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摘要：文章根据天然气川气东送管道站场阀室防雷系统的设计，结合输气站场阀室雷击案例，分析了其故障原因，总结相应的整改措施，归纳了日常运行期间防雷防静电安全检测技术要点，保证各类设备的安全平稳运行。
关键词：输气站场；雷击案例；安全检测
中图分类号：TV547 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0156-02
1 工程概况
川气东送管道工程西起川东北普光首站，东至上海输气站，途径四川、重庆、湖北、安徽、江苏、浙江、上海等7省（直辖市）53个县市。管道设输气站场25座、阀室93座。管道管径1016mm，设计输送压力10MPa。
2 站场阀室防雷设计
综合楼均为三类防雷建筑，建筑物的防雷装置满足直击雷、防电感应雷及防雷电波的侵入。在屋顶采用￠10热镀锌圆钢作避雷带。接地母线采用-40×4的镀锌扁钢，接地极采用镀锌角钢L50×5×2500。自控仪表接地电阻不大于3欧，其余接地电阻不大于10?。其中自控、通信、防腐电涌保护器由机柜自带，电源系统电涌保护器安装于UPS及配电柜内。将自控、通信、防腐设备及其它正常不带电的外壳与MEB连接，MEB与户外的接地网连接。同时，放空区与工艺区的接地网是互相独立的。
3 案例分析
3.1 案例一：应急发电机控制器故障分析
该管线输气站场的发电机电压等级为400V，频率为50Hz，功率因数为0.8，功率从80～125kW不等。
某晚雷雨天气，某站场市电中断，值班人员启动了应急发电机。40分钟后，在站控室内看见工艺区收发球筒方向有一道耀眼的闪电，并伴有巨大雷声，随后发现发电机组停止运转、工艺区照明关闭、收发球筒区视频监控装置无法正常工作、激光对射有两组报警无法消除。在雷电减弱后，对发电机进行检查，发现控制器内保险并未受损，但控制器主逻辑通讯电路板的集成模块爆裂，互连板电路板也无任何反应，判断此现象为控制器多处受到雷击而造成机组不能正常工作。
部分输气站场的应急发电机在雷雨季节均出现工作不正常的现象，如控制器内通讯端口输出电压不正常，导致数据无法上传至站控室，无法实现远程监视；发电机无法连续运行，频繁异常停机。经过分析，判断结果为设备遭受雷击，导致发电机组的电源板、主板损坏，致使应急发电机组不能正常。如果站场的外电源一旦长时间失电，应急发电机不能连续正常运转，将严重影响输气生产。
原因分析：（1）部分应急发电机所在建筑并没有防直击雷的措施，建筑物顶上未安装避雷带或者避雷针，仅发电机外壳接地。（2）在直击雷击发生时，大约50%的雷电流将沿接闪——引下线通路直接泄放入地，频率成分非常复杂的雷电流快速通过引下线时会感应出极强的电磁场，建筑物中的管线相对切割磁力线产生感应电流（即雷击电磁脉冲），间接导致应急发电机损坏；另外，至少有50%的雷电流将沿着进出建筑物的管线泄放，因控制器内的各种电路板件对大电流敏感，因此对控制器构成直接威胁。
解决措施：为了保证各站场燃气发电机在雷雨季节的正常运行，减少雷击事件的发生，根据应急发电机厂家提供的资料及发电机遭受雷击的具体情况分析，经过与发电机组供货商沟通，对发电机在400V输出回路、充电回路、通讯回路、直流回路（自带的直流装置前端）、自启动控制回路加装浪涌保护器等进行了防雷设计，如图1所示。浪涌保护器通过外壳或就近的接地点进行有效接地。通过电源浪涌保护器防止由电源线侵入的感应雷电或电涌破坏数据、信息、控制等系统；通过信号浪涌保护器防止由信号传输线侵入的感应雷电或浪涌破坏数据、信息、控制等
系统。
3.2 案例二：可燃气体控制器机柜GIA102故障分析
该工程阀室内有一台可燃气体控制器，柜内电源走向如图2所示，根据可燃气体控制器柜内电源走向，合上开关后，报警器显示F4，现场可燃气体探头无显示，经检查，报警控制器没有24V电供给探头，0.5A保险多次烧毁。
