论文部分内容阅读
[摘 要]阐述了现代油田钻机主要防雷技术，提出了综合防雷技术，分析了雷击可造成井区内人身及设备不安全的因素点；并针对石油钻机防雷现状，应用综合防雷技术在该钻机上进行技术改造，取得理想的效果。
[关键词]综合防雷技术；石油钻机；应用
中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0027-01
1 现代油田钻机防雷技术
1.1 油田钻机现主要防雷技术
现在钻机防雷主要是采用防直击雷，是采用避雷针、避雷网格、避雷带等传统的避雷装置，只要设计规范、安装合格，这些避雷设施便能对直击雷进行有效的防御。但是无论多么完善的避雷针、网格和避雷带，对雷击电磁脉冲产生的感应过电压和过电流的防护都无能为力。因此，仅靠避雷针、网格、避雷带防雷己远远不能满足今天电气时代的钻机实际需求。
1.2 油田钻机综合防雷技术
为了适应现代电气化钻机需要，一方面做好直击雷防护设计；另一方面要把防雷击电磁脉冲的无孔不入作为电子化时代雷电防护设计的重点。
综合防雷技术包括：
a）直击雷防护技术。b）评比技术。c）等电位连接技术。d）共用接地技术。e）合理的综合布线技术：。f）设置、安装线路浪涌保护器（SPD）。
这六项技术措施，相互配合、相互补充、缺一不可，构成一套完整的防雷体系。
2.雷击可造成井区内人身及设备不安全的因素点
2.1 人身安全
直接雷击与电器短路可导致的不安全因素，可由两个部位引起。一是当直接雷击中井架时，井架所有与表面接触的金属部分均可视为直接雷击引下部分。若人在雷击时站在地上手触井架金属部分，可造成人与大地的雷电流泄流通道的一部分。同时，若人此时在距井架近距离行走时可造成跨步电压对人体的伤害。特别是连接井架线槽与空压机线槽及供电设备房之间，地网之间没有形成一个等电位，在人员跨越或人体接触时，将会造成对人体的伤害。二是活动房屋没有形成等电位连接，当独立活动房屋出现故障时，加在它上面的球形雷或用电设备对地产生短路时，该房对地或相邻房间形成电位差。若人处于他们之间时则会发生人身安全事故。
2.2 用电设备的安全
由于用电设备的供电线路是由没有电磁屏蔽层的线缆连接各种低压监测、控制、网络通信设备的，其设备线路都没采用屏蔽线或将金属缆线穿钢管作屏蔽处理。因此，在该井的电磁环境较差。当井架或高压架空线路遭受雷击时，感应在这些设备连接线两端的雷电高电压与雷电脉冲电压可以达到几百伏至上千伏。一旦遭受雷击，低耐壓水平的设备将损坏无疑。
3 油田某ZJ50L钻机现状
a）各井架本身架较高约45米，井架接地状况简单，并且没有做到等电位连接。b）钻机地处海南，井架基础在平原由砂石堆积而成，井架周围工作区为开阔地，地质条件差：海南气候条件属于多雷区，雨季属雷电灾害多发区。c）井区用电采用柴油发电机组2台，平时正常工作两台发电机组，供电制式为IT制，防碰天车、液压大钳、电磁刹车、井架照明、照明灯、泊泵、污水泵均在总配电箱内分别由控制开关柜控制，由总配电引出一路控制井架内一个功率30万KW的马达；另一路引致电磁刹车电源控制柜，经交流转换+24V输出。井架由柴油发电机供电，输出电压400V，经变压器转换后，一路为风压机供电，另一路为油罐及机房照明送电。d）生活区及380V及以下电源线路均采用普通绝缘软质线，线路长度不超过100米，通过埋地屏蔽分布。e）录井计算机设备电源与井队办公生活用电一起使用。f）活动房屋均分别由一根0.5米金属棒打入地下作接地处理，其接地引下线用软电缆线连接，没有进行有效的等电位连接。g）配电房至井架、空压机电源线槽为金属槽，其接地效果较差。h）油罐区都是单桩接地极并且接地线腐蚀锈住。i）施工区内建筑物、电源接地都为独立接地。
4 解决的基本措施
