油田水厂泵站电气设备防雷技术的应用

伍红泽　运平　李冬妍

【摘 要】本文针对水厂泵站电器设备的实际情况，引进先进的防雷技术，较好的解决了水厂泵站电气设备损坏的问题。保证了供水系统电气设备安全运行，确保了油区生产生活正常用水，为保油上产提供了强有力的保证。

【关键词】水厂泵站；电气设备；防雷技术；应用

一、前言

油田供水系统包括四个水厂（黄山水厂、魏岗清水处理厂、双河水厂、江河水厂）、四个泵站（郭滩一泵、井楼泵站、倪河泵站、双河泵站），它们地处建筑群边缘、乡村、河边等开阔地带，位置比较偏僻。水厂泵站中的超声波流量计、功率因数表、PID智能控制器、电机保护器、变频器的传感器以及水位计等微电子设备都是关系到供水系统的计量准确度和优质安全供水的关键设备。近几年，这些微电子设备常因雷击而损坏，供水系统的安全可靠性和计量准确度受到严重的影响。因此对它们采用先进的防雷技术是非常必要的。

二、油田水厂泵站电气设备防雷技术现状

通过对油田水厂泵站电气设备的现场进行研究发现：油田水厂泵站电气设备都没有采用防雷技术，并且存在以下问题：

1.低压配电系统、线路无防雷电波侵入的措施。

如：油田水厂泵站的低压配电系统、线路均无防范措施。低压配电系统、线路未加装浪涌保护器是油田水厂泵站的共性问题，因电源线路引入雷电波而发生的雷电事故不在少数，虽然目前没有造成大的损失，但在雷电灾害日益严重的现在，应未雨绸缪，按《建筑物防雷设计规范》GB50057-94第3.3.9条的要求完善防雷电波侵入的措施。

2.信号控制部分无防范措施。

如：变频器的传感器信号传输部分、水位计的信号传输部分以及超声波流量计的信号传输部分。

三、防雷技术方案的确认及应用

针对油田的四个水厂（黄山水厂、魏岗清水处理厂、双河水厂、江河水厂）、四个泵站（井楼泵站、倪河泵站、郭滩一泵、双河泵站）的电气设备的实际情况，根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》、GB15599-95《石油与石油设施雷电安全规范》等国家标准及IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》标准，电源线路至少采取两级雷电防护，信号线路至少应采取一级雷电防护才能达到雷电防护的要求，提出了以下技术方案并在油田水厂泵站加以应用。

（一）电源防护：

电源部分的防雷主要是为了防止雷电波通过电源线路而对电子设备造成危害。由于电子设备工作电压低，抵抗过压能力弱，用单一的器件或单级保护很难满足电子设备对电源的要求，所以电源系统的防护应采用多级防护（油田水厂采用三级防护），以泄放各级线路因雷电感应产生的过电压。即在水厂泵站的配电系统在高压变压器后端到建筑总配电盘前端的电缆内芯线两端应对地加装电涌保护器，作为一级保护；在总配电盘到各个楼层配电箱间的电缆芯线两端应对地加装电涌保护器，作为二级保护；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端加装电源保护器，作为三级保护。

应用如下：

1.对四个水厂、四个泵站的电源进线进行过电压防护。在低压母柜处装设三相电源浪涌保护器，浪涌保护器选用箱体式结构SPS-B/BOX-60，消除或削弱从室外引入的直击雷过电压波、开关操作过电压、感应过电压、反射波效应过电压。额定工作电压230VAC，单相标称放电电流In（8/20?s）60KA，单相最大放电电流Imax（8/20?s）120KA，电压保护水平Up小于1.6KV。

2.对距离配电室较远的电源进行第二级三相电源浪涌保护器，浪涌保护器选用箱体式结构SPS-B/BOX-20，额定工作电压230VAC，单相标称放电电流In（8/20?s）20KA，单相最大放电电流Imax（8/20?s）40KA，电压保护水平Up小于1.5KV。

