某日凌晨，某輸氣管線建成后尚未投產(chǎn)，巡檢人員檢修恰遇大雨，臨時(shí)到線路閥室金屬罩棚內(nèi)躲雨。伴隨著閃電的發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員發(fā)現(xiàn)管線上緊急切斷閥氣液聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的限位開關(guān)聯(lián)軸器抱箍上下緊固片隨著大氣中的閃電產(chǎn)生放弧現(xiàn)象。

伴隨著天空中每一次閃電，上下緊固片尖端都會(huì)有明顯的電弧放電，共約發(fā)生7次，緊固片外表皮有燒黑的痕跡?，F(xiàn)場(chǎng)巡檢人員將此情況緊急通知業(yè)主管理部門，項(xiàng)目組織設(shè)計(jì)、施工人員并邀請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行操作人員共同進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。

事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研

調(diào)研組到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)閥室地處半山坡，是將原山脊部分削平之后建設(shè)。閥室整體為鋼結(jié)構(gòu)開放式金屬籠架，四周為鐵絲網(wǎng)，目擊鋼結(jié)構(gòu)有良好接地。閥室后側(cè)山頂有緊急放散管，水平距離閥室在20m，高度將近10m, 閥室及其設(shè)備基本為四周山地的絕對(duì)高點(diǎn)。

閥室內(nèi)有氣液聯(lián)動(dòng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)伸出地面，除主閥體和長(zhǎng)輸管線直接有電氣聯(lián)通外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)另有兩條分支管路與長(zhǎng)輸管線相接，一為天然氣直接驅(qū)動(dòng)支線，為其提供執(zhí)行動(dòng)力，當(dāng)長(zhǎng)輸管線超壓后直接由壓力驅(qū)動(dòng)緊急關(guān)閥，另一分支為長(zhǎng)輸管線采樣支路，將長(zhǎng)輸管線的壓力狀態(tài)傳送給氣液聯(lián)動(dòng)閥控制盤。從地面上看到閥室控制盤、閥室金屬構(gòu)架均可靠接地。

經(jīng)檢查閥體執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并與現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員確認(rèn)了放弧位置，調(diào)研后發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象：

1 氣液聯(lián)動(dòng)閥限位開關(guān)聯(lián)軸器抱箍緊固片外部有燒黑痕跡。

2 拆下氣液聯(lián)動(dòng)閥限位開關(guān)聯(lián)軸器抱箍緊固片后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部已經(jīng)被部分放弧損壞。

3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上口連接部分已經(jīng)被放弧燒黑。

4 聯(lián)軸器內(nèi)部燒黑并有燒化金屬顆粒附著，內(nèi)部發(fā)現(xiàn)若干個(gè)大小不等被弧光燒毀的小洞，直徑在2-5mm不等。

調(diào)研人員清查了系統(tǒng)接地，經(jīng)過(guò)專業(yè)人員用接地?fù)u表檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)閥室整體接地電阻為4Ω，系統(tǒng)接地良好。外部接閃器為獨(dú)立接地，沖擊接地電阻檢測(cè)為2Ω，從整體分析系統(tǒng)接地狀態(tài)完整，接地電阻滿足規(guī)范要求。

按照一般情況分析，閥室有外部金屬籠屏蔽，內(nèi)部設(shè)備不會(huì)遭直擊雷破壞。系統(tǒng)接地電阻均在4Ω歐以下，一般的雷電感應(yīng)或者電壓反擊不會(huì)損壞閥室內(nèi)設(shè)備。

從現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的口述分析，設(shè)備上連接片的伴隨著空中雷云閃電的放弧證明了管線上必定是感應(yīng)電壓放電。為什么整個(gè)閥室各個(gè)電氣設(shè)備都做了良好的完整接地，還能有感應(yīng)雷高壓放電的事故發(fā)生呢？

原因分析

經(jīng)仔細(xì)診斷工藝和陰極保護(hù)圖紙，發(fā)現(xiàn)此閥室的接地新情況。傳統(tǒng)的長(zhǎng)輸管線閥室進(jìn)出站管線上均設(shè)有絕緣接頭，阻斷陰極保護(hù)的電流泄入大地，閥室內(nèi)的設(shè)備可以全部接地，形成良好的電氣接地通路，只要接地電阻滿足規(guī)范的要求，是能具備較好的防雷效果。

而近些年來(lái)，由于考慮部分含硫天然氣對(duì)管線的腐蝕性，絕緣接頭另一側(cè)未受陰極保護(hù)的管線腐蝕很快，陰極保護(hù)專業(yè)將閥室兩側(cè)的絕緣接頭取消，從整體上滿足了全線陰極保護(hù)的需要，同時(shí)為了避免陰極保護(hù)電流的泄露，閥室的主要閥體設(shè)備處于陰極保護(hù)的范圍，且是不能直接接地的，否則可能導(dǎo)致陰保泄露電流過(guò)大，因此閥體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)地不能形成良好的電氣接地通路。

也就是說(shuō)，雖然閥室的金屬構(gòu)件及控制盤等電氣設(shè)備都做了良好接地，但是和長(zhǎng)輸管線連接的主閥及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)是對(duì)地絕緣的。由于雷電感應(yīng)在線路上產(chǎn)生高電壓不能直接泄入大地，而閥體聯(lián)軸器和限位開關(guān)之間是電氣絕緣的，高電壓直接對(duì)絕緣薄弱的聯(lián)軸器緊固片放電造成了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員看到的放弧現(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)緊固片燒壞的情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作人員陳述的伴隨閃電而產(chǎn)生的放弧現(xiàn)象，并檢查圖紙的設(shè)計(jì)方案，調(diào)研團(tuán)隊(duì)初步判定為雷電感應(yīng)的二次放電破壞。

