直击雷防护.doc

站场接地系统优化措施研究站场接地系统优化措施研究 接地系统安全技术研究报告接地系统安全技术研究报告 成都东方瀚易科技发展有限公司成都东方瀚易科技发展有限公司成都东方瀚易科技发展有限公司成都东方瀚易科技发展有限公司 20132013 年年 1111 月月 1 目目 录录 一 站场接地系统优化措施研究的背景与意义一 站场接地系统优化措施研究的背景与意义 3 3 1 1 立项意义 3 1 2 国内外防雷接地现状及发展趋势 4 1 3 场站防雷接地技术的研究现状 6 1 4 站场接地系统优化措施研究已完成情况 8 二 站场防雷接地系统防雷设计的现场调研二 站场防雷接地系统防雷设计的现场调研 9 9 2 1 站场调研内容及方法 9 2 2 各场站接地电阻 土壤电阻率的测试结果 12 2 2 1 西靖站检测结果 12 2 2 2 精河站检测结果 13 2 2 3 玛纳斯站检测结果 15 2 2 4 古浪压气一站检测结果 16 2 2 5 古浪压气二站检测结果 17 2 2 6 各阀室检测结果 18 2 2 7 阿拉山口站检测结果 18 三 站场防雷接地系统基本信息三 站场防雷接地系统基本信息 2020 3 1 西靖站防雷接地基本数据 20 3 2 精河站防雷接地基本数据 21 四 站场接地系统和主要单体原设计概况 以四 站场接地系统和主要单体原设计概况 以 4 4 个单体为例 个单体为例 2222 4 1 综合值班室 23 4 2 原油成品油中间泵站泵棚 24 4 3 原油成品油中间泵站清管及阀组区 24 4 4 原油成品油中间泵站罐区 24 五 结合站场地网原设计与实测结果的分析五 结合站场地网原设计与实测结果的分析 2525 5 1 西靖站接地电阻计算与实测数据对比 25 5 2 对接地系统材料的讨论 26 六 西靖原油成品油中间泵站防雷设计调研情况六 西靖原油成品油中间泵站防雷设计调研情况 2727 6 1 直击雷防护 27 6 1 1 110KV 变电所及配电楼 27 6 1 2 综合值班室 27 6 1 3 原油成品油中间泵站泵棚 28 6 2 感应雷防护系统 28 6 2 1 供电防护系统 28 6 2 2 综合值班室 28 6 2 3 信号系统 29 6 2 4 等电位连接系统 29 七 存在问题七 存在问题 3030 2 7 1 原直击雷设计的不足 30 7 1 1 直击雷防护的设计不足 30 7 1 2 避雷针避雷带接闪的缺点 34 7 2 防感应雷的措施不够 36 7 2 1 直击雷 感应雷的设计不足 37 7 2 2 感应雷防护设计比较弱的例子 37 八 站场防雷接地的解决方案八 站场防雷接地的解决方案 3838 8 1 直击雷防护 38 8 1 1 直击雷的一般防护 38 8 1 2 直击雷的特别防护 41 8 1 3 站场区直击雷的特别防护方案 42 8 1 4 站场区直击雷的特别防护方案 42 8 2 感应雷防护原则 48 8 2 1 电源设备端口雷电过电压的防护 48 8 2 2 场站设备的射频端口感应雷防护 49 8 2 3 场站工业电视系统感应雷防护 49 九 带屏蔽房的线路截断阀室防雷接地的研究九 带屏蔽房的线路截断阀室防雷接地的研究 4949 9 1 栅形大空间屏蔽体 X 点接闪后的分流系数 50 9 2 直接雷击时阀室内部磁场强度的估算 51 9 3 邻近雷击时阀室内部磁场强度的估算 53 9 4 直击雷接闪入地产生的电位反击的研究 54 10 直击雷保护装置的研究 56 10 1 新型直击雷保护装置 研究 56 10 1 1 功能如下 57 10 1 2 天幕型直击雷保护装置工作原理 57 10 1 3 天幕型直击雷保护装置检测 58 结语结语 5959 项目完成情况 60 3 一 站场接地系统优化措施研究的背景与意义一 站场接地系统优化措施研究的背景与意义 1 1 立项意义立项意义 随着公司油气输送系统的规模和自动化水平的不断提高 站场高低压配 电及控制系统不断向网络化 智能化 集成化方向发展 而网络化 智能化 集成化电子设备普遍存在绝缘强度低 过电压和过电流耐受能力差 对电磁干 扰敏感等弱点 一旦设备或其附近建筑遭受雷击 雷电过电压 过电流和脉冲 感应冲击电流 电压会通过接地线 供电线路和控制线路进入电子设备从而导 致其损毁 威胁配电 网络 集成化电子设备的正常工作和安全运行 如果防雷接地系统设置不当 轻则使配电及控制系统易遭受雷害事故袭击 导致工作不正常或停机事故 重则造成配电及控制系统设备永久性损坏 严重 时还可能造成人员伤亡和重大安全生产事故 雷电已成为影响油气输送系统安 全运行的重大隐患 目前公司各油气站场采取的防雷措施均为防雷接地 避雷 针 避雷带 避雷器 多级浪涌保护器等相结合的方式 在预防直击雷方面具 有很强的防雷效果 但在预防雷电感应和接地网雷电反击方面存在一定的缺陷 一般油气输送系统的站场和阀室所处位置大部分均远离城市 绝大多数处 在开阔的原野和山区 容易招雷引雷 近年来 输油气站场和阀室因雷击造成 事故的事件时有发生 2010 年 5 月 4 日凌晨 由于管道上的一间阀室遭到雷击 抚宁榆关境内天 然气输送管道发生爆炸 烧毁多家农舍 秦市市区的供气受到严重影响 2011 年 6 月 23 日 15 点 38 分 西二线玛纳斯压气站压缩机厂房因雷电袭 击造成 3 压缩机组出口高高报警的停机事故 经现场调查 该次事故造成 室 外损毁设备 1 3 