原因分析：检查现场探头到火气机柜的电缆没有短接和接地现象（可以判断出保险熔断不是由于现场的原因），因报警器损坏，换上新的保险后再次烧毁。为什么有大电流通过此回路，浪涌保护器未起保护设备的作用呢？虽然此设备有接地线引至等电位端子排，但测量等电位端子排处的接地电阻为100?以上，说明等电位端子排并未与接地网实现良好连接，无法将大电流引入地网。
解决措施：将接地扁铁表面防腐层打磨，然后与等电位端子箱母排连接，及时整改完成后，要求接地电阻小于4?，以免造成控制设备损坏。
3.3 设备遭雷击的原因
本工程发生了多次因雷击或接地系统问题导致的设备故障或者损坏，站场阀室在投产运行两年内发生此类雷击现象，经过分析，造成以上情况的原因可总结如下：
（1）因部分施工方未严格按照防雷设计的要求进行施工，部分设备并未与接地系统实现连接。如浪涌保护器、可燃气体检测仪、可燃气体探头、电子控制单元、摄像头、太阳能电池板的基座、各种机柜外壳未接地。
（2）因部分阀室地处山区，施工难度较大，接地系统的接地电阻未能满足设计要求。
（3）因雷雨季节，天气潮濕，设备与接地系统连接处锈蚀严重，连接效果不好，影响接地效果。
（4）因部分地区为雷雨多发段，个别设备内部自带的防雷设计不能满足要求，设计未能全面考虑感应雷的防护措施。
（5）浪涌保护器的型号选择有误，未严格根据该地区的雷电流进行选型。
4 日常运行防雷安全检测要求
4.1 检测的范围
输气管道行业定期进行防雷防静电安全检测是雷电防护系统工程的重要一环，防雷防静电安全检测应当每半年检测一次，全面检测建筑物、生产装置、设备、容器、自控仪表、电气配电装置、防静电装置的接地情况，与以前数据进行对比，以便及时发现雷电灾害安全隐患，避免或减少安全事故的发生。 4.2 检测要点
根据相关的标准规范，防雷接地检测要点如下：
（1）下雨后和土壤吸收水分太多的時候以及气候、温度、压力等急剧变化时不能测量。
（2）接地电阻测试方法有误必然产生错误的测试结果，从而为管道运行增加了不安全因素。在进行接地电阻测试时，应打开断接卡进行测量。若没打开断接卡，测试结果是不准确的，同时有可能会损坏仪器仪表。
（3）测量地极的安排。为了正确地测量出某地极的接地电阻，接地极应合理安排，尽量避免将其安排在工艺生产区，远离地下管道、电缆等较大金属体，其中电流极应远离10m以上，电压极应远离50m以上。同时宜选择土壤电阻率大的位置时候。
（4）注意电流极插入土壤的位置，应使接地棒处于零电位的状态。
（5）外引加联接线的影响。测量地点比较远，地极和测量仪器的所放位置受限制而不能到达被测位置时，应加外引加接线，所用的加接线的截面积一般不应小于1～1.5mm2。
（6）各种引线应与地绝缘。测量时引线中会流过微弱的电流，如果各种引线的绝缘破坏，会影响电流的分配从而引起测量数据的不准确。
（7）反复在不同的方向测量3～4次，取其算数平
均值。
5 结语
天然气长输管道站场阀室的建筑物、设备、容器、构筑物大多为易燃易爆场所，企业要求必须重视防雷工作，在实际生产中，不仅要保证防雷施工按照规范进行，建立完善的综合防雷系统；同时也要做好安全检测工作，保证测量的接地电阻真实可靠，以便及时发现问题，及时整改，以免影响人身安全和生产事故。
参考文献
[1] 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范（GB50169-2006）[S].北京：中国计划出版社，2006.
[2] 董振亚.电力系统的过电压保护（第2版）[M].北京：中国电力出版社，2003.
[3] 川气东送管道工程站场系统燃气发电机组防雷设计文件.
[4] 李良福.易燃易爆场所防雷抗静电安全检测技术（第二版）[M].北京：气象出版社.
