桂志发
北京石油产品质量监督检验中心 北京市 100022
摘要：雷电是频发的对各类设施设备危害较大的自然现象。伴随雷电产生的巨大电流和电磁辐射冲击着现代化设施中的电气设备。随着我国经济快速发展，中石化加油站遍布各地，数量越来越多，在不同的气候和天气环境下要确保安全稳定运行。因此加油站受到雷电猛烈冲击的事故也在增加。需要在中石化加油站设置浪涌保护器SPD系统，做好防雷工作，确保加油站稳定运行。
关键词：浪涌保护器；加油站防雷；防雷应用
雷击是危害严重且出现频率较高的自然灾害，中石化加油站因数量不断增加，需要针对雷击危害开展特殊防护。中石化加油站的各类电子设备、电气设备应用较多，结构复杂，在雷击影响下易受到损害，须安装浪涌保护器，避免瞬间的电压和电流浪涌，确保加油站各类设备的安全稳定运行。浪涌保护器是专用的避雷设备，对雷电反应时间极快，残压较低，保护通量较大，整体稳定性强，在专门针对加油站进行的防雷设备设计中的重要性愈加突出。
一、加油站雷电灾害特征
加油站遭受的雷电灾害冲击主要有以下情况：如果加油站遭受雷击，而没有进行保护，地电位会因为雷电而迅速升高，加油站内的各类电子设备和电子设备的保护外壳都是有接地装置的。当雷击下的地电位与设备接地形成一定电位差，就会出现地电位反击。加油站的节点装置如果与设备接地形成的电位差达到一定数值，也会出现反击。这两种反击会直接对加油站内设备造成巨大危害。对加油站10年内发生的雷电灾害进行统计，得出加油系统的雷击规律，如表1所示。
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雷电灾害发生时，会有雷电浪涌侵入加油站设备，雷电产生的能量随引流器迅速引入地网当中。还有一部分能量会与加油站设备的各类金属管线产生感应，金属管线也会发生浪涌。雷电浪涌的幅度超过加油站设备可承受的程度，就会损坏地网连接的各类设备。
雷电灾害也会引起闪电感应。即使加油站未直接遭受雷击灾害，而是加油站附近的建筑物出现雷击，也会有电磁脉冲影响加油站金属管线，电磁脉冲沿着金属管线入侵加油站，出现地电位差过大和浪涌问题，对加油站设备造成损害。
加油站是有着特殊安全要求的重要设施，一旦因雷击灾害发生安全事故，容易造成较大损失，给人民生命财产带来严重危害。因此，中石化加油站必须在防雷系统设计上进行深入研究和实践，采取综合全面的防雷保护措施，做好特殊情况下的电磁屏蔽，均匀电压，合理布置等工作，采用浪涌保护器进行防雷系统设计施工。
二、SPD概述
（一）发展现状
浪涌保护器SPD，可以确保雷击灾害带来瞬间过电压情况时对各类设施设备进行防护。我国曾经将浪涌保护器称作电压保护器，在IEC标准中，浪涌保护器不仅可以防护瞬态过电压情况，还能对浪涌电流进行分流，电压保护器的描述不够全面，因此改为浪涌保护器。浪涌保护器于上世纪中开始推广，如今已经被广泛应用于需要进行防雷设计的建筑设施中。在中石化加油站中，人们的安全意识较强，防雷要求较高，引入浪涌保护器进行加油站防雷系统设计成为当前防护工作的基本工作之一。
（二）加油站防雷系统设计
加油站有各类电气设备和电子设备，遭受雷击灾害造成损坏的情况一般有以下几部分。加油站的加油系统中，加油机，加油机内部电子设备，加油机控制设备，加油设备以及较为脆弱的液位仪，多数暴露于外界环境中，金属外壳，容易遭受雷电直击损害。加油站建筑内部有各类电子设备和辅助办公设备，电气设备有变压器、发电机等。雷击灾害可能同时造成电子设备、电气设备、加油系统的损坏。
加油站各类设备较为复杂，安全性要求极高，使用浪涌保护器SPD进行雷电防护，仅仅使用一级浪涌保护器是不足以达到防护标准的。一级保护的配电箱体要根据浪涌保护器的持续电压、通流容量、限压限流等各类参数，以及被保护设施设备的绝缘情况。耐冲击情况、以及电气参数额定值等，选择多等级组合式的浪涌保护器。加油站可使用的三级浪涌保护器，其基本结构如图1所示。
