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井场电力系统浪涌保护

来源:德恩拓 发布时间:2011-11-19 9:52:55

2011-10-20 09:10:02 | 来源:本站 |

雷电是大气中的放电现象,大小和多少及活动情况与地区、地形、气象条件和所处的纬度有关,一般山地的雷电比平原多,沿海地区的雷电比大陆腹地多,建筑物越高遭雷击的机会越多。它多形成在积雨云中,积雨云随着温度和气流的变化会不停的运动,并在运动中摩擦生电,就形成了带电荷的云层。因一些云层带正电荷,另有一些云层带负电荷,同时又因静电感应常使云层下面的建筑物、树木等带有异性电荷随着电荷的积累,雷云电压逐渐升高,当带有不同电荷的雷云与大地凸出物相互接近到一定高度,且其间的电场超过2530kvcm,就会发生激烈的放电并出现强烈的闪光。放电温度高达2000,此时空气受热急剧膨胀就发生爆炸出现轰鸣声,这就是闪电与雷鸣。

据国际电信联盟统计,全世界每天约发生雷电闪击800万次,平均每秒近100次。闪电的强度高达1~10亿伏特,一个中等强度的雷暴功率可达1千万瓦,相当于一个小型核电站的输出功率。全球每年有数千人因雷电导致伤亡,财产的直接损失和间接经济损失更难以估量。四川省在今年71820日的强雷暴天气过程中,就发生雷电云地闪击68000余次,2人遭雷击死亡。72729日强雷暴天气过程,共发生雷电云地闪击46000余次。

随着我国石油天然气勘探开采开发力度增加和领域的扩大,石油天然气钻井井场越来越多地出现在了雷暴日较高的地带。近年来,随着气候的变化,川渝地区雷暴强度和次数显著增多,由于川庆公司对井场的接地系统和防雷系统进行了科学化的设计和整改,所以大部分井场经受住了雷击考验,但在今年75日九龙山地区的雷击中,川渝某井场视频监视系统、数码防碰天车、2#发电机组数据采集箱、1#柴油机组数据采集箱等仪电系统和2台笔记本却因雷击遭受了不同程度的损坏。究其主要原因,主要是对仪电系统浪涌抑制保护的技术手段掌握不牢靠,对作为防漏电、防静电、防直击雷和防感应雷的等电位联结和辅助等电位联结维护和管理不到位,对防雷器设置的数量和位置不规范,因此造成了井场仪电系统防雷的安全隐患。

井场电力系统的布置

井场仪电系统包括钻井仪表、数码防碰、视频监视系统、动力集控和油罐计量等,钻井仪表系统用于测量立压、套压、泵冲、转盘转速、转矩和绞车悬重各种钻井参数,数码防碰用于采集游车位置和速度参数及防止上碰下砸等事故发生,视频监视系统用于监视二层台、钻台、泵房、振动筛等各处状况,动力集控系统用于对柴油动力和发电机组运行参数进行监控,实现远程诊断和急停等功能,柴油计量系统用于对井场用油进行自动计量等,如图1所示。

雷击损失原因

75雷击后,川庆公司装备处立即组织了安全环保质量监督检测研究院对雷击事故进行了调查和分析,主要对上述仪电系统的井场等电位联结、辅助等电位联结,柴油机集控系统数据采集箱通信线路的浪涌抑制保护,录井等电位、防雷箱,队长(会议)室等弱电设备较集中区域的等电位和防雷箱进行了抽检。经查,作为该井场电气安全基础的接地系统效果良好,但连接至该基础的受雷击部位却有不同程度的安全隐患。经实测,视频监视系统等电位电阻标准值为0.03Ω,实测值为153Ω;数码防碰仪等电位电阻的标准值为0.03Ω,实测值为无穷大,雷击时因感应电压造成较大的电压差,其浪涌电流烧坏视频监视系统和数码防碰仪电子元件;进口柴油机集控系统2#数据采集箱上位机通讯线接口未安装浪涌保护模块,同时其等电位电阻未达到标准,导致雷击时损坏;柴油机集控系统1#数据采集箱传感器等电位电阻标准值为0.03Ω,实测值为143欧,虽然数据采集箱内信号采集和直流电源配有浪涌保护模块,但因雷击时产生较大的感应电压差,导致传感器损坏。会议室内配有单相交流防雷箱,但会议室内两台笔记本电脑电源未按要求通过防雷插座供电,故雷击时两台笔记本电脑损坏。

经调查,对井场总等电位联结和辅助等电位联结,部分单位存在井场等电位联结“三不管”现象。一是水电安装队只管安装,不管使用中出现的问题;二是钻井队只管使用,不管检修和维护;三是多数安全监督既不管使用也不管检查。调查表明,“三不管”现象使井场等电位电阻超标或根本不通,造成雷击安全隐患,甚至有可能造成“漏电不跳闸”的安全隐患。

整改及预防管理措施

严格执行井场电气和防雷标准,加大对井场等电位过渡电阻和防雷器可靠性、有效性的监测监管力度,制订相关的管理办法,消除井场等电位“三不管”现象,努力避免或减小雷击损失,消除漏电不跳闸和防雷的安全隐患。