4.1 直接雷击防护
由于井架本身属于钢质材料结构，且从顶端到底部均是贯通一体的大型构件。因此当直接雷击击中井架时均不构成对其本身结构与性质的破坏。因此，要做好钢体与地网的连接。直接雷击地网接地电阻一般要求小于10Ω。
活动房屋属于金属壳体，雷与大地放电时首先接闪对象是金属物体。井场活动房虽然处于井架保护范围之内，但不排除球形雷威胁的可能性。由于球形雷能量不大，因此，活动房本身金属壳体能承受其打击，应在原有接地系统中加装接地装置及做等电位连接。
4.2 雷电电磁脉冲防护
由于胜利油田ZJ50L钻井队在海南老城区地区钻井，地质条件复杂，雷电多发，故安全因素提到重要位置，众所周知钻井队的勘探危险性较大，电器设备均要采用防暴型避雷器。
a）在总配电-380V总控制柜处分别加装两组雷电流波形8/20μs波形，雷电通流容量≥60KA三相电源浪涌保护器。作为该供电系统的第一级防浪涌保护。b）在油罐区电源防爆箱内安装标称通流容量为20KA的电源避雷器，作为该线路二级防浪涌保护。c）在办公区和生活区总电源处分别安装三相电源避雷器，作为办公区电源二级防浪涌保护。d）在办公区计算机控制室选用ZGJ-X2R办公插线板，作为该线路的三级及精细电源防浪涌保护。e）在防喷装置电源箱内安装标称通流容量为20KA的电源避雷器，作为该线路二级雷电浪涌保护。
4.3 电磁屏蔽措施
作为对雷电电磁脉冲的防护，电磁屏蔽措施是防雷措施的重要组成部的之一，才不会受到外界电场与磁场的干扰。这里，被保护物是指设备本身及其设备相连接的金属线路。为了对设备本身采取屏蔽措施，一般的做法使用金属壳封装设备或将设备所在区域进行屏蔽。那么线路上的屏蔽重要手段就是采用金属线槽、线路分别穿金属钢管或采用有铠装的电缆，金属线槽或屏蔽层应做接地与大地进行连接。
4.4 等电位连接措施
等电位连接的作用是将处于同一区域的可导电物体，电子电气设备通过处于同一地电位接地系统进行连接，用以防止两导电物之间，导电物与接地系统之间的电位差，而导致对人体及电子设备的伤害或损坏。等电位连接措施是将防范区域内的地网做成联合地网，这是地下的等电位连接。将地面或机房内可导电物体及交流工作接地、直流工作接地、防静电接地、安全保护接地、防雷保护接地进行连接，这就是地上的等电位连接。
井队各活动房屋、发电机房、供电房、井架均属单一各自分别接地。供配电线路、井架、空压机等金属线槽，考虑到它们与井架连接，如果井架遭受直接雷击，会直接影响供配电系统，因此，不能直接连接。活动房屋外壳属于大宗金属物体，而且接地都是各自独立接地，为了防止它们之间在雷击或电源对壳体短路时造成活动房之间活动房与大地之间的电位差，因此，将活动房进行了等电位连接。当进行了等电位连接后，它们的接地系统得到了充分的保证，在各点之间几乎不存在电位差，因此，电位差连接是合理的。因为生活区与井区距离较远，所以生活区与工区等电位连接是分别进行的。
4.5 共用接地系统
作为钻井作业区内，最理想的连接系统是采用共用接地系统，只要考虑好不同接地引出线间不同要求的安全距离，这对整个井场的安全将起到很好的保证，不同接地引出线间不同要求的安全距离，这对井场的安全起到很好的保护作用。
4.6 合理的综合布线
电源线路、控制线路、信号线路因为它们承受的电压、电流不相同，而且线路的长度、出入路径不同，因此，在其中一条线路感应雷电电磁脉冲时，将会对捆绑在一起平行行走的其他线路上同样感应上雷电电磁脉冲。因此，线路两端耐压水平低的设备将会损坏，合理的综合布线同样是防雷措施不可分割的一部分。
5 结束语
通过在中石化胜利油田海南50L石油钻机采用现代综合防雷六大技术，实施完整的，多层次的防护措施，整部钻机投入16万元进行防雷改造。近一年来，钻机设备电气和电子系统的运行可靠，未发生过因雷击在成的人员伤害和设备损坏，有力的保证了安全生产。
