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井場電力系統浪涌保護

來源:德恩拓 發布時間:2011-11-19 9:52:55

2011-10-20 09:10:02 | 來源:本站 |

雷電是大氣中的放電現象,大小和多少及活動情況與地區、地形、氣象條件和所處的緯度有關,一般山地的雷電比平原多,沿海地區的雷電比大陸腹地多,建筑物越高遭雷擊的機會越多。它多形成在積雨云中,積雨云隨著溫度和氣流的變化會不停的運動,并在運動中摩擦生電,就形成了帶電荷的云層。因一些云層帶正電荷,另有一些云層帶負電荷,同時又因靜電感應常使云層下面的建筑物、樹木等帶有異性電荷隨著電荷的積累,雷云電壓逐漸升高,當帶有不同電荷的雷云與大地凸出物相互接近到一定高度,且其間的電場超過2530kvcm,就會發生激烈的放電并出現強烈的閃光。放電溫度高達2000,此時空氣受熱急劇膨脹就發生爆炸出現轟鳴聲,這就是閃電與雷鳴。

據國際電信聯盟統計,全世界每天約發生雷電閃擊800萬次,平均每秒近100次。閃電的強度高達1~10億伏特,一個中等強度的雷暴功率可達1千萬瓦,相當于一個小型核電站的輸出功率。全球每年有數千人因雷電導致傷亡,財產的直接損失和間接經濟損失更難以估量。四川省在今年71820日的強雷暴天氣過程中,就發生雷電云地閃擊68000余次,2人遭雷擊死亡。72729日強雷暴天氣過程,共發生雷電云地閃擊46000余次。

隨著我國石油天然氣勘探開采開發力度增加和領域的擴大,石油天然氣鉆井井場越來越多地出現在了雷暴日較高的地帶。近年來,隨著氣候的變化,川渝地區雷暴強度和次數顯著增多,由于川慶公司對井場的接地系統和防雷系統進行了科學化的設計和整改,所以大部分井場經受住了雷擊考驗,但在今年75日九龍山地區的雷擊中,川渝某井場視頻監視系統、數碼防碰天車、2#發電機組數據采集箱、1#柴油機組數據采集箱等儀電系統和2臺筆記本卻因雷擊遭受了不同程度的損壞。究其主要原因,主要是對儀電系統浪涌抑制保護的技術手段掌握不牢靠,對作為防漏電、防靜電、防直擊雷和防感應雷的等電位聯結和輔助等電位聯結維護和管理不到位,對防雷器設置的數量和位置不規范,因此造成了井場儀電系統防雷的安全隱患。

井場電力系統的布置

井場儀電系統包括鉆井儀表、數碼防碰、視頻監視系統、動力集控和油罐計量等,鉆井儀表系統用于測量立壓、套壓、泵沖、轉盤轉速、轉矩和絞車懸重各種鉆井參數,數碼防碰用于采集游車位置和速度參數及防止上碰下砸等事故發生,視頻監視系統用于監視二層臺、鉆臺、泵房、振動篩等各處狀況,動力集控系統用于對柴油動力和發電機組運行參數進行監控,實現遠程診斷和急停等功能,柴油計量系統用于對井場用油進行自動計量等,如圖1所示。

雷擊損失原因

75雷擊后,川慶公司裝備處立即組織了安全環保質量監督檢測研究院對雷擊事故進行了調查和分析,主要對上述儀電系統的井場等電位聯結、輔助等電位聯結,柴油機集控系統數據采集箱通信線路的浪涌抑制保護,錄井等電位、防雷箱,隊長(會議)室等弱電設備較集中區域的等電位和防雷箱進行了抽檢。經查,作為該井場電氣安全基礎的接地系統效果良好,但連接至該基礎的受雷擊部位卻有不同程度的安全隱患。經實測,視頻監視系統等電位電阻標準值為0.03Ω,實測值為153Ω;數碼防碰儀等電位電阻的標準值為0.03Ω,實測值為無窮大,雷擊時因感應電壓造成較大的電壓差,其浪涌電流燒壞視頻監視系統和數碼防碰儀電子元件;進口柴油機集控系統2#數據采集箱上位機通訊線接口未安裝浪涌保護模塊,同時其等電位電阻未達到標準,導致雷擊時損壞;柴油機集控系統1#數據采集箱傳感器等電位電阻標準值為0.03Ω,實測值為143歐,雖然數據采集箱內信號采集和直流電源配有浪涌保護模塊,但因雷擊時產生較大的感應電壓差,導致傳感器損壞。會議室內配有單相交流防雷箱,但會議室內兩臺筆記本電腦電源未按要求通過防雷插座供電,故雷擊時兩臺筆記本電腦損壞。

經調查,對井場總等電位聯結和輔助等電位聯結,部分單位存在井場等電位聯結“三不管”現象。一是水電安裝隊只管安裝,不管使用中出現的問題;二是鉆井隊只管使用,不管檢修和維護;三是多數安全監督既不管使用也不管檢查。調查表明,“三不管”現象使井場等電位電阻超標或根本不通,造成雷擊安全隱患,甚至有可能造成“漏電不跳閘”的安全隱患。

整改及預防管理措施

嚴格執行井場電氣和防雷標準,加大對井場等電位過渡電阻和防雷器可靠性、有效性的監測監管力度,制訂相關的管理辦法,消除井場等電位“三不管”現象,努力避免或減小雷擊損失,消除漏電不跳閘和防雷的安全隱患。