3.1 整改措施

3.1.1定期监测井场总等电位联结母线的接地情况,测试其与发电房后场总接地和套管的连接情况,保证“生命线”的有效性,主要内容有:

1)检测总等电位连接母线的规格,应采用25 mm2铜芯电缆或35 mm2铝芯电缆;

2)检测总等电位连接母线的长度,应≤150m,且留有一定的余量;

3)检测相邻金属物体之间的等电位连接的过渡电阻,应≤0.03Ω

3.1.2定期监测井场辅助等电位联结的过渡电阻值,保证所有设施均可靠的连接至井场总等电位联结母线;

3.1.2定期测试井场“5大接地”的可靠性,保证漏电流和雷电流等的泄放通道畅通,分别为:

1)检测接地引下线的规格,应≥Ф6

2)检测接地极的规格,分三类,其中圆钢≥Ф6,扁钢截面≥48mm2,角钢厚度≥2.5mm

3)检测发电房和套管处设置的两处总接地,其接地电阻应≤

4)检测电控房处的重复接地,其接地电阻应≤

5)检测油罐的防雷接地,其接地电阻应≤

6)检测架空线终端的重复接地,其接地电阻应≤10Ω

7)检测防雷器的单独接地,其接地电阻应≤

3.1.3定期监测各种防雷器和录井防雷箱、队长(会议)室防雷箱以及防雷插座的设置情况和状态,分别为:

1)录井房应采用两级并联交流防雷箱,且末端采用防雷插座供电。防雷箱应单独设置接地极,其引下线应和房体螺栓连接后再连接至井场总等电位联结母线;

2)队长(会议)室应采用单级交流防雷箱,且末端采用防雷插座供电。防雷箱应单独设置接地极,其引下线应和房体螺栓连接后再连接至井场总等电位联结母线;

3)防雷器是否按表1的要求进行设置。

3.1.4仪电系统应按以下方法做好设计和整改:

1)钻井仪表、柴油机集控、柴油罐计量系统、数码防碰仪及视频监视系统等厂家按照均压、屏蔽和分流等防雷技术手段完善其浪涌保护措施;

2)国产动力设备集控系统应自建等电位联结母线,与钻台底座可靠连接;辅助发电房或电控房集控系统应自建等电位联结母线,与或井场后场接地体可靠连结;

3)钻井仪表、顶驱、数码防碰等设备也应自建等电位联结母线,并分别与钻台底座可靠联结。柴油计量系统应与油罐区环形等电位联结母线可靠联结;

4)集控系统数据采集箱应具备防振能力,连接信号及电源导线应具有防掉电措施;应区分设备故障地和功能地,防止传感器雷击或漏电时导致多数传感器同时损坏;应有良好的屏蔽措施,信号电缆应做好屏蔽并在两端安装信号浪涌保护模块;

5)各厂家在设备首次安装完毕及钻井队在搬家安装后,应使用专业等电位电阻测试仪进行检测,确保设备的等电位连结电阻值符合标准要求。

3.2 预防管理措施

1)石油井场接地安全系统应每年至少进行一次检查和检测,确保该套系统的可靠性和稳定性。

2)测试接地系统的接地电阻值,若测试值大于规定值,应检查接地装置和土壤条件,找出变化原因,采取有效的整改措施。

3)检测设备(金属外壳、底座、机架等)等电位联结的电气连续性,若发现连接处松动或断路,应及时修复。

4)石油井场接地安全系统的检查和检测,应由熟悉井场电气技术的专职或兼职人员负责管理和日常巡检。

5)当发生电气或雷击事故后,应及时向有关部门报告,协同有关部门人员调查分析原因和损失,提出改进保护措施。

7)川渝地区井场等电位联结和辅助等电位连接(以下简称“井场等电位”)是井场接地安全的重要内容,是做好井场电气保护、防静电和防雷击的关键,因此应消除井场等电位“三不管”现象,确保井场接地安全。 

8)为确保消除井场接地安全隐患,应将其作为设备检查和井场电气安全监督检测的重要内容,各单位应高度重视,同时应强化井场等电位安装的验收责任,水电安装队或厂家安装等电位后,钻井队应负责验收,确保井场等电位电阻值≤0.03Ω;加强运行检查和维护,钻井队在设备投入运行后,应在电气设备运行记录中记录井场等电位连接情况及等电位电阻实测值,对等电位电阻值不符合标准的设备,应进行检测整改,确保其等电位电阻值符合要求。

9)井场安全监督应定期抽查钻井队电气设备运行记录,应对记录中的等电位检查和维护情况进行监督,发现问题,及时通知和监督钻井队进行自检和整改,必要时对井场等电位进行全面检测。

效果

经整改后,该井场视频监控系统等电位过渡电阻值降为0.02Ω,屏蔽电阻降为2.1Ω;数码防碰仪的等电位过渡电阻降为0.01Ω;柴油机集控系统数据采集箱等电位过渡电阻降为0.01Ω,并在通讯线接口处安装了浪涌保护模块。

 

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