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摘 要：由于各行业对能源的需求致使长输管道的应用增多，又因为油、气的危险性，使其中的安全问题尤为突出。本文着重阐述了一种用于长输管线阀室设备的防雷装置，能有效解决防雷保护与阴极保护的接地矛盾问题，保证了长输管线阀室的安全和可靠运行。
关键词：长输管线；阀室防雷；感应雷；防雷装置
1 背景
近些年来，随着各行业对能源的需要，各类长输管线已遍布世界各地。长输管线常遭直击雷或感应雷的破坏，原因在于，无论是在地面上明敷还是埋地的管线，上空附近即将产生雷云放电时，其下方大面积内的地面会形成巨型电场，管线感应出与雷云底部符号相反的电荷。根据雷云放电原理，当电荷积累到一定程度且又具备放电条件时，会出现一次强放电过程，如雷云对管线附近的高大构筑物放电，此時云地电荷迅速消失。对于埋地管道，往往有其防腐绝缘层：对于防腐绝缘层电阻较低（绝缘性能差）的管道，电流会通过绝缘层的漏点消散，不会产生大的破坏力；对于防腐绝缘层电阻较高（绝缘性能好）的管道，电流不能通过绝缘层本身的漏点快速散泄入地，管道上绝缘不良或接触不良的部位就会产生高电压，从而引起二次放电。现今大多管道采用3层PE绝缘防腐，其绝缘性能优良。这就是管道设备、设施遭受雷电破坏（间接雷电危害）的主要原因。
长输管线阀室的各类设备都处在阴极保护的范围内，此类设备不能直接接地，否则可能导致阴极保护电流过多泄露，因此此类设备对地之间不能形成良好的电气接地。由于雷电感应在线路上产生的高压电不能直接泄入大地，因此对阀室设备绝缘薄弱的部位放电甚至放弧。如果恰逢此类设备执行机构动作，又有部分作为驱动机构动力的天然气泄漏，则可能造成爆炸事故。
2 雷击的危害形式
2.1 直击雷
电流通过管线周围建筑物等地表物体瞬间产生高热及强烈振动，引起燃烧、爆炸，致使物体遭受破坏。
2.2 接地电位反击
瞬间产生的高压电经由地表物体汇入地下网路，首先使接地部位电位升高，与其他部分的地网出现了电位差，从而导致电器设备的损坏，同时危害人的生命安全。
2.3 感应雷
也称为感应过电压或雷电感应。感应雷可分为电磁感应雷和静电感应雷：电磁感应雷是在雷电放电时，强大的冲击雷电流在周围空间内产生快速变化的磁场所引起的，处于这一电磁场中的导体将感应出较大的电动势；静电感应雷是带电积云接近地面，碰到凸出的电导性物而感应出大量电荷，绝缘体和导体对电荷的泄散速度差异所引起的。感应雷若不及时泄入地下，可能产生放电火花引燃可燃气体，从而引起火灾、爆炸或触电事故。很多情况下雷并没有直接击中建筑物，但建筑物内的电器设备仍被破坏，这是因为雷电产生的强大电磁场在闭合回路中的金属物上产生感应电流，沿着供电线路等进入建筑物内电器设备的输入端口从而将电器设备损坏。
2.4 开关过电压
供电系统中电容性、电感性负载开启、断开或电源线路短路等，都能在电源线路上产生脉冲高电压，损坏设备，效果与雷击类似。
3 装置介绍
为了保证长输管线阀室设备的安全，本文将介绍一种用于长输管线阀室设备的防雷装置。
3.1 装置描述
本文所述的长输管线阀室设备的防感应雷装置，包括固态去耦器、放电计数器和远传设备：固态去耦器，其一端连接长输管线，另一端连接放电计数器，当管线在雷电情况下的感应电压超过其导通阈值时，呈现完全导通状态，导通后将感应电压泄放入大地；放电计数器，一端与固态去耦器相连，另一端接地，对固态去耦器工作状况进行实时及累计计数，并在线记录长输管线上雷电感应放电次数和过电压次数；远传设备，连接固态去耦器和放电计数器，收集固态去耦器状态、长输管线上的过电压次数和雷电感应放电次数，并上传至阀室的控制室。如图1所示。
