隨著電子設備集成度越來越高，油氣長輸管道站場工程中越來越廣泛地使用以計算機電子設備為主的電子及通訊設備，這類電子設備本身的耐壓值較低，其采用的網絡信號等也容易被干擾。對于直擊雷及多種雷電引起的雷擊電磁脈沖危害，需進行針對性和綜合性的防雷措施，才能達到理想的效果。德國防雷專家希曼斯基在《過電壓保護理論與實踐》一書中，提出如下圖所示的防雷框圖。
另外，油氣長輸管道站場作為油田地面工程的重要環節，不僅自身處于空曠地帶而且通訊塔通常布置于控制室附近。因此，油氣長輸管道站場通信塔很容易受到直接雷擊和雷擊電磁脈沖干擾。相對于專屬雷達站和通訊設施防雷，油
氣長輸管道站場通信塔的防雷也容易被忽視。本文以乍得(CHAD)某油氣長輸管道站場通訊塔雷擊事故為例，探討了類似設施通訊塔雷擊電磁脈沖的危害及預防措施，藉此提高類似場所防雷擊的重視程度，為海外油氣田地面工程的通訊塔防雷設計提供了一些可靠的參考。
1雷擊電磁脈沖對微電子設備的危害成因及預防措施
雷擊電磁脈沖( Lightning Electromagnetic Pulse，LEMP )是地閃回擊過程產生的瞬時電磁場及其強大閃電流。雷電流具有很高的峰值和波前上升陡度，能在所流過的路徑周圍產生很強的暫態脈沖電磁場，它的感應范圍很大，在該電磁場中的導體會產生感應過電壓(流)。當建筑物遭受雷擊時，雷電流沿建筑物防雷裝置中各分支導體人地，流過分支導體的雷電流會在建筑物內部空間產生暫態脈沖電磁場，脈沖電磁場交連不同空間的導體回路，會在這些回路中感應出過電壓和過電流，導致設備接口損壞。雷電流產生的暫態脈沖電磁場不僅能在建筑物內的導體回路中感應過電壓和過電流，而且也能在建筑物之間的通信線路中感應出過電壓和過電流。過強的LEMP對建筑物、人身和各種電氣設備及管線都會有不同程度的危害。這種危害就是雷擊電磁脈沖所產生的干擾。建筑物內的雷擊電磁脈沖干擾指以下三種情況:
1)天空中雷電波的電磁輻射對建筑物內電力線路和電子設備的電磁干擾。
2)建筑物的防雷裝置接閃時，強大的瞬間雷電流對建筑物內電力線路和電子設備的干擾。
3)由外部各種強、弱電架空線路或電纜線路傳來的電磁波對建筑物內電子設備的干擾。
2油氣長輸管道站場通訊塔防雷擊設計要點
(1)防直擊雷措施
油氣長輸管道站場一般坐落于空曠地帶，通訊塔通過引下線與主接地網多點連接;配電間和控制室宜采用屋頂設置避雷帶，然后經過引下線引至全場接地網的防雷系統。但需要重點注意的是，作為唯一高 聳建筑的通訊塔的引下線人地點，應遠離和控制室的引下線與主接地網的連接點，且避免和引人引出的電纜、金屬管道等靠近(一般以2m以上為宜)，減少電磁感應現象。本項目油氣長輸管道站場雷擊事故后，采取了在通訊塔的遠離控制室的北側增加引下線與補充新接地極的措施，并取消原來南側控制室附近的兩個引下線入地點。
(2)等電位連接和屏蔽措施
