CN101976829B - 一种长距离浆体输送管道拒雷系统及其控制方法 - Google Patents

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本发明涉及一种长距离浆体输送管道拒雷系统，包括浆体钢管(A)、机电设备(B)、综合有源+无源等离子拒雷装置(CPLR)和多个电涌保护器(SPD)，在所述浆体钢管(A)和所述机电设备(B)之间设有绝缘段(5)，在所述绝缘段(5)的两侧分别安装第一电涌保护器(1)和第二电涌保护器(2)。本发明由于在绝缘段的两侧分别安装第一电涌保护器和第二电涌保护器，克服了强制电流式阴极保护的矿浆钢管道不能直接接地的缺陷，而可以将采用瞬态接地的方式来实现等电位接地，来保护设备铁精矿管道引入的雷电侵入波危害。

Description

一种长距离浆体输送管道拒雷系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种拒雷系统及其控制方法，尤其是涉及一种适用于长距离浆体输送管道拒雷系统及其控制方法。
背景技术
长距离浆体输送管道的拒雷工作一直是个难题，由于战线长、地况复杂、常处深山、高海拔等原因，长期以来没有一个行之有效的解决办法。
云南大红山管道有限公司三号泵站位于多雷区域，多次发生雷击灾害，使作为泵站最主要设备的变频调速器等电力和电子系统受到危害，给人员和其他设施也带来安全威胁。三号泵站多次发生雷击事件，主要原因是雷电电磁脉冲沿长距离金属浆体输送管道和输电线路侵入站区内或雷电直击站内设施造成危害。
经现场调研，该泵站容易遭受雷击的具体原因如下：
(1)与泵站相连接的输浆钢管道长达171KM，其本身为截面大、电阻小，具有易引雷和易传导雷电暂态过电压的特性。管道整体对地具有较低的接触电阻，构成在长距离范围内易吸引雷击的“电极”。
虽然管道外壁包覆有绝缘层、管道与泵站之间嵌入有绝缘段，但经过在可类比现场脱水站测试，管道绝缘段两侧接地电阻分别为：站内设备侧0.2Ω和引入管道侧4Ω-7Ω，阻值相对均较小，而且不受管道内传输介质的影响(因钢管道本身的电阻较传输的水或矿浆的电阻小得多，而对合成总电阻起决定作用)，也即长距离钢管道是易引雷和泄放电流的良导电体，在其附近容易形成和传导雷电电磁脉冲感应的暂态过电压，对弱电系统及设备，甚至对强电系统及设备或人身造成危害。由于钢管道采用强制电流法阴极保护，绝缘段两侧钢管不能共地而存在较大的接地电阻差率，在雷电电磁脉冲感应下将形成较大的暂态过电压差值并迭加到设备上造成危害，须采取专门措施抑制。
(2)泵站位于具有一定金属矿物含量、容易接受雷云电场感应而引雷的区域，此外泵站位于山脚与平地交界地带，在雷云电场的感应作用下会造成地面感应电场较强和电场畸变、激化而容易引雷。雷云过顶时，已观察到站内金属窗栏放电现象，表明地面感应电场很强。
(3)泵站引入的35KV输电线路跨越具有铁矿的多雷区域而将雷击产生的暂态过电压传输至泵站，多次造成设备损坏或故障停运。
(4)泵站边异突的输电钢塔和站内的钢结构厂房、金属设施及相连的铁矿浆输送钢管道，均具有良好的导电性，使站内总的接地电阻较小(小于1Ω)，构成了容易引接直击雷的条件，使站区成为易遭受雷击的目标。
发明内容
本发明设计了一种长距离浆体输送管道拒雷系统及其控制方法，其解决了：
(1)长距离浆体输送管道遭遇雷击问题；
(2)具有强制电流式阴极保护的矿浆钢管道不能直接接地的问题。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种长距离浆体输送管道拒雷系统，包括浆体钢管(A)、机电设备(B)和多个电涌保护器(SPD)，在所述浆体钢管(A)和所述机电设备(B)之间设有绝缘段(5)，在所述绝缘段(5)的两侧分别安装第一电涌保护器(1)和第二电涌保护器(2)。
