某天然氣輸氣站場雷擊事故分析及整改措施


某天然氣輸氣站2005年7月2日發生雷擊，雷擊后值班室9路信號SPD均被損壞、電腦顯示器損壞、站場內值班室后的生活區電視機被損壞。

為更有效地減少輸氣站場的雷擊事故，在對該站進行防雷改造前，對發生的事故進行詳盡的分析，找出存在的問題，探討改進方法，是十分必要的。但由于該輸氣站的雷擊發生已近一年，只能根據現有檢測數據和工作人員的描述進行分析，并提出整改措施。

一． 現場檢測情況

該輸氣站位于四川省自貢市貢井區，背面臨山（旱地），面朝山坳（水田），通風良好，屬于易落雷區；當地雷暴日為43.8天/年，處于高雷區。站內工藝區面積為21.0m×18.0m，另有值班、配電室等生產和生活用房一棟。工藝裝置室外露天安裝。站內現有防雷設施如下：

1、 防直擊雷設施

l 站內有避雷針2根，高度均為25.0m，兩針相距為33m，實測接地電阻分別為4.0Ω、4.7Ω；

l 值班室屋面避雷帶，已失修銹斷，實測接地電阻2.5Ω；值班室屋面上加裝的頂棚金屬支架未與建筑物的引下線或避雷帶連接。

2、 防雷電感應設施

2.1供電部分

l 供電線纜埋地進入配電室；采用TN-C制。配電室內的總配電柜至值班室配電箱距離約為5m；

l 供電系統防護情況：配電室內安裝有一組LAN-C（40KA）三相電源SPD，配電室內墻上四個分配電箱各裝有ZGG560/20（20KA）單相或三相電源SPD，值班室UPS單相電源輸入端安裝一組OBO品牌型號為V20-C的（20KA）單相電源SPD。第一、二、三級SPD接地線為6 mm2銅芯線。

l 電源避雷器安裝存在較嚴重質量問題：有一組三相電源SPD未接線、有一組三相電源SPD未接地線、還有電源SPD接線松動等。

l 實測配電室接地電阻為8.0Ω。

2.2 信號部分

l 工藝裝置區至值班室的距離約為20m；值班室安裝有9路組合式信號SPD，接地線截面積為約4mm2，實測接地電阻為5.6Ω。工藝裝置區變送器未安裝相應的信號SPD；

l 值班室視頻信號線、控制信號線未安裝相應的信號SPD；

l 一路電話信號線未安裝相應的信號SPD；

3、 接地系統

從各測試點接地電阻值偏離程度看，站內似有工藝裝置區、值班室、配電室、避雷針等多個獨立地網，但其距離不能滿足獨立地網要求，因此存在地電位反擊的危險；

4、 綜合布線

入室電話線及有線電視信號線架空布設，且將其固定在屋頂避雷帶上，增大了雷電侵入的概率和強度。

5、 屏蔽

站內部分設備的屏蔽措施有一定缺陷，埋地進入值班室的信號線存在屏蔽層未接地的情況。

6、 等電位連接

機房無等電位接地端子或等電位接地排，也未按規范作好等電位連接。

二、 隱患分析

從現場情況看，該站在防雷、防靜電方面存在的防雷隱患較多，歸納如下：

1. 防直擊雷

l 值班室屋面的避雷帶已斷，削弱了防直擊雷作用。

l 屋面新增金屬棚架是值班室的最高點，但沒有與避雷帶或引下線連接，不能有效地起到防直擊雷作用。

2．供電系統引入雷擊電磁脈沖

2.1 已裝的電源SPD存在較嚴重的安裝質量問題

由電源線引入的雷電流雖經三級電源SPD保護，但由于安裝質量問題，仍可能發生雷擊事故。主要表現在：

l 普遍存在電源SPD的接地線偏小。第一、二、三級SPD接地線徑偏小，造成接地線感抗增加。雷擊時會導致電源SPD接地端與匯流排間電位差增大。

l 電源SPD安裝不符合規范要求。配電室墻上的配電箱內已安裝電源SPD，表面上看接地線已連接到接地端子，但接地端子并沒有外引接地線到地網。還有的電源SPD的接線已松脫。