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图1 三级浪涌保护器基本结构
（三）直击雷与感应雷的防护
中石化加油站在进行防雷设计时，要考虑到直击雷这种恶劣情况以及感应雷的复杂情况。为了确保雷电不会直接击中加油站的加油机、控制室和各类电子设备与电气设备等，除了浪涌保护器以外，还要加装拦截器和接闪器，在加油站外部建立起物理防雷系统。特别是铺设了长距离线缆进行通信和信号传输的加油站，要注意基本的设备接地以及加设防雷网等设备，确保不会出现防雷盲区。在直击雷的恶劣情况下，如果未做好设备防护，其他未受直击的设备也会在雷击瞬间受到感应电磁冲击的伤害。
中石化加油站经过长期防雷设计和实践，在设计规范方面已经做到了考虑全面。各类设备遭受雷电直击的情况出现几率不大，更应该关注的是对感应雷进行防护，避免感应雷通过传输电缆、金属管线等侵入各类设备。为了防止感应雷，建筑物内所有金属部分，包括金属管线、保护箱体、柜架，以及建筑上的金属窗体，金属房屋结构等，以及突出的各类金属风管等等都需要做好接地。各类结构件要通过焊接形成回路，各个相邻的引下线距离应小于18米。
（四）各类设备防护
加油站内在供电系统周围一般会使用接地防雷网和避雷针等设备防护直击雷灾害，因此直击雷产生的电压浪涌对于整个加油站供电系统的威胁较小。为了让供电系统更加稳定，加油站通常会采用冗余设计，采用双回供电设计。感应雷电的冲击能量可能从供电线路侵入整个系统的电源卡，采用三级浪涌保护器SPD可以有效对供电线路进行防护。
对于通信系统和信号传输系统进行雷击灾害防护时，要综合考虑整个回路中的各种参数，包括工作电压、电流、线缆连接方式等等。防雷系统要确保可以对系统达到保护作用，同时不会影响信号传输的稳定性。为了减少施工量，降低初投资，可以在通信线路雷击保护设计中加入串联型SPD，尽量选择压力低带原告的浪涌保护器[1]。
三、加油站电气设备浪涌保护器
（一）一级浪涌保护器
加油站是易燃易爆的危险场所，第一季的浪涌保护器必须具备严格的密封性，选型和安装需要关注以下几个参数：
首先要确定最大冲击电流。确定这一参数，要对加油站内外的导电物极性统一的分流计算。导电物总体雷电流I=150Ka/导电物数量×2。电缆线电流I1=导电物总体雷电流/电缆线数量。如果加油站内外的导电物总体雷电流和电缆线电流不容易计算，或者计算数值不可信，则选择12.5Ka作为最大冲击电流。如果导电线路设置了雷电屏蔽设备，则浪涌保护器会承受的雷电电流可以按照以上的三分之一计算。如果电缆线是架空的，并且架空位置比加油站的建筑高度高很多，那么架空线位置被雷击甚至遭遇直击雷的可能性更大。如果存在这样的情况，雷电最大冲击电流很可能超过12.5Ka。在实际的多级浪涌保护器设计中，一般选择最大冲击电流的4倍作为标称电流指导后续设计施工。
其次，要确定持续电压最大值。雷击过程中出现的电压，都是持续时间非常短而电压值又极大的瞬态电压，仅有一部分电压能量会通过SPD。电力设备运行等因素产生的过电压，持续时间较长但是电压值较低，通过SPD的能量较大，有可能会损坏SPD。对于开关类的SPD，不需要担心设备使用中的老化因素，但是保护动作之后会有持续电流，如果瞬态电压过高，有可能导致SPD爆炸。因此，SPD必须与电网接地系统相结合。中石化加油站使用的配电系统，一般最大持续电压是供电系统电压的1.2倍左右，选择SPD要进行最大电压测试。
最后，要确定SPD可以达到的保护水平。加油站电气设备使用SPD进行保护的目的，在于对所有设备都能实现有效保护，确保所有电子设备、电气设备、供电系统等都能够安全稳定运行，启动SPD，就可以将雷电带来的电流转化为安全水平内的电压值，加油站各类设备可以承受的电压值是SPD引线和保护水平电压之间的差值。选择SPD，就要全面了解SPD设备能够承受多大的冲击电压。SPD两端引线要尽量短，两端引线的总长度在半米以内较为适宜[2]。