3.2 装置优点
此防感应雷装置，解决了各类长输管线阀室设备的防感应雷问题，有效解决了防雷保护与阴极保护的接地矛盾问题，同时此装置能与控制室进行通讯，实时监测各类防感应雷数据，有效保证了长输管线阀室的安全和可靠运行。
3.3 改进空间
（1）固态去耦器的导通阈值为±2V，使得固态去耦器具有防雷电感应功能。在正常状态下不导通，有效防止阴极保护电流的泄露（阴极保护电位约为-1.5V）；当长输管线在雷电情况下的感应电压超过阈值时直接对地导通，将感应电荷泄入大地，有效避免感应高电压对线路上设备的损坏。
（2）固态去耦器安装在长输管线阀室内，且固定在长输管线的伸出地面段上。便于固态去耦器更好地保护管线上的设备不再被感应高电压损坏。
（3）固态去耦器、放电计数器和远传设备集成在一个金属箱体内，且固态去耦器连接长输管线的一端穿过金属箱体连接至长输管线的阀体执行机构，放电计数器接地的一端穿过金属罩壳后再接地。通过金属箱体将这3个组件集成为一体，便于安装，利于美观。
（4）防感应雷装置采用智能模块化积木式结构，用于根据长输管线阀室实际需求组合上述固态去耦器、放电计数器和远传设备，可根据阀室实际需求进行组合，满足不同用户的需要。
（5）远传设备通过以太网方式和RS485方式与长输管线阀室的控制室通讯，使控制室能了解每个阀室的防雷状态，实时监测管线的各类感应电压是否超标。
参考文献
[1]匡洋.长输管道自动化仪表设备的防雷防静电[J].科技论坛，2014，（19）：293.
[2]任凤堃.输气管道防雷设计[J].石油工程建设，2009，（S1）：37-38.
（作者单位：中石化西南油气分公司油气销售中心）
关键词：长输管线；阀室防雷；感应雷；防雷装置
1 背景
近些年来，随着各行业对能源的需要，各类长输管线已遍布世界各地。长输管线常遭直击雷或感应雷的破坏，原因在于，无论是在地面上明敷还是埋地的管线，上空附近即将产生雷云放电时，其下方大面积内的地面会形成巨型电场，管线感应出与雷云底部符号相反的电荷。根据雷云放电原理，当电荷积累到一定程度且又具备放电条件时，会出现一次强放电过程，如雷云对管线附近的高大构筑物放电，此時云地电荷迅速消失。对于埋地管道，往往有其防腐绝缘层：对于防腐绝缘层电阻较低（绝缘性能差）的管道，电流会通过绝缘层的漏点消散，不会产生大的破坏力；对于防腐绝缘层电阻较高（绝缘性能好）的管道，电流不能通过绝缘层本身的漏点快速散泄入地，管道上绝缘不良或接触不良的部位就会产生高电压，从而引起二次放电。现今大多管道采用3层PE绝缘防腐，其绝缘性能优良。这就是管道设备、设施遭受雷电破坏（间接雷电危害）的主要原因。
长输管线阀室的各类设备都处在阴极保护的范围内，此类设备不能直接接地，否则可能导致阴极保护电流过多泄露，因此此类设备对地之间不能形成良好的电气接地。由于雷电感应在线路上产生的高压电不能直接泄入大地，因此对阀室设备绝缘薄弱的部位放电甚至放弧。如果恰逢此类设备执行机构动作，又有部分作为驱动机构动力的天然气泄漏，则可能造成爆炸事故。
2 雷击的危害形式
2.1 直击雷
电流通过管线周围建筑物等地表物体瞬间产生高热及强烈振动，引起燃烧、爆炸，致使物体遭受破坏。