作者简介：吉敏（1987—），女，四川人，供职于天然气川气东送管道分公司，研究方向：天然气川气东送管道输气部分站场阀室的配电系统。
（责任编辑：黄银芳）
关键词：输气站场；雷击案例；安全检测
中图分类号：TV547 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0156-02
1 工程概况
川气东送管道工程西起川东北普光首站，东至上海输气站，途径四川、重庆、湖北、安徽、江苏、浙江、上海等7省（直辖市）53个县市。管道设输气站场25座、阀室93座。管道管径1016mm，设计输送压力10MPa。
2 站场阀室防雷设计
综合楼均为三类防雷建筑，建筑物的防雷装置满足直击雷、防电感应雷及防雷电波的侵入。在屋顶采用￠10热镀锌圆钢作避雷带。接地母线采用-40×4的镀锌扁钢，接地极采用镀锌角钢L50×5×2500。自控仪表接地电阻不大于3欧，其余接地电阻不大于10?。其中自控、通信、防腐电涌保护器由机柜自带，电源系统电涌保护器安装于UPS及配电柜内。将自控、通信、防腐设备及其它正常不带电的外壳与MEB连接，MEB与户外的接地网连接。同时，放空区与工艺区的接地网是互相独立的。
3 案例分析
3.1 案例一：应急发电机控制器故障分析
该管线输气站场的发电机电压等级为400V，频率为50Hz，功率因数为0.8，功率从80～125kW不等。
某晚雷雨天气，某站场市电中断，值班人员启动了应急发电机。40分钟后，在站控室内看见工艺区收发球筒方向有一道耀眼的闪电，并伴有巨大雷声，随后发现发电机组停止运转、工艺区照明关闭、收发球筒区视频监控装置无法正常工作、激光对射有两组报警无法消除。在雷电减弱后，对发电机进行检查，发现控制器内保险并未受损，但控制器主逻辑通讯电路板的集成模块爆裂，互连板电路板也无任何反应，判断此现象为控制器多处受到雷击而造成机组不能正常工作。
部分输气站场的应急发电机在雷雨季节均出现工作不正常的现象，如控制器内通讯端口输出电压不正常，导致数据无法上传至站控室，无法实现远程监视；发电机无法连续运行，频繁异常停机。经过分析，判断结果为设备遭受雷击，导致发电机组的电源板、主板损坏，致使应急发电机组不能正常。如果站场的外电源一旦长时间失电，应急发电机不能连续正常运转，将严重影响输气生产。
原因分析：（1）部分应急发电机所在建筑并没有防直击雷的措施，建筑物顶上未安装避雷带或者避雷针，仅发电机外壳接地。（2）在直击雷击发生时，大约50%的雷电流将沿接闪——引下线通路直接泄放入地，频率成分非常复杂的雷电流快速通过引下线时会感应出极强的电磁场，建筑物中的管线相对切割磁力线产生感应电流（即雷击电磁脉冲），间接导致应急发电机损坏；另外，至少有50%的雷电流将沿着进出建筑物的管线泄放，因控制器内的各种电路板件对大电流敏感，因此对控制器构成直接威胁。
解决措施：为了保证各站场燃气发电机在雷雨季节的正常运行，减少雷击事件的发生，根据应急发电机厂家提供的资料及发电机遭受雷击的具体情况分析，经过与发电机组供货商沟通，对发电机在400V输出回路、充电回路、通讯回路、直流回路（自带的直流装置前端）、自启动控制回路加装浪涌保护器等进行了防雷设计，如图1所示。浪涌保护器通过外壳或就近的接地点进行有效接地。通过电源浪涌保护器防止由电源线侵入的感应雷电或电涌破坏数据、信息、控制等系统；通过信号浪涌保护器防止由信号传输线侵入的感应雷电或浪涌破坏数据、信息、控制等
系统。
3.2 案例二：可燃气体控制器机柜GIA102故障分析
该工程阀室内有一台可燃气体控制器，柜内电源走向如图2所示，根据可燃气体控制器柜内电源走向，合上开关后，报警器显示F4，现场可燃气体探头无显示，经检查，报警控制器没有24V电供给探头，0.5A保险多次烧毁。
