天然气调压站全方位防雷体系研究

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1、深圳能源天然气调压站全方位防雷体系研究深圳能源2014年专项研究课题天然气调压站全方位防雷体系研究2014年12月课题组成员课题研究单位：惠州深能源丰达电力有限公司课题牵头人： 赖粤江 董事长参加人员： 孙育 安健环主任 丁波 策划主任工程师张学霖 电气主任工程师袁仕成 热控主管工程师摘要广东大部分地区属于强雷区，这一地区的天然气调压站因此均面临较大的雷击风险。根据广东地区类似管道工程的防雷情况可以看出，单一的、传统的防雷设置方法保护功能不完善，有较大缺陷，导致频繁的雷击事故，给天然气调压站运行带来高风险。探讨了天然气调压站各层次、各系统的防雷措施之间应如何有效配合，形成全方位的防雷保护。天然

2、气调压站防雷的主要思路应是全方位防雷。关键词：天然气 调压站 全方位 防雷21目 录前言4第一章 雷电的形成和分类 5 1.1 雷电的形成5 1.2 雷击的分类 5 第二章 防雷目的和雷击隐患分析 6 2.1 防雷目的62.2 电源线路引入雷电62.3 信号线路引入雷电72.4 空间电磁场侵入7第三章 天然气调压站全方位防雷 73.1天然气调压站防雷的必要性和丰达电厂“8.16”事件73.1.1天然气调压站防雷的必要性73.1.2丰达电厂“8.16”事件73.2天然气调压站全方位防雷83.3 天然气调压站防雷措施103.3.1 天然气调压站接地体103.3.2 避雷针113.3.3电源防雷12

3、3.3.4二次设备防雷123.3.5控制室防雷143.3.6电缆的敷设和屏蔽143.3.7天然气调压站管道等设备防雷15第四章 存在问题分析及改进方法154.1天然气调压站防雷存在的问题154.2全方位防雷改进方法164.2.1信息系统的电磁屏蔽174.2.2避雷针的设置174.2.3施工时接地可靠174.2.4跨接和等电位联结184.3丰达电厂防雷改造措施18第五章 结语 19参考文献20前言深圳能源集团公司所辖的天然气调压站多数都处在广东沿海区域，所在的区域地势较为空旷、或是临近山地，地质情况变化大，气候条件较为复杂。广东沿海地区年均雷暴日在40 天以上，大部分地区年均雷暴日在80 天以上

4、，属强雷区。随着工业技术的发展，天然气厂站自动化控制设备应用越来越广泛，集中使用了大量的灵敏电子信息系统设备，由于自动化控制等系统设备耐过电流、耐过电压的水平较低，正常生产时较易受到雷击的影响，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频频发生。据统计，雷电对电子设备的损坏，占设备损坏因素的比例高达31%，防雷电过电压已成为具有时代特点的一项迫切要求。如果防护不当，轻则使设备工作失灵，重则造成设备永久性损坏和机组跳闸，严重时还可能造成连锁生产事故，甚至导致人员伤亡。因此，天然气生产场站必须高度重视防雷。本课题研究得到了武汉大学、武汉雷电防护设备质量监督检验中心

5、、惠州市防雷研究所、大鹏天然气公司的大力支持和帮助，在课题研究过程中，集团安委办、樟洋电厂、洪湾电厂、惠州城市燃气的同事给予了宝贵意见，在此一并表示感谢。本课题只针对天然气调压站设施设备方面防雷的研究，时间仓促，难免有不完善之处，请赐宝贵意见。第一章 雷电的形成和分类1.1 雷电的形成当天空中有雷雨云的时候，因雷雨云带有大量的电荷，由于静电感应的作用，雷雨云下方的地面和地面上的物体都带上了与雷雨云相反的电荷，当雷雨云与地面之间的电压高到一定的时候，雷雨云与地面上突出的物体之间就会出现放电。 1.2 雷击的分类（1）直击雷：是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，因电效应、热效应和机械力效

6、应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。（2）感应雷：是指雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。雷电在雷云之间或雷云对地的放电时，会在附近的电源线路、信号线路、埋地管道、设备间连接线和铁路钢轨等导体上产生静电和电磁感应过电压，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。直击雷只在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标，而一次雷闪击都可以在较大的范围内多个小局部同时产生感应雷过电压，并且这种感应高压可以通过电力线、电话线、天馈线等传输到很远，致使雷害范围扩大。（3）电