压缩机组室外靠近压缩机厂房的 3 个差压变送器表头 4 2 个摄像头 室内损毁设备 2 压缩机组 CO2 橇巡回板主卡 2 压缩机组干 气密封流量监控表计及其处于控制室信号屏中的信号采集器的接入通道 增压 橇的差压变送器表头及其处于控制室信号屏中的信号采集器的接入通道 2 个 摄像头 公司输油气管道站场是一种通用综合防雷的做法 其防雷接地系统在预防 雷电反击和感应雷方面存在的缺陷在我们公司各输油气管道站场中是普遍存在 的 因此 需尽快开展有针对性防雷 防静电等方面接地技术的研究工作 以 消除各输油气管道站场防雷 防静电等方面接地系统中存在的缺陷 进一步提 高防雷接地水平 改进站场安全具有重要意义 1 2 国内外防雷接地现状及发展趋势国内外防雷接地现状及发展趋势 人类对直击雷的防护源于两百多年前用于保护建筑物的富兰克林避雷针 现代防雷技术已不再只停留在对建筑物的保护上 更多地涉及到对弱电系统的 保护 现今微电子技术的应用已渗透到人类生活的各个领域 特别是卫星通信 移动通信到网络等各个领域 发展速度之快大大超出人们预料 这些系统用的 超大规模集成电路的线宽已小到 0 4um 以下 其工作电压只有几伏电压 无论 在雷击放电过程中产生的电磁脉冲 或是由带电雷云所产生的静电感应以及电 网开关的动作过电压等 都可能通过电子设备的连线感应出比其工作电压高得 多的电压 从而导致设备损坏 现代社会赖以运转的电力 石化 交通 通信 自动控制等 其信息管理 系统设备本身的抗干扰 抗雷电的能力极低 对电磁环境的要求很高 雷电作 为一种不可克服的自然现象 始终对人身和各种精密电气 电子设备构成威胁 所以随着电子信息设备的广泛应用 雷电的危害也日趋严重 雷击的后果不但 可使整个系统的运行中断 而且极可能使这种昂贵的设备损坏 造成巨大的经 济损失 5 据美国的保守估计 由于雷电冲击导致计算机网络失效或损坏 平均每年 约占计算机全部故障的 70 在德国的各种灾害造成的损害中 感应雷击造成 的损害高居榜首 占全部灾害损失的 33 8 随着人类社会的高速发展 对信 息网络的依赖程度将会越来越高 从我国现行的相关防雷接地设计来看 基本上没有严格按综合防雷接地的 技术措施设计 近十年来 国家气象局 建设部 铁道部 信产部 公安部 石化行业等 部门不断提高对雷电灾害的防范要求 极大地促进了防雷接地技术的研究和应 用行业的发展 现代防雷接地技术已经发展成为涉及电力 电子 气象 化工 地质 电磁学等多领域的综合性学科 和传统防雷接地技术相比 现代防雷接 地技术在理论和实践上都有相当大的突破 各行业只需结合自身特点 加强在 应用方面的技术研究工作 制定适用的综合防雷接地技术措施和标准 会起到 较好的防雷效果 综上所叙述雷电灾害的发生总是离不开直击雷 七十年代以来微电子技术 的广泛应用 又出现了一系列随之而来的新形式雷害 如感应雷 雷电过电压 侵入 雷电电磁脉冲辐射以及反击等 避雷针的保护作用显得不太够了 但是 将闪电放电电流用低阻抗导电通道疏导至大地 让地来容纳并耗散雷电能量的 基本原则没有改变 能否有新的思路 将雷电的下行先导能量在空中耗散 消散 使在局部 不产生直击雷 这种消雷 不让闪电产生或在保护区没有闪电一直是人们的理 想 从 70 年代以来欧美一些国家 包括中国 日本 韩国一直在为消除闪电 的危害而努力 七十年代美国有航天器遭受雷击损坏 促使人们开始了对消雷器的探索 于是美国的 闪电消除公司 LEA 推出了 消散阵系统 DAS 得到了航天 部门的广泛试用 英国的 Francis 原油输油泵棚接 地网在建筑物四周设环形接地网 垂直接地极采用热镀锌角钢 L50 5 2500 间距5米 水平接地极采用热镀锌扁钢 40 4 接地体埋深 0 8m以下 泵棚内所有金属及构架 保护钢管等均与接地装置相连接 符 合国家标准 建筑物防雷设计规范 GB50057 2010要求 4 3 原油成品油中间泵站清管及阀组区原油成品油中间泵站清管及阀组区 西靖原油成品油中间泵站清管及阀组区由成品油清管及阀组区 原油清管 及阀组区和预留原油清管及阀组区组成 原油 成品油清管及阀组区接地网设 25 有接地主干线和接地支线 垂直接地极采用接地模块 水平接地极采用加厚 热镀锌扁钢 接地体埋深 0 8m以下 整个阀组区组成联合接地 阀组区内 主要金属物 如设备 管道 构架等应与接地装置相连接 防止静电感应 符合国家标准 建筑物防雷设计规范 GB50057 2010要求 4 4 原油成品油中间泵站罐区原油成品油中间泵站罐区 罐区水平接地极采用热镀锌扁钢 40 4作接地干线 并与站内主网可靠连 接 罐体不少于两点与接地干线相连 接地体埋深 0 8m以下 符合国家标准 建筑物防雷设计规范 GB50057 2010要求 五 结合站场地网原设计与实测结果的分析五 结合站场地网原设计与实测结果的分析 5 1 西靖站接地电阻计算与实测数据对比西靖站接地电阻计算与实测数据对比 按实际检测接地站场接地地网的结果来看 站场接地系统的设计和施工 是严格按国家标准 GB50057 建筑物防雷设计规范 采用共用接地方式 进行的 因此 取得了良好的效果 西靖站西靖站接地电阻计算方法接地电阻计算方法 大于 10000m 称大型地网 水平接地体占主导 西靖站地网大于 18000m 按水平接地极为主边缘闭合的复合接地极 接地网 的接地电阻计算 DL 621 1997 Rn 1Re 26 式中 Rn 任意形状边缘闭合接地网的接地电阻 