[关键词]综合防雷技术；石油钻机；应用
中图分类号：TE922 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0027-01
1 现代油田钻机防雷技术
1.1 油田钻机现主要防雷技术
现在钻机防雷主要是采用防直击雷，是采用避雷针、避雷网格、避雷带等传统的避雷装置，只要设计规范、安装合格，这些避雷设施便能对直击雷进行有效的防御。但是无论多么完善的避雷针、网格和避雷带，对雷击电磁脉冲产生的感应过电压和过电流的防护都无能为力。因此，仅靠避雷针、网格、避雷带防雷己远远不能满足今天电气时代的钻机实际需求。
1.2 油田钻机综合防雷技术
为了适应现代电气化钻机需要，一方面做好直击雷防护设计；另一方面要把防雷击电磁脉冲的无孔不入作为电子化时代雷电防护设计的重点。
综合防雷技术包括：
a）直击雷防护技术。b）评比技术。c）等电位连接技术。d）共用接地技术。e）合理的综合布线技术：。f）设置、安装线路浪涌保护器（SPD）。
这六项技术措施，相互配合、相互补充、缺一不可，构成一套完整的防雷体系。
2.雷击可造成井区内人身及设备不安全的因素点
2.1 人身安全
直接雷击与电器短路可导致的不安全因素，可由两个部位引起。一是当直接雷击中井架时，井架所有与表面接触的金属部分均可视为直接雷击引下部分。若人在雷击时站在地上手触井架金属部分，可造成人与大地的雷电流泄流通道的一部分。同时，若人此时在距井架近距离行走时可造成跨步电压对人体的伤害。特别是连接井架线槽与空压机线槽及供电设备房之间，地网之间没有形成一个等电位，在人员跨越或人体接触时，将会造成对人体的伤害。二是活动房屋没有形成等电位连接，当独立活动房屋出现故障时，加在它上面的球形雷或用电设备对地产生短路时，该房对地或相邻房间形成电位差。若人处于他们之间时则会发生人身安全事故。
2.2 用电设备的安全
由于用电设备的供电线路是由没有电磁屏蔽层的线缆连接各种低压监测、控制、网络通信设备的，其设备线路都没采用屏蔽线或将金属缆线穿钢管作屏蔽处理。因此，在该井的电磁环境较差。当井架或高压架空线路遭受雷击时，感应在这些设备连接线两端的雷电高电压与雷电脉冲电压可以达到几百伏至上千伏。一旦遭受雷击，低耐壓水平的设备将损坏无疑。
3 油田某ZJ50L钻机现状
a）各井架本身架较高约45米，井架接地状况简单，并且没有做到等电位连接。b）钻机地处海南，井架基础在平原由砂石堆积而成，井架周围工作区为开阔地，地质条件差：海南气候条件属于多雷区，雨季属雷电灾害多发区。c）井区用电采用柴油发电机组2台，平时正常工作两台发电机组，供电制式为IT制，防碰天车、液压大钳、电磁刹车、井架照明、照明灯、泊泵、污水泵均在总配电箱内分别由控制开关柜控制，由总配电引出一路控制井架内一个功率30万KW的马达；另一路引致电磁刹车电源控制柜，经交流转换+24V输出。井架由柴油发电机供电，输出电压400V，经变压器转换后，一路为风压机供电，另一路为油罐及机房照明送电。d）生活区及380V及以下电源线路均采用普通绝缘软质线，线路长度不超过100米，通过埋地屏蔽分布。e）录井计算机设备电源与井队办公生活用电一起使用。f）活动房屋均分别由一根0.5米金属棒打入地下作接地处理，其接地引下线用软电缆线连接，没有进行有效的等电位连接。g）配电房至井架、空压机电源线槽为金属槽，其接地效果较差。h）油罐区都是单桩接地极并且接地线腐蚀锈住。i）施工区内建筑物、电源接地都为独立接地。
4 解决的基本措施
4.1 直接雷击防护