3.1 整改措施

3.1.1定期監測井場總等電位聯結母線的接地情況,測試其與發電房后場總接地和套管的連接情況,保證“生命線”的有效性,主要內容有:

1)檢測總等電位連接母線的規格,應采用25 mm2銅芯電纜或35 mm2鋁芯電纜;

2)檢測總等電位連接母線的長度,應≤150m,且留有一定的余量;

3)檢測相鄰金屬物體之間的等電位連接的過渡電阻,應≤0.03Ω。

3.1.2定期監測井場輔助等電位聯結的過渡電阻值,保證所有設施均可靠的連接至井場總等電位聯結母線;

3.1.2定期測試井場“5大接地”的可靠性,保證漏電流和雷電流等的泄放通道暢通,分別為:

1)檢測接地引下線的規格,應≥Ф6;

2)檢測接地極的規格,分三類,其中圓鋼≥Ф6,扁鋼截面≥48mm2,角鋼厚度≥2.5mm;

3)檢測發電房和套管處設置的兩處總接地,其接地電阻應≤。

4)檢測電控房處的重復接地,其接地電阻應≤。

5)檢測油罐的防雷接地,其接地電阻應≤。

6)檢測架空線終端的重復接地,其接地電阻應≤10Ω。

7)檢測防雷器的單獨接地,其接地電阻應≤。

3.1.3定期監測各種防雷器和錄井防雷箱、隊長(會議)室防雷箱以及防雷插座的設置情況和狀態,分別為:

1)錄井房應采用兩級并聯交流防雷箱,且末端采用防雷插座供電。防雷箱應單獨設置接地極,其引下線應和房體螺栓連接后再連接至井場總等電位聯結母線;

2)隊長(會議)室應采用單級交流防雷箱,且末端采用防雷插座供電。防雷箱應單獨設置接地極,其引下線應和房體螺栓連接后再連接至井場總等電位聯結母線;

3)防雷器是否按表1的要求進行設置。

3.1.4儀電系統應按以下方法做好設計和整改:

1)鉆井儀表、柴油機集控、柴油罐計量系統、數碼防碰儀及視頻監視系統等廠家按照均壓、屏蔽和分流等防雷技術手段完善其浪涌保護措施;

2)國產動力設備集控系統應自建等電位聯結母線,與鉆臺底座可靠連接;輔助發電房或電控房集控系統應自建等電位聯結母線,與或井場后場接地體可靠連結;

3)鉆井儀表、頂驅、數碼防碰等設備也應自建等電位聯結母線,并分別與鉆臺底座可靠聯結。柴油計量系統應與油罐區環形等電位聯結母線可靠聯結;

4)集控系統數據采集箱應具備防振能力,連接信號及電源導線應具有防掉電措施;應區分設備故障地和功能地,防止傳感器雷擊或漏電時導致多數傳感器同時損壞;應有良好的屏蔽措施,信號電纜應做好屏蔽并在兩端安裝信號浪涌保護模塊;

5)各廠家在設備首次安裝完畢及鉆井隊在搬家安裝后,應使用專業等電位電阻測試儀進行檢測,確保設備的等電位連結電阻值符合標準要求。

3.2 預防管理措施

1)石油井場接地安全系統應每年至少進行一次檢查和檢測,確保該套系統的可靠性和穩定性。

2)測試接地系統的接地電阻值,若測試值大于規定值,應檢查接地裝置和土壤條件,找出變化原因,采取有效的整改措施。

3)檢測設備(金屬外殼、底座、機架等)等電位聯結的電氣連續性,若發現連接處松動或斷路,應及時修復。

4)石油井場接地安全系統的檢查和檢測,應由熟悉井場電氣技術的專職或兼職人員負責管理和日常巡檢。

5)當發生電氣或雷擊事故后,應及時向有關部門報告,協同有關部門人員調查分析原因和損失,提出改進保護措施。

7)川渝地區井場等電位聯結和輔助等電位連接(以下簡稱“井場等電位”)是井場接地安全的重要內容,是做好井場電氣保護、防靜電和防雷擊的關鍵,因此應消除井場等電位“三不管”現象,確保井場接地安全。 

8)為確保消除井場接地安全隱患,應將其作為設備檢查和井場電氣安全監督檢測的重要內容,各單位應高度重視,同時應強化井場等電位安裝的驗收責任,水電安裝隊或廠家安裝等電位后,鉆井隊應負責驗收,確保井場等電位電阻值≤0.03Ω;加強運行檢查和維護,鉆井隊在設備投入運行后,應在電氣設備運行記錄中記錄井場等電位連接情況及等電位電阻實測值,對等電位電阻值不符合標準的設備,應進行檢測整改,確保其等電位電阻值符合要求。

9)井場安全監督應定期抽查鉆井隊電氣設備運行記錄,應對記錄中的等電位檢查和維護情況進行監督,發現問題,及時通知和監督鉆井隊進行自檢和整改,必要時對井場等電位進行全面檢測。

效果

經整改后,該井場視頻監控系統等電位過渡電阻值降為0.02Ω,屏蔽電阻降為2.1Ω;數碼防碰儀的等電位過渡電阻降為0.01Ω;柴油機集控系統數據采集箱等電位過渡電阻降為0.01Ω,并在通訊線接口處安裝了浪涌保護模塊。

 

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