2.2 所選擇電源SPD技術參數問題

該輸氣站供電系統現采用了三級電源SPD進行防護：

現場勘察第一級電源SPD標稱放電電流為40KA，第二級電源SPD標稱放電電流為20KA，第三級電源SPD標稱放電電流為20KA。


根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50343-2004）的第5.4.1第7條的規定，第一級SPD和第二級SPD的標稱放電電流小于規范的要求。

2.3 多級電源SP D設計配合問題

根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50343-2004），兩級SPD 間必須有一定的線距長度，以保證雷電高電壓脈沖沿電源線路侵入時各級SPD 都能分級啟動泄流，避免多級SPD間出現盲點。同時規定，末級電源 SPD的保護水平必須低于被保護設備對浪涌電壓的耐受能力。

現場可見該輸氣站的第一級電源SPD與第二級電源SPD之間的距離無法滿足10m的線距要求，雷擊時可能出現某級SPD不動作的情況。

2.4 電源SPD配合問題

三種不同品牌電源SPD的響應時間和殘壓等參數的相互配合存在不確定因素，有可能帶來防雷隱患。

2.5 直流電源系統引入的雷擊電磁脈沖

值班室控制機柜內的SIMENS直流24V電源輸出端未安裝相應的直流電源SPD，當雷電流或雷擊電磁脈沖侵入低壓電源系統后，由于電源SPD必然還有殘壓，此殘壓經直流電源處理后仍然會有一個脈沖傳入后級（視具體品牌而定），該脈沖傳入連接信號模塊的信號線路后，可以使信號模塊所接信號SPD動作，嚴重時可能燒壞信號SPD，甚至損壞信號模塊。

3、信號線路引入雷擊電磁脈沖

工藝裝置區變送器的信號線路未加裝相應信號SPD。

4、綜合布線帶來的隱患

現場的有線電視電纜和電話線未穿金屬管屏蔽，由高約7m長距離架空引入，未安裝相應信號SPD，且直接固定在避雷帶上，這種處置方式導致多條雷擊電磁脈沖和雷電感應引入途徑，形成很大的防雷隱患。

5、接地系統

現場場地不能滿足獨立地網的條件，但根據現場檢測情況分析，站場內未采取聯合地網。當任何一部分發生雷擊經其中一個地網散流時的地電位抬升，可能造成該地網與其它地網之間危險的電位差，例如：當雷擊頂棚或避雷帶并通過引下線泄流時,由于接地電阻不等于零，在此就會產生地電位抬升，而其它地網仍然是零電位，如某信號模塊正好是與二者都有聯系，模塊上就會產生很高的電位差，信號SPD就會動作甚至燒毀，嚴重時會損壞信號模塊。

6、 等電位連接

該輸氣站值班室內無等電位接地環，且防靜電地板的金屬支架未與地網連接，未構成等電位連接。可能存在的隱患：雷擊時，值班室內各設備之間可能出現電位差，危及設備安全；

防靜電地板沒有接地，不能有效地起到防靜電作用。

7、屏蔽措施

當工藝裝置區附近發生雷擊時，會在信號線路上感應較強的雷擊電磁脈沖，由于存在有信號線屏蔽層在值班室機柜處未作接地處理，該脈沖可以沿信號線幾乎無衰減地傳入值班室設備。

三、事故分析結論

3.1 值班室信號SPD的損壞原因

當雷電流小于10.1kA（當hr=45）時，避雷針不能起到有效的吸引作用。閃電有可能直接擊中工藝區設備，雷電流可能經變送器信號線耦合進入設備，雷電流的強度超過SPD的承受能力，致使信號SPD損壞，信號模塊受到保護。