為了防止雷電電涌等瞬態電流路徑在接地系統中引起的高電壓的危害，通常需要將引人或引出控制室的管道、電纜及槽盒，建筑物鋼筋及金屬構件，室內設備的箱體、柜殼等現場所有金屬設施可靠的連接在一起并與防雷接地系統相連。建筑物鋼筋、金屬設備及電纜金屬屏蔽層和鎧裝層的接地的等電位連接，實際形成了不同的屏蔽效果。其中容易忽視的是，引入或引出控制室電源或信號電纜的鎧裝層或屏蔽層，或各類金屬管道，未按系統要求接地;高頻( 10MHz以上)數字化電子系統未引多根長度相差20%的等電位連接線等。本項目航空障礙燈電源線鎧裝層在金屬燈罩處、塔體中部與下部等處做等電位連接，并在電纜入戶處就近與主接地網連接和加裝浪涌保護器( Uw=2.5kV， 8/20μs，In=60kA, 2P),
(3)合理的綜合布線
強電弱電電纜嚴格分開、進人控制室的電纜要保證足夠的埋地長度、采用金屬穿管敷設方式并對金屬管多點接地等合理布線要求，可以保證當受到雷擊時一個通道內的電纜受到影響，其他電纜不會受到感應而發生損壞。本項目中航空障礙燈的電源線原是從控制室引出，后改從配電間引出。
防直擊雷措施、等電位連接和屏蔽措施、合理的布線，均無法完全避免雷電波沿線路的人侵，從而防止反擊。為了保護設備，還需要增加浪涌保護，其以外部防雷保護措施為前提，與內部防雷保護措施密切配合，并采取分級保護、逐級泄流的原則。浪涌保護不僅對雷電過電壓有效，也可使設備免受大部分操作過電壓的影響。本項目在防雷系統改進措施中，在部分重要設備如通訊、陰保設備處增加了能量相互配合的浪涌保護器。浪涌保護器設置在很多文獻均有描述，在此不做贅述。
3工程實例
以國外乍得( CHAD)某油氣長輸管道站場項目為例，該項目未充分考慮當地雨季雷害問題，忽略客觀環境情況的嚴峻性，導致防雷和接地裝置設計不足或不合理，在某次雷擊事故中，造成控制室內設備電源模塊、SCADA系統主板、顯卡等電子設備損壞;通訊塔南側6m處廣播報警系統警示燈保險爆裂、功放燒壞; CCTV大屏幕全部無顯示;通訊塔南側路燈全部跳閘等諸多故障和重大損失。其防雷接地問題具體體現在外部防雷措施、內部防雷措施以及屏蔽措施不足或不合理:
1 )外部防雷措施中，利用通訊塔體作為接閃器，只在塔角四點將引下線就地與接地極連接，未就土壤電阻率高的情況考慮設置外引接地極和在遠離控制室一側設置輻射形水平接地體;通訊塔引下線入地點就近與控制室周圍的主接地網連接，導致控制室的接地引人線距離雷電引下線過近;接地極僅考，慮工頻接地電阻，未按沖擊電流計算接地極的有效長度，導致實際長度遠小于有效長度，雷電流不能很好地泄放入地;航空燈電源電纜未在兩端及人戶處將金屬外皮和鎧裝層與通訊塔體做等電位連接，導致雷電流引人等.
2)內部防雷措施中，等電位連接措施不夠完善，未給需要保護的設備在正確的位置加裝能量配合的浪涌保護裝置.
3)屏蔽措施中，對穿人中控室的導電金屬物，例如某些電纜的鎧裝層，未就近與鋼筋混泥土結構中的鋼筋做等電位連接和在防雷區交界處做等電位連接.
4)其他接閃、泄流、均壓和合理布線等防雷擊電磁脈沖措施不完善。綜上所述，本次雷擊事故中多處弱電設備損壞和電氣設備跳閘。在各類油氣田地面工程中，經常出現某一方面的防雷措施不夠完善，造成重大損失。
油氣長輸管道站場的通訊塔防雷設計中，存在防雷電電磁脈沖措施不合理和不完善的現象。防雷設計應在充分了解當地氣象情況、土壤電阻率以及結合站場布置特點，依據最新的規范科學設計，從而達到安全可靠、技術先進、經濟合理。本文以乍得某油氣長輸管道站場雷擊事故為例，分析了原因，并列出了設計中易忽視的要點，為完善防雷設計提供了重要參考。