3.对仪表配电端加装第二级单相电源浪涌保护器，浪涌保护器选用箱体式结构SPS-B/BOX-20S，额定工作电压230VAC，单相标称放电电流In（8/20?s）20KA，单相最大放电电流Imax（8/20?s）40KA，电压保护水平Up小于1.5KV。

4.终端设备加装第三级防浪涌保护器，浪涌保护器选用箱体式结构SPS-D/BOX-PLUG，额定工作电压230VAC，标称放电电流In（8/20?s）10KA，最大放电电流Imax（8/20?s）20KA。电压保护水平Up小于1.2KV，带有劣化显示及指示功能，消除或减弱开关操作过电压、感应过电压。

（二）信号控制线防护

由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求通信线路两端加装必要的防雷保护装置以确保通信系统的安全运行。数据信号防雷保护低电平数据信号部分，包括水厂泵站的变频器的信号传输、超声波流量计和水位计、双绞线传输、通讯信号线、同轴电缆、串口等处安装信号防雷保护器。

应用如下：

1.变频器控制线路首端装设控制线路浪涌保护器，浪涌保护器选用SPS-SC（12）/2，额定电压DC12V，工作电流300mA，标称放电电流In（8/20?s）5KA，最大放电电流Imax（8/20?s）10KA，频宽10MHZ，插入损耗小于2DB。

2.仪表间超声波流量计装设数据线路浪涌保护器，浪涌保护器选用SPS-ASP（12）/2，额定电压DC12V，标称放电电流In（8/20?s）5KA，最大放电电流Imax（8/20?s）10KA，频宽100MHZ，插入损耗小于2DB。

（三）等电位处理

将分开的装置、导电物体等用等电位连接导体或电涌保护器连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。

应用如下：

储水罐与仪表外壳等进行等电位处理；控制中心做等电位处理，屏蔽处理和接地处理。

（四）接地处理

防雷的最终措施是泄放，因而对接地切不可轻心。一般厂内的接地主要有构筑物接地、配电系统及强电设备接地、计算机自控系统接地。如这三种接地配置不合理，极易在雷击时通过接地网对自控系统造成反击。

油田水厂及泵站接地应采用统一的接地形式，并在各处做等电位连接，即变压器外壳、配电柜外壳、其他设备外壳等均应与接地系统做可靠的电气连接，其统一接地电阻要求≤4?。接地电阻达不到要求的需要重新做地网。

应用如下：

在控制中心附近区域制作一组人工接地体，接地系统采用“垂直法”制作：在大楼附近土壤中开挖200 mm（宽）×800mm（深）的地沟，垂直埋入L50mm×5mm×2500mm镀锌接地体，接地体间隔大于2500mm。接地体顶部距离土壤表面大于800mm，各接地棒通过-5*50镀锌扁钢，引出后与避雷带引下线焊接，并引至配电箱内，作为配电箱体的接地排和等电位总汇流接地排。接地冲击电阻实测值须小于1欧姆。

四、结束语

油田水厂泵站低压配电系统自动控制及信息系统设备上加装了防雷保护器以后，经历了多次的设备停/复操作和几次雷击，没有发生设备因雷击而被损坏的现象，表明上述安装的防雷保护器具备良好的防雷效果。该项目的实施减少了供水系统微电子设备的损坏次数，增大了供水系统低压配电的安全可靠性，确保了计量的准确性，保障了油区生产生活的正常用水，为保油上产提供了强有力的保证。

参考文献：

[1]林建民/宁波《防雷装置设计与安装（雷电防护系列教材）/防雷实用技术丛书》 气象出版社，2010.4.

[2]陈家斌，高小飞《电气设备防雷与接地实用技术（电力新技术实用丛书）》 水利水电出版社，2010.4.1.

作者简介：

伍红泽，工程师，1974年出生，1997年毕业于郑州工学院电力工程专业，现在河南省南阳油田水电厂修试车间从事电气自动化工作。

郭运平，高级工程师，现从事电气自动化工作。地址：（473132）河南省南阳油田水电厂供水技术研究所。