进一步，所述浆体钢管(A)与钢管接地点(G1)电连接，所述浆体钢管(A)与所述绝缘段(5)之间设有接口a1，所述接口a1与所述钢管接地点(G1)之间设有所述第一电涌保护器(1)；所述机电设备(B)与设备接地点(G2)电连接，所述机电设备(B)与所述绝缘段(5)之间设有接口a2，所述接口a2与所述设备接地点(G2)设有所述第二电涌保护器(2)。
进一步，所述钢管接地点(G1)和所述设备接地点(G2)之间还设有一接地带(L)。
进一步，所述机电设备(B)中包含强弱电设备(RD)，所述强弱电设备(RD)的输入端和输出端分别通过第三电涌保护器(3)和第四电涌保护器(4)与地连接。
进一步，还包括一综合有源+无源等离子拒雷装置(CPLR)，所述综合有源+无源等离子拒雷装置(CPLR)通过控制器与一雷电预警器连接；所述控制器控制所述雷电预警器中的报警结点开关。
一种长距离浆体输送管道拒雷系统的控制方法，其控制步骤如下：
接通所述综合有源+无源等离子拒雷装置(CPLR)供电电源，雷电预警器开始运转；
当雷云距离被保护目标的直线距离为A公里以内，并且大气电场强度上升达到雷电预警器的报警限值时，报警结点开关接通，报警信号灯发亮，启动所述综合有源+无源等离子拒雷装置(CPLR)的等离子发生器电离空气并经输气管向大气中发散高浓度等离子体；
当雷云漂移至距被保护目标直线距离为B公里以上时，大气电场强度下降到雷电预警器的报警限值以下，报警结点开关延时断开，报警信号灯熄灭，所述综合有源+无源等离子拒雷装置(CPLR)停运。
该长距离浆体输送管道拒雷系统及其控制方法具有以下有益效果：
(1)本发明由于在绝缘段的两侧分别安装第一电涌保护器和第二电涌保护器，克服了强制电流式阴极保护的矿浆钢管道不能直接接地的缺陷，而可以将采用瞬态接地的方式来实现等电位接地，来保护设备铁精矿管道引入的雷电侵入波危害。
(2)本发明由于还在强弱电设备RD的输入端和输出端分别通过第三电涌保护器和第四电涌保护器与地连接，使得机电设备B将受到限压保护而免遭铁精矿管道引入的雷电侵入波危害。
(3)本发明由于采用CPLR综合有源+无源等离子拒雷装置，对防雷击区域进行直击雷防护，同时拒雷击于保护范围之外，而使雷电对泵站的侵入波能量大幅度衰减，也彻底解决了人身安全隐患问题和设备、厂房等设施安全隐患问题。
附图说明
图1：本发明中CPLR拒雷保护范围侧视图；
图2：本发明中CPLR总体结构示意图；
图3：本发明中管道加装SPD保护系统图。
附图标记说明：
1-第一电涌保护器；2-第二电涌保护器；3-第三电涌保护器；4-第四电涌保护器；5-绝缘段；G1-接地点；G2-接地点；L-接地带；A-浆体钢管；B-机电设备；RD-强弱电设备。
20-综合有源+无源等离子拒雷装置；21-控制器；22-雷电预警器。
具体实施方式
下面结合图1至图3，对本发明做进一步说明：
如图1所示，表明了综合有源+无源等离子拒雷装置CPLR布置及保护范围。在泵站东侧围墙里边架设一座42m高的钢塔(地基开挖尺寸为7m×7m×2.5m)安装CPLR。按CPLR安装高度的10倍计拒雷保护半径，直击雷防护范围约为600m，可覆盖泵站的全部设施并留有充分余度。
综合有源+无源等离子拒雷装置CPLR拒雷机理：综合有源+无源等离子拒雷装置CPLR集有源和无源等离子防雷机理为一体，在阵列针管端散射出有源发生的1015个/m3高浓度非平衡冷等离子体，与针管尖端在雷云电场作用下辉光放电产生的非平衡冷等离子体复合，由针管端向空间发散。针管端浓度最高的等离子体首先对针管周围的电场起到削弱和均匀化作用，进而沿雷云电场及其地面感应电场两个方向飘移，同时沿离子浓度低的方向扩散，中和雷云负电荷及地面感应正电荷，对雷云电场及其地面感应电场起到削弱和均匀化作用，使雷云电场不能形成对被保护目标的击穿而实现非“引雷入地”式拒雷。
如图2表明了综合有源+无源等离子拒雷装置CPLR工作过程。综合有源+无源等离子拒雷装置CPLR通过控制器与一雷电预警器22连接；控制器21控制雷电预警器22中的报警结点开关。
1、接通综合有源+无源等离子拒雷装置CPLR供电电源，雷电预警器22开始运转。