Re 等值 即等面积 等水平接地极总长度 方形接地网的接 地电阻 S 接地网的总面积 m2 d 水平接地极的直径或等效直径 m h 水平接地极的埋设深度 m L0 接地网的外缘边线总长度 m L 水平接地极的总长度 m 计计算算结结果果 0 181 0 181 表表 5 5 1 1 现场实测现场实测与与设计图计算的接地电阻设计图计算的接地电阻数数据据对对比比 现场实测的接地电阻按设计图计算的接地电阻 西靖原油成品油中间泵站接地装置 设计图 0 304 0 181 5 2 对接地系统材料的讨论对接地系统材料的讨论 5 2 1 站场接地地网设计中水平接地极和垂直接地极全部采用热 镀锌扁钢和 角钢 镀锌或铸锌的钢材具有很好的抗腐蚀能力 而且是阴极保护所必需的 它使防雷接地 电磁兼容 EMC 接地与阴极保护共用地网 但是 国内热 镀锌扁钢和角钢质量不稳定 镀的不好的钢件 在不到几年内就会被腐蚀 27 这与土壤的性质也有关系 有的 5 8 年就会非常严重 近年根据石油化工系 统市场需求而 出现的一种锌包钢接地极 其锌层厚度可做到 3 以上 保 证了地网的热稳定性和可靠性 对阴极保护特别重要 原有的热镀锌扁钢 和角钢的腐蚀可以从阴极保护效果变差反应出来 而对于 防雷接地 电磁兼 容 EMC 接地不会有明显的问题 除非热镀锌扁钢水平接地极被 腐蚀断了 5 2 2 变电所设联合接地装置提到 接地极选用电力专用型低电阻接地模块 ZGD I 3 如果如果变电所下面的地网全部用低电阻接地模块 ZGD I 3 当有大的工 频电流泄放入地时 可能烧坏低电阻接地模块 ZGD I 3 据查 低电阻接地模 块就是以石墨为主加其它非金属材料作的 它比金属材料的导电性差得多 也 就是说比金属材料的电阻大得多 当变电所出现意外断相 地线将有大电流 入地 石墨接地模块可能部分烧坏 四川电力有过案例 六 西靖原油成品油中间泵站防雷设计调研情况六 西靖原油成品油中间泵站防雷设计调研情况 6 1 直击雷防护直击雷防护 西靖原油成品油中间泵站直击雷防护是以高30m左右的灯杆上按装接闪避 雷针 覆盖部分场区 变电所站内场区设3 座30 米高独立避雷针组成防直击 雷系统 其余所有泵棚 泵站 罐区 建筑等以避雷带为主 例 6 1 1 110KV 变电所及配电楼变电所及配电楼 西靖输油站 110KV 变电所站内场区设 3 座 30 米高独立避雷针组成防直 击雷系统 110kV 架空线路设避雷线 3 座 30 米高独立避雷塔顶各安装一套 优化避雷针 按照国家标准 建筑物防雷设计规范 GB50057 2010 要求此避雷 28 针能保护变电所的安全 配电楼沿屋面四周设置避雷带 避雷采用 8镀锌圆钢 屋顶避雷带连接线 网格不大于10m 10m或12m 8m 此外 符合国家标准 GB50057建筑物防雷设 计规范 要求 6 1 2 综合值班室综合值班室 综合值班室屋面安装了避雷网 采用 8镀锌圆钢 整个屋顶组成不大于 24m 16m避雷带网格 避雷带固定在土建预埋的支持卡上 支持卡间距为 0 8m 支持卡子在拐角处必须设置 并在有防雷引下线的位置与柱筋可考相连 符合国家标准 建筑物防雷设计规范 GB50057 2010要求 附图3 6 1 3 原油成品油中间泵站泵棚原油成品油中间泵站泵棚 西靖原油成品油中间泵站泵棚由成品油输油泵棚 原油输油泵棚 预留输 油 泵棚和注油泵棚组成 其中成品油输油泵棚避雷带由钢屋架生产商统一制作 引下线利用钢筋混凝土构造柱主筋 引下至室外地坪1 8m处引出 并设置断接 卡 引下线离地面1 7m至0 3m处用角钢30 4保护 原油成品油泵棚安装了避 雷网 采用 10镀锌圆钢 固定间距水平1 0m 拐弯处0 5m并设支持架子 屋 顶避雷带连接线网格不大于10m 10m或12m 8m 符合国家标准 建筑物防雷 设计规范 GB50057 2010要求 附图4 29 6 2 感应雷防护系统感应雷防护系统 6 2 1 供电防护系统供电防护系统 1 变电所 110kV 变电站采用两回电源供电 两回110kV 电源均引自北滩110kV 变电 站扩建的2 个110kV间隔 110kV 进线及6kV 两段母线各设一组氧化锌避雷器 限制雷电过电压 6kV 真空断路器下口各设一组RSAD 型三相式过电压保护器 防止操作过电压 附图5 6 2 2 综合值班室综合值班室 综合值班室低压配电系统分别装设了第一级浪涌保护器 型号为 SD1100X3 SD1100 S UPS供电系统安装了第二级和第三级浪涌保护器 按照 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343 2012要求 进入建筑 物的交流供电线路 在线路的总配电箱等LPZOA 或LPZOB 与LPZ1 区交界处 应设置I类试验的浪涌保护器或II类试验的浪涌保护器作为第一级保护 在配电 线路分配电箱 电子设备机房配电箱等后续防护区交界处 可设置E 类或皿类 试验的浪涌保护器作为后级保护 特殊重要的电子信息设备电源端口可安装H 类或皿类试验的浪涌保护器作为精细保护 使用直流电源的信息设备 视其工 作电压要求 宜安装适配的直流 6 2 3 信号系统信号系统 工业电视监控系统主要分为站场区域内摄像机前端安装 室内设备安装 以及相关电缆敷设等 工业电视设备由 UPS电源供电 根据竣工图纸可以看 30 出 视频监控系统电源部分采用 LEODCIIDC20KA 2P避雷器 