當頂棚或避雷接閃時,雷電流通過引下線泄放，就會產生地電位抬升，裝有信號SPD的信號模塊所處地網仍處于原電位狀態，形成地電位反擊，造成信號SPD啟動甚至損壞。

當工藝區附近發生雷擊時，由于存在有信號線屏蔽層在值班室機柜處未作接地處理，就有較強的雷擊電磁脈沖侵入信號線，雷擊電磁脈沖幾乎未受到衰減，引起SPD動作，信號模塊受到保護，而SPD損壞。

3.2 電腦顯示器的損壞原因

如前所述（見本文第2.1~2.5），由于SPD的選型、安裝和配合等方面存在的問題，當雷擊電磁脈沖侵入電源系統，到達值班室設備時仍然有較高的的浪涌電壓，導致顯示器損壞。

3.3 電視機的損壞原因

現場的有線電視電纜和電話線未穿金屬管屏蔽、從高7m空中長距離架空引入，未安裝相應的信號SPD，且直接固定在避雷帶上，導致多條雷擊電磁脈沖和雷電感應引入途徑：

1.當雷擊電磁脈沖被引入架空線纜時，雷電流可以直接沿有線電視電纜傳入電視機，從電視機的信號端引入高的浪涌電壓，從而損壞電視機；


2. 當頂棚或避雷帶接閃時，雷電流通過引下線泄放，有線電視電纜上可感應很強的脈沖電壓進入電視機，致使電視機損壞。

3.當雷暴云從場站上方或附近經過時，由于靜電感應效應，在架空有線電視電纜上感應出大量異號電荷，當雷暴云放電后，線纜上電荷會沿有線電視線纜引入電視機，致使電視機損壞。

四、對隱患部分進行整改

根據現場情況我公司于2006年6月對該站進行防雷整改。主要內容有：

4.1、防防直擊雷

保留原由站內兩根避雷針作為工藝裝置區的防直擊雷措施，拆除值班室原有失修的避雷帶，重新敷設值班室的避雷帶、引下線、斷接卡。

4.2、 防雷電感應及雷擊電磁脈沖

4.2.1．電源系統

將原有TN-C制供電系統改為TN-C-S制，并作三級防護：安裝德國OBO電源SPD；

第一級防護：配電柜內在進線端安裝一組100kA的三 相電源SPD（配斷路器）；

第二級防護：值班室電箱電源的輸入端安裝一組40KA三相電源SPD（配斷路器）；

第三級防護：安裝在值班室UPS電源輸出端安裝一組20KA單相電源SPD（配斷路器）；

值班室控制柜內安裝一組直流24VDC電源SPD。

4.2.2信號系統



在室外的工藝區的變送器上安裝型號為SRK-24BT的信號SPD。

在值班室內電話信號線路輸入端安裝電話信號SPD的型號為RJ45-TeIe/4-F。

在值班室視頻信號線路及控制信號線路輸入端分別安裝視頻信號SPD型號為KoaxB-E2/MF-F，和控制信號SPD型號為FLD-24。



4.3、接地及防靜電接地

4.3.1改造全站的接地裝置

站內接地采用共用接地網。分別將工藝裝置區內設備、值班室、配電室、避雷針、風向標升高桿等地網連成共用地網。

4.3.2 防靜電接地

..對工藝裝置區內各種工藝設備的防靜電接地，就近接入共用地網上；現場儀表的金屬外殼的接地端子與其支架相連。

…發蘭連接螺栓少于5個的用跨接線連接。

….現場溫度傳感器做接地處理。



4.4、等電位連接

在值班室的防靜電地板下，用30*3銅帶制作等電位接地環。防靜電地板金屬支撐架選擇多點與等電位接地環連接；值班室內不帶電的設備金屬外殼用BVR-6銅芯絕緣線就近連接在等電位接地環上；值班室各種SPD接地線就近連接在等電位接地環上；在配電室設置等電位接地端子，用BVR-35銅芯絕緣線與共用地網連通；配電室的配電柜外殼用BVR-10銅芯絕緣線與等電位接地端子相連；配電室的電源SPD接地線與等電位接地端子相連。

4.5、 屏蔽

將埋地引入值班室控制機柜內的信號線進行屏蔽并接地。