馬玉寶，左汝寬，鐘 夏

西南管道南寧輸油氣分公司，廣西南寧 530000

廣西地區(qū)汛期長，雷暴活動頻繁，雷擊災(zāi)害是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。根據(jù)自治區(qū)防雷中心發(fā)布的《2017年廣西雷電公報(bào)》顯示，全區(qū)2017年閃電次數(shù)高達(dá)280萬余次，引發(fā)雷擊事故38起。

雷電侵害方式主要分為雷電直擊和雷電感應(yīng)[1]。雷電對天然氣管道閥室的主要危害是造成電源和信號回路故障，引發(fā)干線截?cái)嚅y誤關(guān)斷[2]，損壞設(shè)備[3-4]，降低絕緣接頭性能或使絕緣失效[5]，以及引起引壓管絕緣卡套放電燒蝕、擊穿，造成天然氣泄漏，甚至引發(fā)天然氣燃爆事故。中緬天然氣管道閥室大多建于高處或空曠地帶，閥室放空立管，閥室整體鋼架結(jié)構(gòu)以及閥室內(nèi)地面管道、設(shè)備設(shè)施等極易遭受雷電影響。自2013年中緬天然氣管道投產(chǎn)以來，廣西地區(qū)沿線閥室已發(fā)生多次雷電侵害事件，導(dǎo)致干線截?cái)嚅y引壓管絕緣卡套擊穿失效，甚至造成引壓管天然氣泄漏，險(xiǎn)些釀成重大事故。鑒于此，亟需對在役中緬天然氣管道閥室防雷系統(tǒng)進(jìn)行分析和有效性驗(yàn)證，找出雷擊事件原因，制訂有效的整改措施，提高防雷技術(shù)水平和安全管理水平，以降低閥室遭受雷電侵害的風(fēng)險(xiǎn)，減小事故發(fā)生可能性。

1 閥室防雷系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 閥室防雷接地系統(tǒng)簡介

中緬天然氣管道閥室接地網(wǎng)、放空區(qū)網(wǎng)接地母線采用_40×4鍍鋅扁鋼，接地極為L50×5×2 500鍍鋅角鋼。放空立管和閥室屋頂作為接閃器和引下線與接地系統(tǒng)有效連接[6]。放空區(qū)地網(wǎng)與閥室地網(wǎng)采用接地線直接與地下等電位連接。閥室內(nèi)電源和信號電纜裝設(shè)有鎧裝屏蔽或穿鋼管屏蔽，所有金屬外殼均與閥室接地網(wǎng)連接，電源和信號回路均設(shè)置有防浪涌保護(hù)器。為保護(hù)絕緣接頭，防止干線管道受雷電高壓和雜散電流的侵害，進(jìn)出閥室管道各安裝一個(gè)等電位連接器，其具體技術(shù)參數(shù)要求見表1。等電位連接器接地段接入閥室地網(wǎng)。

表1 等電位連接器技術(shù)參數(shù)

閥室內(nèi)壓力變送器、干線截?cái)嚅y引壓管中部的絕緣卡套、干線截?cái)嚅y閥體與接線盤之間的絕緣墊片、閥室放空管道上安裝的絕緣接頭均用于隔離管道保護(hù)電位，防止管道保護(hù)電位泄入接地系統(tǒng)。其中，絕緣接頭為埋地安裝，地面設(shè)置鋼管測試樁一支，用于日常檢測絕緣接頭絕緣性能。干線截?cái)嚅y接線盤外殼與閥室接地網(wǎng)連接。絕緣卡套、絕緣接頭、絕緣墊片的安裝位置、作用以及數(shù)量見表2。

表2 絕緣卡套、絕緣接頭、絕緣墊片的安裝位置、作用和數(shù)量

1.2 閥室防雷原理

當(dāng)閥室管道遭受雷擊且管道電壓高于等電位連接器導(dǎo)通電壓值時(shí)，或當(dāng)埋地管道遭受雷電感應(yīng)或受雜散電流干擾產(chǎn)生較高電位，電壓高于等電位連接器導(dǎo)通電壓值時(shí)，等電位連接器導(dǎo)通，使閥室管道與閥室地網(wǎng)電位保持平衡，管道電流流向閥室地網(wǎng)，不會出現(xiàn)絕緣接頭擊穿或設(shè)備絕緣卡套、絕緣墊片放電燒蝕情況。

2 事件案例分析

2.1 基本概況

中緬天然氣管道干線56#閥室為監(jiān)視閥室，整體為密閉式鋼架結(jié)構(gòu)，有良好接地。閥室左側(cè)70 m為放空區(qū)，放空立管高度約10 m。閥室和放空區(qū)均地處空曠地帶。2018年6月23日，56#閥室受雷擊影響，在干線截?cái)嚅y閥體與配線盤連接處發(fā)生放電燒蝕，見圖1。兩個(gè)絕緣墊片被擊穿，連接螺栓燒蝕損傷嚴(yán)重，燒蝕物使管道與閥室地網(wǎng)導(dǎo)通。由于該閥室的生產(chǎn)運(yùn)行單位于2017年已對絕緣卡套進(jìn)行過升級改造，耐壓等級高于絕緣墊片，故此次雷擊事件未引發(fā)次生災(zāi)害。