视频部分采用 LEO S BNC 75避雷器 控制部分采用 LEO S 422 DC12避雷器 符合 国家标 准 建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343 2012 5 5 3 安全防范系统的 防雷与接地的规定 6 2 4 等电位连接系统等电位连接系统 根据现场及竣工图纸可以得知 所有金属箱体的配电箱 入户钢管以及建 筑物基础钢筋等均通过 40 4热镀锌扁钢与等电位端子作可靠连接 控制室 通讯及自控机房 UPS间在防静电地板下0 6 80mm2的紫铜带制作金属网格 金 属网格间距不大于600mm 600mm 浴室 卫生间所有金属线都作了等电位连接 并就近与端子箱可靠连接 符合国家标准 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343 2012要求 七 存在问题七 存在问题 防雷是一个系统工程 它不仅要防直击雷可能出现的从 10 200kA 对人 畜 物有直接伤害的直接雷击 而且由直击雷的脉冲大电流泄放过程中 产 生的电磁场 对各种电子设备的电源线 信号线 天馈线 网络线耦 合产 生的感应雷更是 防不胜防 接地解决直接雷 感应雷泄放通道 接地电阻 作到到小于 1 欧姆就是现行的国内外防雷标准的最高要求 提高防雷水平 减少雷电灾害带来的损失 只能按综合防雷要求的 直击雷防护 感应雷防护 联合接地 等电位连接 电磁屏蔽 等措施进行精心设计 31 任何接闪装置引雷入地 都会有感应雷的结果 因此综合防雷的三个方面 直击雷防护 感应雷防护 联合接地等一个也不能少 采用综合防治 接闪 均压 屏蔽 接地 分流等多种技术手段 才能将雷害减少到最低限 度 通过对站场的调研 站场综合防雷设计基本上是成功的 特别是地网 不通过对站场的调研 站场综合防雷设计基本上是成功的 特别是地网 不 足的地方有两点 足的地方有两点 7 1 原直击雷设计的不足原直击雷设计的不足 7 1 1 直击雷防护的设计不足直击雷防护的设计不足 应当尽量少用避雷带 在避雷针没有覆盖的建筑上由建筑物上的避雷带接应当尽量少用避雷带 在避雷针没有覆盖的建筑上由建筑物上的避雷带接 闪是不妥的 闪是不妥的 因为 西靖原油成品油中间泵站直击雷防护是以高 30m 左右的灯 杆上按装接闪避雷针 覆盖部分场区 变电所站内场区设 3 座 30 米高独立避 雷针组成防直击雷系统 其余所有泵棚 泵站 罐区 建筑等以避雷带为主 我们根据总图 1 2 3 4 高杆灯为例 计算避雷针的保护半径 见图图 7 17 1 用中图法计算避雷针和天幕直击雷保护装置的保护半径用中图法计算避雷针和天幕直击雷保护装置的保护半径 避雷针高度 31m 被保护物高度 12 米 按二类防雷建筑滚球半径 45m 计算 保护半径为 13m 即使按三类防雷建筑滚球半径 60m 计算保护半径也只有 16m 显然 1 2 3 4 高杆灯避雷针对泵棚 泵站等区域的直击雷防护 的覆盖范围是有限的 从图图 7 27 2 中中小红圈就是避雷针的保护半径避雷针的保护半径 图图 7 17 1 用中图法计算避雷针用中图法计算避雷针 和天幕直击雷保护装置的保和天幕直击雷保护装置的保 32 护半径护半径 33 图图 7 27 2 小 大圆圈分别表示了避雷针和天幕直击雷小 大圆圈分别表示了避雷针和天幕直击雷 保护装置的保护半径 西靖 保护装置的保护半径 西靖 可以看出 可以看出 图中 两个小圆保护半径分别为 12 9m 好 16 5m 可以看出高杆灯避雷高杆灯避雷 针针 1 1 2 2 3 3 4 4 号对站场的泵棚 清管区综合楼等的直击雷防护不起任何作用 号对站场的泵棚 清管区综合楼等的直击雷防护不起任何作用 直击雷防护主要依靠直击雷防护主要依靠避雷带避雷带 从变电所站内场区设 3 座 30 米高独立避雷针组 成防直击雷系统 他们的保护半径高杆灯避雷针的保护半径是一样的 它们只 能保护像变电所那样的小场区 图中还给出了直击雷的改进方案 图中还给出了直击雷的改进方案 采用新型直击雷保护装置新型直击雷保护装置代替普通 避雷针 改进方案采用了改进方案采用了 天幕型直击雷保护装置 替代高杆灯上的普通避雷针 34 高杆灯天幕型直击雷保护装置高度同样为 31 5m 被保护物高度 12m 按 70 度计算 保护半径为 56m 4 个大园基本上覆盖了除 110kV 变电站外的主要场 区 在西靖和精河两个场站的综合防雷设计中将讨论到 天幕型直击雷保护装置 这里就不详细讨论了 图图 7 37 3 天幕型直击雷保护装置在高杆灯上安装示意图天幕型直击雷保护装置在高杆灯上安装示意图 7 1 2 避雷针避雷带接闪的缺点避雷针避雷带接闪的缺点 避雷带与避雷针在 建筑物防雷设计规范 中都是可以使用的接闪器 在 站场中应用的效果有较大的差别 避雷针接闪雷电流泄放点距离建筑物内或 站场上的电子电气设备距离较远 故雷电流在雷电流泄放入地过程中 产生的 感应场比较弱 地电位反击也较低 而建筑物上的避雷带的直击雷泄放点距离 电子 电气设备近得多 其感应雷较强 雷电流产生的地电位反击也会大得 多 建筑物上的避雷带面积很大 接闪概率比较高 感应雷次数也高 直击 天幕代替高杆灯上 的普通避雷针 doc 35 雷比如下图 成品油泵棚防雷接地平面图中示出 避雷带的接地引下线在 40m 18m 的泵棚上有 8 根 蓝圈 引下线 直击雷产生的条件是大气运动产生 大于 2000m 