合输油站库的工作性质，设备和工艺自动化程度越来越高，计算机系统的网络化程度不断提高，电子系统运用的场合较多，而其系统工作电压较低，一般为3，5，12，24V等。抗雷击和抗电涌电压侵害的能力越来越低，增加了防雷设计和现场施工的难度，但是随着防雷措施的不断完善，防雷设备设施的应用，一定能够更加科学的防雷，预警。诸如雷电预警系统已经在新站库区设计建设中应用，站库区员工视现场情况，及时调整生产经营，加强监控和预防。
参考文献：
【1】中国工程建设标准化协会化工分会.GB50131---2007自动化电气工程施工质量验收规范【S】.北京：中国计划出版社，2008