2、当雷云距被保护目标直线距离约3km(到达历时约需15min)时，大气电场强度上升达到雷电预警器22的报警限值(预整定限值为20kV/m)时，报警结点开关接通，报警信号灯发亮，启动综合有源+无源等离子拒雷装置20的等离子发生器电离空气并经输气管向大气中发散高浓度等离子体。
当雷云漂移至距被保护目标直线距离约3km以外时，大气电场强度下降到雷电预警器22的报警限值以下，报警结点开关延时约15min断开，报警信号灯熄灭，等离子发生器停运。
由报警信号结点开关接通到断开的整个防雷运行周期平均为1hr，其中包括等离子发生器在雷云到来前15min接通和雷云移走后15min断开的安全余度时间，则雷云作用的净周期约为30min。
如图3表明了管道加装电涌保护器SPD(Surge Protection Device)保护系统。
具体包括浆体钢管A、机电设备B和多个电涌保护器SPD，在浆体钢管A和机电设备B之间设有绝缘段5，在绝缘段5的两侧分别安装第一电涌保护器1和第二电涌保护器2。
浆体钢管A与钢管接地点G1电连接，浆体钢管A与绝缘段5之间设有接口a1，接口a1与钢管接地点G1之间设有第一电涌保护器1；机电设备B与设备接地点G2电连接，机电设备B与绝缘段5之间设有接口a2，接口a2与设备接地点G2设有所述第二电涌保护器2。钢管接地点G1和所述设备接地点G2之间还设有一接地带L。机电设备B中包含强弱电设备RD，强弱电设备RD的输入端和输出端分别通过第三电涌保护器3和第四电涌保护器4与地连接。
采取等电位接地并配置SPD后，机电设备B将受到限压保护而免遭铁精矿管道引入的雷电侵入波危害。
该长距离浆体输送管道拒雷系统及其控制方法具有以下有益效果：
(1)本发明由于在绝缘段的两侧分别安装第一电涌保护器和第二电涌保护器，克服了强制电流式阴极保护的矿浆钢管道不能直接接地的缺陷，而可以将采用瞬态接地的方式来实现等电位接地，来保护设备铁精矿管道引入的雷电侵入波危害。
(2)本发明由于还在强弱电设备RD的输入端和输出端分别通过第三电涌保护器3和第四电涌保护器4与地连接，使得机电设备B将受到限压保护而免遭铁精矿管道引入的雷电侵入波危害。
(3)本发明由于采用CPLR综合有源+无源等离子拒雷装置，对防雷击区域进行直击雷防护，同时拒雷击于保护范围之外，而使雷电对泵站的侵入波能量大幅度衰减，也彻底解决了人身安全隐患问题和设备、厂房等设施安全隐患问题。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1. 一种长距离浆体输送管道拒雷系统，包括浆体钢管（A）、机电设备（B）和多个电涌保护器（SPD），其特征在于：在所述浆体钢管（A）和所述机电设备（B）之间设有绝缘段（5），在所述绝缘段（5）的两侧分别安装第一电涌保护器（1）和第二电涌保护器（2），所述浆体钢管（A）与钢管接地点（G1）电连接，所述浆体钢管（A）与所述绝缘段（5）之间设有接口a1，所述接口a1与所述钢管接地点（G1）之间设有所述第一电涌保护器（1）；所述机电设备（B）与设备接地点（G2）电连接，所述机电设备（B）与所述绝缘段（5）之间设有接口a2，所述接口a2与所述设备接地点（G2）设有所述第二电涌保护器（2）。
2.根据权利要求1所述长距离浆体输送管道拒雷系统，其特征在于：所述钢管接地点（G1）和所述设备接地点（G2）之间还设有一接地带（L）。
3.根据权利要求1或2所述长距离浆体输送管道拒雷系统，其特征在于：所述机电设备（B）中包含强弱电设备（RD），所述强弱电设备（RD）的输入端和输出端分别通过第三电涌保护器（3）和第四电涌保护器（4）与地连接。
4.根据权利要求3中所述长距离浆体输送管道拒雷系统，其特征在于：还包括一综合有源及无源等离子拒雷装置（CPLR），所述综合有源及无源等离子拒雷装置（CPLR）通过控制器与一雷电预警器连接；所述控制器控制所述雷电预警器中的报警结点开关。
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