以上的带电荷的雷云 它可能随机的出现向地面移动的电子群 下 行先导 对避雷带 特别是避雷带上弯角 焊接点感应积累的电荷反放电 就 形成了对避雷带的闪电 泵棚上有 8 根引下线入地 见图 7 4 避雷带接闪的示 意图 设备靠近哪一根接闪引下线 它产生的感应雷就最强 地电位反击也最 大 避雷带引下 线共 8 个点 36 图图 7 47 4 避雷带接闪的示意图避雷带接闪的示意图 7 2 防感应雷的措施不够防感应雷的措施不够 这次调研中各站场只有玛纳斯压气站提供了雷击案例 我们分析了玛纳斯 压气站直击雷防护的设计 与西靖原油成品油中间泵站有相似之处 高杆灯避雷针高杆灯避雷针 1 1 2 2 3 3 4 4 号对站场的号对站场的玛纳斯压气站压缩机厂房玛纳斯压气站压缩机厂房等的直击等的直击 雷防护不起任何作用 直击雷防护主要依靠避雷带 雷防护不起任何作用 直击雷防护主要依靠避雷带 2011 年 6 月 23 日 15 点 38 分 西二线玛纳斯压气站压缩机厂房因雷电袭 击造成 3 压缩机组出口高高报警的停机事故 经现场调查 该次事故造成 室 外损毁设备 1 3 压缩机组室外靠近压缩机厂房的 3 个差压变送器表头 37 2 个 摄像头 室内损毁设备 2 压缩机组 CO2 橇巡回板主卡 2 压缩机组干 气密封流量监控表计及其处于控制室信号屏中的信号采集器的接入通道 增压 橇的差压变送器表头及其处于控制室信号屏中的信号采集器的接入通道 2 个 摄像头 从设备仪器的损坏情况来看 室外损毁设备 室外靠近压缩机厂房靠近压缩机厂房的差 压变送器表头 摄像头 室内损毁设备 巡回板主卡 流量监控表信号采集 器差压变送器表头信号采集器的接入通道 摄像头 这些设备的特点是都是用 了低工作电压集成电路 抗雷电过电压的能力很差 它们应当都是感应雷和地 电位反击损坏的 防感应雷防感应雷建筑物防雷设施包括对直击雷 侧击雷和感应雷的防护三大部分 直击雷是雷电击中建筑物的天面部分 侧击雷是指雷电击中建筑物的天面以下 部分 地面以上的部分 直击雷 侧击雷防护设施主要是保护建筑物本身不受 损害 以及减弱雷击时巨大的雷电流沿建筑物泄入大地时 对建筑物内部空间 产生的各种影响 感应雷则是当雷云发生自闪 云际闪 云地闪时 在进入建 筑物的各类金属管 线上产生的雷电脉冲 感应雷的防护设施是对这种雷电脉 冲起限制作用 从而保护建筑物内各类电器设备的安全 建筑物防雷设施如果缺少这三大部分直击雷 侧击雷和感应雷直击雷 侧击雷和感应雷的某一部分 就叫建筑物防雷能力先天不足建筑物防雷能力先天不足 必将留下永久性的雷击隐患永久性的雷击隐患 对建筑物内人员 生命和财产 尤其是通信 计算机 程控电话 电视 监控等使用集成电路的现 代化电子设备 安全构成严重威胁 国际电工委员会编制的标准 IEC1024 1 将建筑物的防雷装置分为外部防雷装置和内部防雷装置 外部防雷由接闪器 引下线和接地装置三部分组成 内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所 产生的电磁效应以及防止反击 接触电压 跨步电压等二次雷害 防外部防雷装置外 所有为达到此目 的所采用的设施 手段和措施均为内部防雷装置 它包括等电位连接 物 屏蔽设施 加装的避雷器以 及合理布线和良好接地等措施 38 7 2 1 直击雷直击雷 感应雷的设计不足感应雷的设计不足 直击雷防护和感应雷防护的设计不足造成感应雷对设备损坏明显 而解决 感应雷的问题首先是应当在可能的条件下做好直击雷防护的设计 在 5 1 15 1 1 中中 已经对西靖的直击雷防护在现有已经对西靖的直击雷防护在现有直击雷防护的设计基础上不允许做大的工程改 动情况下 采用新型天幕直击雷保护装置可以明显改善直击雷防护方案不好带 来的感应雷防护的困难 7 2 2 感应雷防护设计比较弱的例子感应雷防护设计比较弱的例子 例1 西靖综合值班室低压配电系统低压母线I段供电系统中除了UPS供电 系统分别装设了第一级浪涌保护器 型号为 SD1100X3 SD1100 S 第二级 和第三级浪涌保护器外 但是 在低压母线I段的第一级浪涌保护器外以下 成品油注油泵棚动力箱 罐区动力箱 原油输油泵棚电动阀配电箱 成品油清 管阀组区动力箱1FZD 原油清管阀组区动力箱 所用电柜电源1 成品油注油 泵 消防泵电源1XFZ 办公楼配电箱JX1 办公楼配电箱JX4 原油加热炉1 电 源 成品油输油泵棚1 成品油输油泵棚2 油控UPS用电 备用等电源出线 端都未安装第二级浪涌保护器 在低压母线II段 包括 场区照明 生活污水处理区 污水处理装置 消 防泵房照明箱 成品油清管阀组区3FZD箱 变频间AP1箱 场区分析撬采样泵 原油注油泵等电源出线端未安装第二级浪涌保护器 因此 按照 建筑物电子 信息系统防雷技术规范 GB50343 2012要求应设置第二级浪涌保护器 例2 卫星电视接收系统 卫星电视接收系统天线上的高频头变频后输出的信号频率为950 2050MHz 39 通过比较长的同轴电缆经放大功分到11个用户的接收机 同轴电缆超过10m都 可能遭受感应雷击 故在高频头 放大器 接收机按装馈线避雷器 高频头和 接收机的供电电源也要有相应的SPD防护 按照 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343 2012要求 进入建筑 物的交流供电线路 在线路的总配电箱等LPZOA 或LPZOB 