圖1 放電燒蝕點(diǎn)宏觀形貌

2.2 事件原因分析

根據(jù)閥室周邊現(xiàn)場勘測及管道交流電壓測試情況，首先排除了雜散電流的影響[7]。事發(fā)時(shí)連接螺栓上的兩個(gè)絕緣墊片被擊穿，由閥室防雷系統(tǒng)工作原理可知，管道和閥室地網(wǎng)存在較大電位差，可以確認(rèn)進(jìn)出閥室管道等電位連接器失效，即在雷擊時(shí)等電位連接器未導(dǎo)通，從而使管道與閥室地網(wǎng)存在高電位差，在絕緣性較弱的絕緣墊片處發(fā)生放電燒蝕。

根據(jù)閥室防雷接地系統(tǒng)工作原理，初步判斷產(chǎn)生雷電侵害的原因有兩種：一是進(jìn)出閥室管道等電位連接器失效，雷擊電流經(jīng)放空管泄入閥室地網(wǎng)，或者埋地管道受雷電感應(yīng)影響產(chǎn)生較大電位，在閥室地網(wǎng)與管道交接處，絕緣性較弱的絕緣墊片發(fā)生放電燒蝕；二是進(jìn)出閥室管道等電位連接器失效，同時(shí)閥室地網(wǎng)與放空區(qū)地網(wǎng)等電位連接失效。雷擊電流通過放空立管，沿絕緣接頭進(jìn)入閥室內(nèi)管道，在地網(wǎng)和管道交界處，產(chǎn)生放電燒蝕。

根據(jù)雷擊地電位變化引起的反擊原理，雷電反擊可產(chǎn)生45 kV的過電壓幅值[8-9]。結(jié)合56#閥室情況，使用MATLAB軟件建立放空區(qū)和閥室地網(wǎng)等電位連接失效時(shí)放空管遭受雷擊模型，如圖2所示。雷電流由放空管傳至閥室管道時(shí)，管道與大地間的過電壓值為3 461.49 V。當(dāng)放空區(qū)和閥室地網(wǎng)等電位連接失效時(shí)，雷電流通過絕緣接頭，導(dǎo)致管道與閥室地網(wǎng)之間電壓達(dá)到3 000 V以上，擊穿閥室氣液聯(lián)動閥的絕緣墊片，最終雷電流流向閥室地網(wǎng)。

圖2 等電位連接無效時(shí)閥室雷擊模型

2.3 事件原因驗(yàn)證

（1）測試等電位連接器有效性。采用萬用表測試等電位連接器兩端電阻，確認(rèn)等電位連接器未擊穿；將50 V直流電源、限流電阻、等電位連接器串聯(lián)，回路未導(dǎo)通；采用500 V的絕緣電阻測試儀測試等電位連接器，未導(dǎo)通。據(jù)此，確認(rèn)進(jìn)出閥室的等電位連接器失效。

（2）測試絕緣接頭絕緣性能。綜合分析閥室周邊地理環(huán)境，結(jié)合絕緣接頭單側(cè)受陰極保護(hù)的現(xiàn)狀，選用電位法測試絕緣接頭絕緣性能[10]。經(jīng)測試，保護(hù)端電位為-1.187 V，非保護(hù)端電位為-0.715 V，絕緣接頭絕緣性能完好。

（3）驗(yàn)證閥室與放空區(qū)地網(wǎng)等電位連接有效性。對56#閥室放空區(qū)地網(wǎng)進(jìn)行開挖驗(yàn)證。經(jīng)開挖驗(yàn)證，未找到閥室與放空區(qū)地網(wǎng)等電位連接線。

3 閥室防雷接地系統(tǒng)整改措施

針對56#閥室雷擊事件的原因分析及驗(yàn)證結(jié)果，提出中緬天然氣管道閥室防雷接地系統(tǒng)整改措施。對于該整改措施的防雷效果，目前尚處于進(jìn)一步的觀察中。

（1）對閥室和放空區(qū)地網(wǎng)等電位連接有效性進(jìn)行驗(yàn)證，若兩地網(wǎng)等電位連接失效，重新鋪設(shè)一條接地線，將閥室與放空區(qū)地網(wǎng)在地下等電位連接。為避免雷擊時(shí)閥室地網(wǎng)和放空區(qū)地網(wǎng)產(chǎn)生瞬時(shí)電位差，等電位連接線兩端應(yīng)分別接入兩地網(wǎng)的中心地帶[11]。

（2）對閥室等電位連接器導(dǎo)通性能進(jìn)行測試，更換符合閥室防雷和管道陰極保護(hù)技術(shù)要求的等電位連接器。結(jié)合管道陰極保護(hù)電位范圍，在等電位連接器兩端并聯(lián)5V直流電源防雷器，用以監(jiān)測閥室雷擊事件。

（3）完善規(guī)章制度。制訂等電位連接器、絕緣卡套、絕緣墊片、絕緣接頭等設(shè)備設(shè)施有效性和完整性的檢測、維修計(jì)劃。

4 結(jié)束語

本文以2018年6月中緬天然氣管道56#閥室遭受雷擊事件為例，簡述閥室防雷系統(tǒng)工作原理，通過采用理論分析和開挖埋地接地系統(tǒng)驗(yàn)證的方法，確認(rèn)雷擊事件原因?yàn)椋豪纂娮饔孟碌入娢贿B接器失效，以及放空區(qū)和閥室地網(wǎng)等電位連接失效，以此為依據(jù)制訂了閥室防雷接地系統(tǒng)的整改措施。該研究方法及整改措施可為提高中緬天然氣管道閥室防雷技術(shù)水平和安全管理水平提供參考。但對于該整改措施的防雷效果，目前尚處于進(jìn)一步的觀察中。