（二）二级浪涌保护器
加油站设备的可操作性要求较高，因此二级浪涌保护器可选择模块化设计方式。如果某个模块失效，就会与加油站控制系统自动断线，故障问题会在模块表面显示出来。加油站的所有三相电源在保护机箱以及配电箱位置要安装专用避雷器，确保通过浪涌保护器的残压不超过2500V。二级浪涌保护器要依据国家标准和加油站设备的实际情况进行选择，能量与一级浪涌保护器彼此配合，标称电流不低于5Ka，具有防爆功能。
（三）三级浪涌保护器
三级浪涌保护器针对电子设备进行保护。一级和二级浪涌保护器完成保护会有残压，在电子设备的电子板可以安置在SPD附近，对重要的电子设备进行保护。三级SPD的电压需要和一级、二级浪涌保护器能够匹配，标称点不低于5Ka，具备防爆功能[3]。
四、加油站电子设备浪涌保护器
中石化加油站也有着各类电子设备，如通信设备、液压监测设备、计量检测设备、设备监控系统等等。在雷电活跃期，加油站上空或者附近区域会频繁出现瞬间突变电磁场，且能量较大。电磁场周围一公里范围内的金属管线都容易被影响，出现浪涌，导致电子设备难以正常工作，甚至被浪涌损坏。电子设备的防雷，要综合多个方面加以考虑。
首先，电子设备的各类金属外壳、金属机架机柜或者电子保护器接地端等等都会和接地网络的端子位置相连接，彼此的电位是一致的。设备和连接网络的连接线路不能过大，连接线不能过长，如果连接的面积和范围太大，雷击来临时，系统的运行可靠性会受到影响[4]。
其次，加油站内的各类电子设备要尽可能布置在加油站的中心，如果加油站有外墙，电子设备不能和结构柱接触。在实际加油站防雷系统中，如果防雷屏蔽还是无法达到对电子设备的保护要求，电子设备附近要安装电磁屏蔽网，也要和连接网络的接地端子相连。
再次，在铺设电子设备信号线路时，要使用电磁屏蔽线缆，外用金属管套加以保护。可以使用绝缘材料制造的各类结构件支撑件或者柜架等等尽量使用绝缘材料[5]。
最后，使用浪涌保护器SPD进行加油站防雷系统设计，对电子设备进行电压防护和浪涌防护。引入大功率保护器，对液位仪的线路进行全面保护。加油机的总控设备也要进行保护，须安装信号保护器，确保整个加油机系统获得全面防护。
加油站中只要是需要进行信号传递的电子设备，如通信设备、监控设备等，就要安装信号保护器，确保设备在雷击时段能够获得全面保护，可以安全工作。浪涌保护器在进行接地连接时，保护器的安装位置要装设上接地端子板，并在端子板上连接符合标准的，截面积达到16mm2以上的铜线。
结语：中石化加油站进行防雷设计，引入浪涌保护器SPD度进行整体防雷设计，初投入较高，但是加油站整体可获得极大的保护作用，确保加油站各类设备运行的安全稳定。系统防雷设计使用浪涌保护器要考虑到选型问题，经过对加油站的峰值电流、响应时间、持续工作电流等各类参数的测定，选择符合要求的浪涌保护器，施工过程中也要根据加油站需要、现场实际情况和浪涌保护器施工规范进行安装，确保浪涌保护器可以发挥良好的防雷作用，为加油站安全稳定运行提供助力。
参考文献：
[1]樊星,张雨曦,李晨.汽车加油与加气站防雷检测分析[J].南方农机,2020,51(11):216-217.
[2]刘雪雄.汽车加油站防雷安全隐患及解决措施[J].河南科技,2020(17):112-114.
[3]邓滔.浅谈地面气象观测场防雷保护措施[J].河北农机,2020(06):77.
[4]杨小枚.浅谈高山发射台的防雷技术[J].西部广播电视,2020(11):210-211.
[5]李沛.企业常见防雷技术分析[J].石化技术,2020,27(05):346+368.