与LPZ1 区交界处 应设置I 类试验的浪涌保护器或II类试验的浪涌保护器作为第一级保护 在配 电线路分配电箱 电子设备机房配电箱等后续防护区交界处 可设置II 类或 皿类试验的浪涌保护器作为后级保护 特殊重要的电子信息设备电源端口可安 装II 类或皿类试验的浪涌保护器作为精细保护 八 站场防雷接地的解决方案八 站场防雷接地的解决方案 8 1 直击雷防护直击雷防护 8 1 1 直击雷的一般防护 直击雷的一般防护 见图见图 8 18 1 西靖站场直击雷防护图 西靖站场直击雷防护图 图图 8 28 2 用作图法计算西靖站场直击雷防护的保护半径用作图法计算西靖站场直击雷防护的保护半径 40 图图 8 18 1 西靖站场直击雷防护图西靖站场直击雷防护图 图图 8 28 2 用作图法计算西靖站场用作图法计算西靖站场 直击雷防护的保护半径直击雷防护的保护半径 41 西靖原油成品油中间泵站直击雷防护是以高 30m 左右的灯杆上按装接闪避 雷针 覆盖部分场区 变电所站内场区设 3 座 30 米高独立避雷针组成防直击 雷系统 其余所有泵棚 泵站 罐区 建筑等以避雷带为主 我们根据总图 1 2 3 4 高杆灯为例 计算避雷针的保护半径 避雷针高度 31m 被保护物高度 12 米 按二类防雷建筑滚球半径 45m 计算 保护半径为 13m 即使按三类防雷建筑滚球半径 60m 计算保护半径也只有 16m16m 显然 1 2 3 4 高杆灯避雷针对泵棚 泵站等区域的直击雷防护 不起任何作用 直击雷接闪主要依靠避雷带 8 1 2 直击雷的特别防护直击雷的特别防护 对直击雷防护采用新技术 它将大幅度减少现用的直击雷接闪器 避雷针 避雷带 避雷网等接闪器 大电流入地产生的强感应雷击和较强的感应雷击 采用一种新型直击雷的防护装置 天幕型直击雷保护装置 能够有效 的防护直击雷 这种装置主要通过中和雷云的下行先导 避免直击雷的产生 相应的也大大减少了感应雷的次数 其保护半径可按 70 计算 原理简述 原理简述 随着雷云中的下行先导 下行电荷 对地静电感应作用 在金属电极和大 电流开关上下部聚集符号相反的电荷 当金属电极对地电压达 7000V 左右 大流开关导通 42 通过接地从地面向金属电极装载与下行先导符号相反的电荷 当电场强度达到 8 5Kv cm 左 右 金属电极上的电荷向上反放电 上行先导 与下行先导中和 破坏了向地面产生闪电的 条件 使直击雷大幅度减少 也相应的减少了感应雷的次数 特别说明 产品是继意大利 xx 公司之后 由第二炮兵装备研究院和成都东方瀚易科 技发展有限公司研制生产类似原理的产品 详见附件附件 1 1 从图 8 1 西靖站场直击雷防护图 图 8 2 用作图法计算西靖站场直击 雷防护的保护半径可以看出 架设高度相同的灯杆避雷针与天幕方案灯杆避雷针与天幕方案保护保护半径的对比 A 同样高度的避雷针和天幕针相比 天幕的保护半径大得多 B 避雷针对站场基本没有覆盖 接闪靠避雷带 表表 8 1 灯杆避雷针与天幕方案灯杆避雷针与天幕方案保护保护半径的对比 被保护物高度保护半径注 高杆灯避雷针高度31 5m12m16 5m按滚球半径60m计算 高杆灯天幕针高度31 5m12m56m按天幕原理 保护角按70 计 算 8 1 3 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 用天幕直击雷保护装置用天幕直击雷保护装置 HYPD 替代替代 1 1 2 2 3 3 4 4 高杆灯避雷针 高杆灯避雷针 覆盖站场区的主要设备 覆盖站场区的主要设备 见图见图 6 6 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 站场区天幕覆盖以外的站场区天幕覆盖以外的 110KV 变电站的变电站的 3 座避雷针塔 建议用天幕座避雷针塔 建议用天幕 HYPD 替代 替代 见效果照片图 见效果照片图 摄像机的直击雷保护摄像机的直击雷保护 站场区天幕覆盖以外的站场区天幕覆盖以外的 2 3 摄像机杆的直击雷防护应加天幕 HYPD 43 见见 图图 7 7 西靖站场摄像机的直击雷防护图 西靖站场摄像机的直击雷防护图 在灯杆上架设天幕在灯杆上架设天幕 HYPD 方案后保护保护半径方案后保护保护半径 56m 已覆盖了大 已覆盖了大 部分监视摄像机 仅部分监视摄像机 仅 2 3 监视器未能覆盖 故在监视器未能覆盖 故在 6m 监视杆上加装监视杆上加装 1 5m 天幕天幕 型 型 HYPD 被保护物高度被保护物高度 3m 按 按 70 度计算 保护半径为度计算 保护半径为 11m 8 1 4 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 高杆灯保留 避雷针高度高杆灯保留 避雷针高度 31 5m 被保护物高度 被保护物高度 12m 若按二类建筑若按二类建筑 物滚球半径物滚球半径 45m 保护半径为保护半径为 12 9m 若按三类建筑物滚球半径若按三类建筑物滚球半径 60m 保护半径为保护半径为 16 5m 图中 两个小圆保护 保护范围蓝色圆 半径分别为图中 两个小圆保护 保护范围蓝色圆 半径分别为 12 9m 好好 6 5m 可以可以 看出高杆灯避雷针看出高杆灯避雷针 1 2 3 4 号对站场的泵棚 清管区综合楼等的直击雷防号对站场的泵棚 清管区综合楼等的直击雷防 护不起任何作用 其余无接闪避雷针保护的设施用天幕保护 