2.2 接地电位反击
瞬间产生的高压电经由地表物体汇入地下网路，首先使接地部位电位升高，与其他部分的地网出现了电位差，从而导致电器设备的损坏，同时危害人的生命安全。
2.3 感应雷
也称为感应过电压或雷电感应。感应雷可分为电磁感应雷和静电感应雷：电磁感应雷是在雷电放电时，强大的冲击雷电流在周围空间内产生快速变化的磁场所引起的，处于这一电磁场中的导体将感应出较大的电动势；静电感应雷是带电积云接近地面，碰到凸出的电导性物而感应出大量电荷，绝缘体和导体对电荷的泄散速度差异所引起的。感应雷若不及时泄入地下，可能产生放电火花引燃可燃气体，从而引起火灾、爆炸或触电事故。很多情况下雷并没有直接击中建筑物，但建筑物内的电器设备仍被破坏，这是因为雷电产生的强大电磁场在闭合回路中的金属物上产生感应电流，沿着供电线路等进入建筑物内电器设备的输入端口从而将电器设备损坏。
2.4 开关过电压
供电系统中电容性、电感性负载开启、断开或电源线路短路等，都能在电源线路上产生脉冲高电压，损坏设备，效果与雷击类似。
3 装置介绍
为了保证长输管线阀室设备的安全，本文将介绍一种用于长输管线阀室设备的防雷装置。
3.1 装置描述
本文所述的长输管线阀室设备的防感应雷装置，包括固态去耦器、放电计数器和远传设备：固态去耦器，其一端连接长输管线，另一端连接放电计数器，当管线在雷电情况下的感应电压超过其导通阈值时，呈现完全导通状态，导通后将感应电压泄放入大地；放电计数器，一端与固态去耦器相连，另一端接地，对固态去耦器工作状况进行实时及累计计数，并在线记录长输管线上雷电感应放电次数和过电压次数；远传设备，连接固态去耦器和放电计数器，收集固态去耦器状态、长输管线上的过电压次数和雷电感应放电次数，并上传至阀室的控制室。如图1所示。
3.2 装置优点
此防感应雷装置，解决了各类长输管线阀室设备的防感应雷问题，有效解决了防雷保护与阴极保护的接地矛盾问题，同时此装置能与控制室进行通讯，实时监测各类防感应雷数据，有效保证了长输管线阀室的安全和可靠运行。
3.3 改进空间
（1）固态去耦器的导通阈值为±2V，使得固态去耦器具有防雷电感应功能。在正常状态下不导通，有效防止阴极保护电流的泄露（阴极保护电位约为-1.5V）；当长输管线在雷电情况下的感应电压超过阈值时直接对地导通，将感应电荷泄入大地，有效避免感应高电压对线路上设备的损坏。
（2）固态去耦器安装在长输管线阀室内，且固定在长输管线的伸出地面段上。便于固态去耦器更好地保护管线上的设备不再被感应高电压损坏。
（3）固态去耦器、放电计数器和远传设备集成在一个金属箱体内，且固态去耦器连接长输管线的一端穿过金属箱体连接至长输管线的阀体执行机构，放电计数器接地的一端穿过金属罩壳后再接地。通过金属箱体将这3个组件集成为一体，便于安装，利于美观。
（4）防感应雷装置采用智能模块化积木式结构，用于根据长输管线阀室实际需求组合上述固态去耦器、放电计数器和远传设备，可根据阀室实际需求进行组合，满足不同用户的需要。
（5）远传设备通过以太网方式和RS485方式与长输管线阀室的控制室通讯，使控制室能了解每个阀室的防雷状态，实时监测管线的各类感应电压是否超标。
参考文献
[1]匡洋.长输管道自动化仪表设备的防雷防静电[J].科技论坛，2014，（19）：293.
[2]任凤堃.输气管道防雷设计[J].石油工程建设，2009，（S1）：37-38.
（作者单位：中石化西南油气分公司油气销售中心）