場(chǎng)站工藝管道的地面部分及跨越管道，相對(duì)于整個(gè)埋地管道而言都是優(yōu)良的接閃器。當(dāng)管道附近上空即將產(chǎn)生雷電時(shí)，其下方大面積的地面形成一個(gè)靜電場(chǎng)，埋地管道也同大地一樣表面感應(yīng)出相反的電荷，當(dāng)電荷積累到一定程度而又具備了放電條件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一次強(qiáng)烈的放電過(guò)程，此時(shí)云地電荷迅速消失，地電荷變?yōu)榱恪?/p>

但是由于PE三層優(yōu)良的絕緣性能，管道感應(yīng)電荷的泄放速度很慢，一旦發(fā)生管道的局部放電，其他部位的感應(yīng)電荷也將隨之對(duì)地消散，于是在管道內(nèi)形成一股強(qiáng)大的電流。

對(duì)于絕緣層電阻較低的管道，電流會(huì)通過(guò)絕緣層的漏點(diǎn)大量消散，不會(huì)產(chǎn)生大的破壞力；而對(duì)于絕緣層性能很好的管道，當(dāng)這種浪涌不能通過(guò)絕緣層本身的漏點(diǎn)快速泄放入地時(shí)，管道上絕緣或接觸不良的部位就產(chǎn)生高電壓，引起二次放電，這就是輸氣管道設(shè)備、設(shè)施遭受雷電破壞的主要原因。

解決措施

解決雷電感應(yīng)問(wèn)題的原則是直接將由于雷電感應(yīng)在埋地管道上引起的感應(yīng)電壓泄入大地是最有效的辦法，但是直接將管線接地將導(dǎo)致陰極保護(hù)電流的泄露，因此通常的做法是采用浪涌抑制性避雷器或者類似的地極保護(hù)器（放電間隙）連接到管線和大地之間。

其基本的原理是正常情況下，理論上管線雷電感應(yīng)電壓沖擊值在+1-2kV以上，立即電氣對(duì)地導(dǎo)通，將感應(yīng)電流泄入大地。但是此種設(shè)備投入后，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)管線在雷雨天經(jīng)測(cè)試的陰保電壓表現(xiàn)為正值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試仍然受到50V以下的泄放剩余電壓的影響，，陰保設(shè)備即便輸電電流為滿量程也無(wú)法將陰保投入，更有甚者造成全線陰保由于過(guò)流而關(guān)斷。

綜合考慮以往防感應(yīng)雷的設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)，需要尋找一種性能穩(wěn)定的導(dǎo)通閥值低、通交流阻直流，通流容量大的防感應(yīng)雷設(shè)備。固態(tài)去耦合器能很好解決線路的故障接地短路電流、高壓線路上遭雷擊的接地引入電流、雷電感應(yīng)電流及管線上產(chǎn)生的雜散電流。

其工作原理是采用整流裝置對(duì)交直流干擾進(jìn)行電流泄放和電壓限制，采用壓敏電阻型電涌保護(hù)器的快速響應(yīng)特性和火花間隙型電涌保護(hù)器的大電流耐受特性和低殘壓特性對(duì)直擊雷和感應(yīng)雷進(jìn)行排流和電壓限制，各器件之間采用特殊的智能能量配合方式，保證交直流干擾和直擊雷、感應(yīng)雷干擾之間的智能切換、有效動(dòng)作和能量配合。

固態(tài)去耦合器具有防雷電感應(yīng)功能，在正常狀態(tài)下不導(dǎo)通，有效防止陰極保護(hù)電流的泄露。其正常狀態(tài)下導(dǎo)通電壓±2V，陰極保護(hù)電位大致在-1.5V，因此在正常情況下可以阻擋陰極保護(hù)電流泄露大地。

當(dāng)管線在雷電情況下的感應(yīng)電壓超過(guò)閥值時(shí)直接對(duì)地導(dǎo)通，將感應(yīng)電壓泄入大地，保護(hù)線路上設(shè)備不被再被感應(yīng)高電壓損壞。去耦合器的交直流排流電流額定值50A，故障電流（AC-rms/工頻/30周波）≥5000A，標(biāo)稱放電電流 100kA（8/20μs），響應(yīng)時(shí)間≤1ns,直流泄露電流≤1mA，工作溫度-45～+70℃。

固態(tài)去耦合器安裝簡(jiǎn)單，將去耦合器的一端與閥體執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣連接，另一端與閥室站場(chǎng)內(nèi)小于4Ω的可靠接地網(wǎng)連接。接地導(dǎo)體采用黃綠相間35 mm2的導(dǎo)線，應(yīng)盡可能短以消除導(dǎo)線上的電磁感應(yīng)。

其他建議

長(zhǎng)輸管線閥室選擇盡量選擇雷擊概率較低的環(huán)境，盡量避開山頂或者山脊，減少雷雨天氣在埋地管線上產(chǎn)生雷擊感應(yīng)電壓的機(jī)率。

站內(nèi)氣液聯(lián)動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)盡量選擇氮?dú)舛皇翘烊粴猓苊猱?dāng)正常開關(guān)閥門而產(chǎn)生的天然氣就地放空時(shí)又恰巧管線產(chǎn)生感應(yīng)電壓放電而導(dǎo)致可能出現(xiàn)爆炸危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

電氣專業(yè)施工圖紙審查及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理要特別注意看似形成接地良好的完整系統(tǒng)，卻又有獨(dú)立設(shè)備未接地的情況，具體問(wèn)題具體分析，以免運(yùn)行后期造成事故隱患。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“一起長(zhǎng)輸管線閥室設(shè)備內(nèi)燃弧的事故分析”，作者為馬坤、梅業(yè)偉 等。