护不起任何作用 其余无接闪避雷针保护的设施用天幕保护 天幕型直击雷保护装置安装在泵棚屋檐上高度天幕型直击雷保护装置安装在泵棚屋檐上高度 6m 总高总高 13m 被保护被保护 物高度物高度 7m 屋檐屋檐 按 按 70 度计算 保护半径为度计算 保护半径为 18m 6 个天幕基本上覆盖了成个天幕基本上覆盖了成 品油 原油输油泵棚场区 品油 原油输油泵棚场区 区 区 保护范围红色圆 保护范围红色圆 天幕型直击雷保护装置天幕型直击雷保护装置 3 台 安装在成品油 原油输油清管阀组区台 安装在成品油 原油输油清管阀组区 区 区 保护范围红色圆 保护范围红色圆 见见图图 8 8 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 综合值班室屋顶安装综合值班室屋顶安装 6 5m 天幕天幕 HYPD 见效果照片图 见效果照片图 110KV 变电站的变电站的 3 个塔接闪避雷针用天幕代替 个塔接闪避雷针用天幕代替 44 摄像机的直击雷保护摄像机的直击雷保护 图图 1010 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 西靖 中的摄像机直击雷保护 西靖 中的摄像机直击雷保护 架设天幕架设天幕 HYPD 方案保护后 已覆盖了大部分监视摄像机 仅方案保护后 已覆盖了大部分监视摄像机 仅 1 2 3 监视器未能覆盖 故在监视器未能覆盖 故在 6m 监视杆上加装监视杆上加装 1 5m 天幕天幕 型 型 HYPD 被保护物高度被保护物高度 3m 按 按 70 度计算 保护半径为度计算 保护半径为 11m 45 图图 8 38 3 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 西靖 西靖 46 图图 8 48 4 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 精河 玛拉斯 精河 玛拉斯 47 图图 8 58 5 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 西靖 中的摄像机直击雷保护 西靖 中的摄像机直击雷保护 48 图图 11 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 安装效果图 西靖 安装效果图 西靖 图图 8 6 站场区直击雷的特别防护方案站场区直击雷的特别防护方案 安装效果图 精河 安装效果图 精河 8 2 感应雷防护原则感应雷防护原则 站场由 110KV 经变电站供电 由三座高塔接闪避雷针接闪将引入较强感 应雷击 威胁变电站的电气和弱电系统 直击雷保护范围以外 电源线仍然可 能遭直击雷击 或雷云之间放电产生的感应雷击 因此 应当基站设备端口的 电源线 天馈线 信号线加装相应避雷器 49 8 2 1 电源设备端口雷电过电压的防护 电源设备端口雷电过电压的防护 在 110V 高压变压器前端安装高压电源避雷器 变压为市电以后应安装高 能 10 s 350 s 波形 电源避雷器 电源进入站场各个单体单体的输电线距离超 过 50m 时 单体内的供电系统的感应雷防护 应按照三级防护设计 如果级 间距离小于 50m 可按两级保护设计 在单体内 无论是三级或两级保护其间 距小于 10m 时 级间应加装退耦电感 注 原单体电源防雷设计中基本按上 述标准设计 例如 有的单体未按三级或二级设计 如西靖综合值班室低压配 电系统低压母线 I 段供电系统中除了 UPS 供电系统分别装设了第一级浪涌保护 器 型号为 SD1100X3 SD1100 S 第二级和第三级浪涌保护器外 但是 在低压母线 I 段的第一级浪涌保护器外以下 成品油注油泵棚动力箱 罐区动 力箱 原油输油泵棚电动阀配电箱 成品油清管阀组区动力箱 1FZD 原油清管 阀组区动力箱 所用电柜电源 1 成品油注油泵 消防泵电源 1XFZ 办公楼配 电箱 JX1 办公楼配电箱 JX4 原油加热炉 1 电源 成品油输油泵棚 1 成品 油输油泵棚 2 油控 UPS 用电 备用等电源出线端都未安装第二级浪涌保护器 由于近年生产的电子设备电源端口大多配有避雷器作为第三级保护 故在防雷工程中应考虑在内 8 2 2 场站设备的射频端口感应雷防护 场站设备的射频端口感应雷防护 场站的通信天馈线端口应加装天馈避雷器 应按通信设备的工作频率 最 大输出功率 相应的射频联接头 选择防雷产品 50 8 2 3 场站工业电视系统感应雷防护场站工业电视系统感应雷防护 场站工业电视系统感应雷防护应包括视频避雷器 控制信号避雷器 电源 避雷器 通常由设备厂家配置 在设备的机柜中 感应雷防护感应雷防护的设计中 防雷设计师在产品设计选型上应当了解设备对雷电的设计中 防雷设计师在产品设计选型上应当了解设备对雷电 的承受力 以此作为选择避雷器产品指标的依据的承受力 以此作为选择避雷器产品指标的依据 九 带屏蔽房的线路截断阀室防雷接地的研究九 带屏蔽房的线路截断阀室防雷接地的研究 线路截断阀室场区 如图 11 所示 场区通常是以玻璃幕墙 铝合金窗 钢筋混凝土构成格栅形大空间屏蔽体 构成了以下的建筑防雷分区 阀室阀室按 二类防雷建筑物考虑 钢筋混凝土外部 为防雷分区的 LPZ0区 其中处于接闪 器保护范围以外的为 LPZ0A区 处于 图图 8 7 线路截断阀室场区线路截断阀室场区 