7、磁脉冲：由于雷电电流有极大峰值和陡度，因此在它的通道周围会出现很强的瞬变电磁场，处在这个瞬变电磁场中的导体就会感应出较大的电动势，而此瞬变电磁场，都会在空间一定的范围内产生电磁作用，也可以是脉冲电磁波辐射，而这种空间雷电电磁脉冲波（LEMP）是在三维空间范围里对一切电子设备发生作用。因瞬变时间极短或感应的电压很高，以致产生电火花，其电磁脉冲往往超过2.4高斯。（4）地电位反击：建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等）遭受直接雷击，在接地电阻的两端就会产生危险的过电压，由设备的接地线、建筑物或附近的其他建筑物的外部防雷系统或其他自然接闪物（各种管道、电缆屏蔽管等）引入设备，造成设备的损坏。（5

8、）操作瞬间过电压：众所周知，当电流在导体上流动时，会产生磁场，储存能量，电流越大，导线越长，储能越大，所以当大型负载（特别是电感性负载）电气设备开关时，便会产生瞬时操作过电压。第二章 防雷目的和雷击隐患分析燃用天然气的发电厂，天然气调压系统安全稳定运行是保证机组安全的前提，如天然气调压站防雷系统不完善，如遭受雷击时，轻则使设备工作失灵，重则造成设备永久性损坏和机组跳闸，严重时还可能造成连锁生产事故，甚至导致人员伤亡。对于天然气调压站，防雷具有相同意义。2.1 防雷目的防雷的主要目的表现在以下几个方面：防止雷电直接击在建筑物上，产生高电位的电效应、热效应和机械效应危害；防止雷电以金属导线或金属管

9、道为通道，以雷电波的形式侵入建筑物内，危害室内人身安全和毁坏设备；防止因雷雨云闪电时，强大的脉冲电流使云中电荷与地面中和，从而引起静电场的强烈变化，导致附近导体上感应出与先导通道符号相反的电荷产生的高电位对电子设备和易燃易爆场所的危害；防止雷电的电磁场感应危害。当雷电流在50100us的时间内，从0安培变化到几十万安培，再由几十万安培变化到0安培，在其周围空间中产生瞬变的强电磁场，在空间变化电磁感应电动势会对该处设备造成危害；同时闪电能辐射出频率为几赫的极低频率直到几千兆赫的特高频率，其中510kHz的电磁辐射强度最大。当被保护物距离雷电较近时，主要受静电感应影响，距离雷电较远时，主要受电磁辐

10、射的影响，轻则干扰信号线、天线等无线电通讯，重则损坏仪器设备或引起易燃易爆场所产生火花，发生爆炸。2.2电源线路引入雷电天然气调压站电源控制系统和配电系统电源一般来自厂用电系统，厂用电来自高压线路降压或市电。当高压线路受雷电影响时，电源中会有感应的过电压，同样市电也有受雷电侵入的风险。2.3信号线路引入雷电 主要包括通信信号线、视频线等，这些信号线缆在室外电缆沟槽或者非屏蔽埋地布设引至监控室，发生雷击时线缆极易感应过电压，并沿这些线路入侵监控系统等设备，造成其损坏，影响正常工作。其中包括天然气调压站设备信号线、控制线及站场控制间与汽机房中央控制室的通讯线。2.4空间电磁场侵入现代数字化监控系统

11、的设备，对雷电极为敏感。即使几公里以外的高空雷闪或对地雷闪击有可能导致这些网络系统的薄弱环节计算机 CPU 控制中心误动或损坏，根据国外资料介绍 0.03 高斯的磁场强度可造成计算机误动，2.4高斯即可使元件击穿，造成永久损坏。第三章 天然气调压站全方位防雷3.1 天然气调压站防雷的必要性和丰达电厂“8.16”事件3.1.1天然气调压站防雷的必要性广东大部分地区属于丘陵地带，位于强雷区，年雷暴日大于80d，这一地区的天然气调压站因此均面临较大的雷击风险。根据广东地区类似管道工程的防雷情况可以看出，单一的、传统的防雷设置方法保护功能不完善，有较大缺陷，导致频繁的雷击事故，给天然气调压站运行带来高