原因分析：检查现场探头到火气机柜的电缆没有短接和接地现象（可以判断出保险熔断不是由于现场的原因），因报警器损坏，换上新的保险后再次烧毁。为什么有大电流通过此回路，浪涌保护器未起保护设备的作用呢？虽然此设备有接地线引至等电位端子排，但测量等电位端子排处的接地电阻为100?以上，说明等电位端子排并未与接地网实现良好连接，无法将大电流引入地网。
解决措施：将接地扁铁表面防腐层打磨，然后与等电位端子箱母排连接，及时整改完成后，要求接地电阻小于4?，以免造成控制设备损坏。
3.3 设备遭雷击的原因
本工程发生了多次因雷击或接地系统问题导致的设备故障或者损坏，站场阀室在投产运行两年内发生此类雷击现象，经过分析，造成以上情况的原因可总结如下：
（1）因部分施工方未严格按照防雷设计的要求进行施工，部分设备并未与接地系统实现连接。如浪涌保护器、可燃气体检测仪、可燃气体探头、电子控制单元、摄像头、太阳能电池板的基座、各种机柜外壳未接地。
（2）因部分阀室地处山区，施工难度较大，接地系统的接地电阻未能满足设计要求。
（3）因雷雨季节，天气潮濕，设备与接地系统连接处锈蚀严重，连接效果不好，影响接地效果。
（4）因部分地区为雷雨多发段，个别设备内部自带的防雷设计不能满足要求，设计未能全面考虑感应雷的防护措施。
（5）浪涌保护器的型号选择有误，未严格根据该地区的雷电流进行选型。
4 日常运行防雷安全检测要求
4.1 检测的范围
输气管道行业定期进行防雷防静电安全检测是雷电防护系统工程的重要一环，防雷防静电安全检测应当每半年检测一次，全面检测建筑物、生产装置、设备、容器、自控仪表、电气配电装置、防静电装置的接地情况，与以前数据进行对比，以便及时发现雷电灾害安全隐患，避免或减少安全事故的发生。 4.2 检测要点
根据相关的标准规范，防雷接地检测要点如下：
（1）下雨后和土壤吸收水分太多的時候以及气候、温度、压力等急剧变化时不能测量。
（2）接地电阻测试方法有误必然产生错误的测试结果，从而为管道运行增加了不安全因素。在进行接地电阻测试时，应打开断接卡进行测量。若没打开断接卡，测试结果是不准确的，同时有可能会损坏仪器仪表。
（3）测量地极的安排。为了正确地测量出某地极的接地电阻，接地极应合理安排，尽量避免将其安排在工艺生产区，远离地下管道、电缆等较大金属体，其中电流极应远离10m以上，电压极应远离50m以上。同时宜选择土壤电阻率大的位置时候。
（4）注意电流极插入土壤的位置，应使接地棒处于零电位的状态。
（5）外引加联接线的影响。测量地点比较远，地极和测量仪器的所放位置受限制而不能到达被测位置时，应加外引加接线，所用的加接线的截面积一般不应小于1～1.5mm2。
（6）各种引线应与地绝缘。测量时引线中会流过微弱的电流，如果各种引线的绝缘破坏，会影响电流的分配从而引起测量数据的不准确。
（7）反复在不同的方向测量3～4次，取其算数平
均值。
5 结语
天然气长输管道站场阀室的建筑物、设备、容器、构筑物大多为易燃易爆场所，企业要求必须重视防雷工作，在实际生产中，不仅要保证防雷施工按照规范进行，建立完善的综合防雷系统；同时也要做好安全检测工作，保证测量的接地电阻真实可靠，以便及时发现问题，及时整改，以免影响人身安全和生产事故。
参考文献
[1] 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范（GB50169-2006）[S].北京：中国计划出版社，2006.
[2] 董振亚.电力系统的过电压保护（第2版）[M].北京：中国电力出版社，2003.
[3] 川气东送管道工程站场系统燃气发电机组防雷设计文件.
[4] 李良福.易燃易爆场所防雷抗静电安全检测技术（第二版）[M].北京：气象出版社.
作者简介：吉敏（1987—），女，四川人，供职于天然气川气东送管道分公司，研究方向：天然气川气东送管道输气部分站场阀室的配电系统。
（责任编辑：黄银芳）