接闪器保护范围以内的为 LPZ0B区 玻璃幕墙 铝合金窗 钢钢筋混凝土外部 为防雷分区的 LPZ0区 其中处于接闪器保护范围以外的为 LPZ0A区 处于接 闪器保护范围以内的为 LPZ0B区 玻璃幕墙 铝合金窗 钢筋混凝土构成格栅 形大空间屏蔽体内部为防雷分区的 LPZ1区 可根据规范 GB50057 2010 和 GB T 19271 2 2005 估算栅形大空间屏蔽体 X 点接闪后的分流系数 计算建筑物内部空间的磁场强度 51 9 1 栅形大空间屏蔽体栅形大空间屏蔽体 X 点接闪后的分流系数点接闪后的分流系数 栅形大空间屏蔽体 x 点接闪后的分流系数分流系数kc 的计算 图图 9 1分分流流系数系数k c 线路截断阀室线路截断阀室接闪后的分流系数接闪后的分流系数k kc c计算 计算 K Kc c 1 1 2 2n n 0 0 1 1 0 0 2 2 线路截断阀室为单层建筑 单层建筑 N 为建筑物周边和内部引下线的根数且不少于4 根 阀室设为 4 cs cd阀室某引下线顶雷击点至两侧最近引下线之间的距离 c设为 5 h 1 连接引下线各环形导体或楼层地面金属体之间的距离设为 4 计算值 分流系数分流系数K Kc c 0 0 4 44 41 1 注 1 h 1 h m 为连接引下线各环形导体或各层地面金属体之间的距离 cs cd 为某引下 线顶雷击点至两侧最近引下线之间的距离 计算式中的c 取这二者之小者 n为建筑物周边和内部引 下线的根数且不少于4 根 c和h1值适用于3m至20m 2 本图适用于单层至高层建筑物 单层至高层建筑物 接闪点 h h1 c 3 52 可见 可见 阀室接闪点雷电流被分流后 接闪点直接泄流接闪点雷电流被分流后 接闪点直接泄流 0 44 0 44 9 2 直接雷击时阀室内部磁场强度的估算直接雷击时阀室内部磁场强度的估算 阀室阀室遭受直接雷击时 根据雷电流在引下线中的分流情况 可计算出在不 同楼层高度流经每条引下线的最大电流强度 并估算出引下线附近在建筑物内 部的最大磁场强度 磁场强度公式 10wr ki dd H HW A m 式中 r d 被考虑的点距 LPZ1 区屏蔽顶的最短距离 w d 被考虑的点距 LPZ1 区屏蔽壁的最短距离 kH 形状系数 1 m 取k H 0 01 1 m W LPZ1 区格栅形屏蔽的网格宽 以机房为例 机房屏蔽网格所需的屏蔽系数 SF 可用下式估算 2 1 lg20 H H SF 1 H LPZ1 区内的磁场强度 即建筑物内部某点磁场强度 2 H LPZ2 区内的磁场强度 即加装屏蔽网格内部上限值为 800A m 这 里取 800A m 进行估算 依据 GB50057 94 和 GB T 19271 2 2005 计算所需的屏蔽系数 SF 及相应 的屏蔽网格宽度 W 当选用的屏蔽网格材料为钢时 估算公式如下 62 SF20 lg8 5 W 118 10 r W 格栅形屏蔽的网格宽 m 53 r 格栅形屏蔽网格导体的半径 m 当选用的屏蔽网格材料为铜或者铝时 估算公式为 SF20 lg 8 5 W W 格栅形屏蔽的网格宽 m 安全距离的估算采用如下公式 s 1 W SF d 10 A 首次雷击时 雷电流强度远大于后续雷击时的雷电流强度 因此 估算均 讨论首次雷击的情形 考虑最恶劣的情况 并兼顾实用性 根据被考虑点距离引下线的不同距离 0 2m 0 5m 1m 1 5m 2m 选取 4 个典型雷电流强度进行计算 要求机房内磁场干扰强度不大于 800A m 因此 如果处于建筑物内部的机 房离引下线距离太近 其内部的磁场强度超过 800A m 时 需在机房四周加装 六面体金属屏蔽网格 使机房内部形成防雷分区的 LPZ2 区 加装的屏蔽网格 必须使机房内部的磁场强度满足低于 800A m 的要求 并且在尽可能的条件下 越低越好 在实际设计机房时 对机房内磁场干扰强度不大于 800A m 的高要求 一 定要根据机房电子 电气设备来确定 9 3 邻近雷击时阀室内部磁场强度的估算邻近雷击时阀室内部磁场强度的估算 邻近雷击情况下 入射磁场可近似看作一个平面波 LPZ0B区入射磁场强度 H0可按下列公式估算 54 00 H 2 a iS A m 0 i 雷电流强度 A a S 雷击点至所考虑的被屏蔽空间的水平距离 m 雷击所致的磁场强度最大值由首次雷击产生 因此雷电流选择 i0 182 9kA 下表中分别列出了雷击点与建筑物距离为 100m 200m 500m 1000m 1500m 1800m 2000m 3000m 时 建筑物处无衰 减的磁场强度 H0 表表 9 29 2 不同雷击点在建筑物处产生的无衰减磁场强度不同雷击点在建筑物处产生的无衰减磁场强度 雷击点距离 m 雷电流强度 kA H0 A m 100182 9291 1 200182 9145 5 500182 958 2 1000182 929 1 1500182 919 4 1800182 916 2 2000182 914 6 3000182 99 7 从上表可知 邻近雷击时建筑物处无衰减磁场强度 H0均小于 800 A m 经过钢筋混凝土屏蔽衰减后 阀室阀室建筑物内部磁场强度对于其机房设备的影响建筑物内部磁场强度对于其机房设备的影响 可以忽略 因此邻近雷击在建筑物内引起的磁场强度可以不予考虑 可以忽略 因此邻近雷击在建筑物内引起的磁场强度可以不予考虑 从从 9 1 9 39 1 9 3 的研究可以认为的研究可以认为