由于井架本身属于钢质材料结构，且从顶端到底部均是贯通一体的大型构件。因此当直接雷击击中井架时均不构成对其本身结构与性质的破坏。因此，要做好钢体与地网的连接。直接雷击地网接地电阻一般要求小于10Ω。
活动房屋属于金属壳体，雷与大地放电时首先接闪对象是金属物体。井场活动房虽然处于井架保护范围之内，但不排除球形雷威胁的可能性。由于球形雷能量不大，因此，活动房本身金属壳体能承受其打击，应在原有接地系统中加装接地装置及做等电位连接。
4.2 雷电电磁脉冲防护
由于胜利油田ZJ50L钻井队在海南老城区地区钻井，地质条件复杂，雷电多发，故安全因素提到重要位置，众所周知钻井队的勘探危险性较大，电器设备均要采用防暴型避雷器。
a）在总配电-380V总控制柜处分别加装两组雷电流波形8/20μs波形，雷电通流容量≥60KA三相电源浪涌保护器。作为该供电系统的第一级防浪涌保护。b）在油罐区电源防爆箱内安装标称通流容量为20KA的电源避雷器，作为该线路二级防浪涌保护。c）在办公区和生活区总电源处分别安装三相电源避雷器，作为办公区电源二级防浪涌保护。d）在办公区计算机控制室选用ZGJ-X2R办公插线板，作为该线路的三级及精细电源防浪涌保护。e）在防喷装置电源箱内安装标称通流容量为20KA的电源避雷器，作为该线路二级雷电浪涌保护。
4.3 电磁屏蔽措施
作为对雷电电磁脉冲的防护，电磁屏蔽措施是防雷措施的重要组成部的之一，才不会受到外界电场与磁场的干扰。这里，被保护物是指设备本身及其设备相连接的金属线路。为了对设备本身采取屏蔽措施，一般的做法使用金属壳封装设备或将设备所在区域进行屏蔽。那么线路上的屏蔽重要手段就是采用金属线槽、线路分别穿金属钢管或采用有铠装的电缆，金属线槽或屏蔽层应做接地与大地进行连接。
4.4 等电位连接措施
等电位连接的作用是将处于同一区域的可导电物体，电子电气设备通过处于同一地电位接地系统进行连接，用以防止两导电物之间，导电物与接地系统之间的电位差，而导致对人体及电子设备的伤害或损坏。等电位连接措施是将防范区域内的地网做成联合地网，这是地下的等电位连接。将地面或机房内可导电物体及交流工作接地、直流工作接地、防静电接地、安全保护接地、防雷保护接地进行连接，这就是地上的等电位连接。
井队各活动房屋、发电机房、供电房、井架均属单一各自分别接地。供配电线路、井架、空压机等金属线槽，考虑到它们与井架连接，如果井架遭受直接雷击，会直接影响供配电系统，因此，不能直接连接。活动房屋外壳属于大宗金属物体，而且接地都是各自独立接地，为了防止它们之间在雷击或电源对壳体短路时造成活动房之间活动房与大地之间的电位差，因此，将活动房进行了等电位连接。当进行了等电位连接后，它们的接地系统得到了充分的保证，在各点之间几乎不存在电位差，因此，电位差连接是合理的。因为生活区与井区距离较远，所以生活区与工区等电位连接是分别进行的。
4.5 共用接地系统
作为钻井作业区内，最理想的连接系统是采用共用接地系统，只要考虑好不同接地引出线间不同要求的安全距离，这对整个井场的安全将起到很好的保证，不同接地引出线间不同要求的安全距离，这对井场的安全起到很好的保护作用。
4.6 合理的综合布线
电源线路、控制线路、信号线路因为它们承受的电压、电流不相同，而且线路的长度、出入路径不同，因此，在其中一条线路感应雷电电磁脉冲时，将会对捆绑在一起平行行走的其他线路上同样感应上雷电电磁脉冲。因此，线路两端耐压水平低的设备将会损坏，合理的综合布线同样是防雷措施不可分割的一部分。
5 结束语
通过在中石化胜利油田海南50L石油钻机采用现代综合防雷六大技术，实施完整的，多层次的防护措施，整部钻机投入16万元进行防雷改造。近一年来，钻机设备电气和电子系统的运行可靠，未发生过因雷击在成的人员伤害和设备损坏，有力的保证了安全生产。