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海上自升式钻井平台雷电防控技术研究与应用
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摘要：本文针对现有防雷技术，从直击雷和感应雷两个方面分析了适用于海上自升式钻井平台雷电防控技术措施，并通过对某平台进行了适应性改造，经过两个雷雨季节的验证，该钻井平台没有出现过雷电造成的设备损坏，减少了故障时间，为安全生产提供了保障。
关键词：防雷；海上自升式钻井平台；等电位；屏蔽浪涌保护器
1引言
海上钻井平台空间有限，大量的设备布置在工作甲板之上。近年来，在海上作业的一些钻井平台均遭受了不同程度的雷击，不但增加了故障停机时间，而且更带来了一定的安全隐患。依据建（构）筑物的防雷技术和钻井平台的实际情况，本文从直接雷和感应雷两个方面进行雷电防控，提出了加装浪涌保护器等技术措施，并对顶驱变频控制柜等进行了雷电防护改造。
2海上自升式钻井平台雷电防控技术研究
雷电的破坏作用是由直接雷和感应雷造成的，直击雷的破坏作用有热效应、机械效应、冲击波效应，感应雷的破坏作用有静电感应效应、电磁感应效应、电磁辐射效应等[1]。
2.1防直击雷措施
直击雷防护系统由接闪器、引下线和接地系统组成。对于金属结构平台，由于其井架、桩腿和船体构成固有的对地低电阻通路，故不需另设防直击雷系统[2]，同时防雷引下线的冲击接地电阻不宜大于10欧姆[3]。
经计算，海上某钻井平台在渤海海域作业时桩腿接地电阻约为0.65欧姆，而三根桩腿的实测冲击接地电阻均在0.5欧姆左右，远小于10欧姆。因此，不会出现桩腿接地电阻超过10欧姆的情况，桩腿作为平台直击雷接闪和泄流装置满足接地电阻要求。
2.2防感应雷措施
2.2.1感应雷防护措施包括、等电位接地、电缆和设备的屏蔽、线路布置和配备浪涌保护器。经过现场检查和测量，该平台能够在等电位接地、电缆接地和线路布置上满足要求。
2.2.2平台设备浪涌保护器的设置
根据标准规定，仪表系统的现场端和控制室段都要设置电涌保护器，现场仪表宜采用装配式电涌保护器[4][5]，但在现场检查和测量中发现，顶驱变频间中的编码器和传感器，顶驱本体的编码器和电磁阀，以及仪表系统、通讯系统、消防探测系统等缺少浪涌保护器的设置。
3改造措施及效果分析
海上钻井平台施工作业复杂，设备完整性要求高，为了能够验证减少雷电危害，对某钻井平台进行了适应性改造。浪涌保护器的选型首先要满足船用产品的要求，同时满足标准规范的要求[6]，然后通过实验设计，验证其对原有系统的影响，最终完成选型并完成工程改造。
3.1顶驱变频控制柜适应性改造
顶驱变频控制柜现有20对线路连接到顶驱本体。其中，6对传感器0-24V开关信号、11对电磁阀24VDC信号、3对编码器0-24VDC脉冲信号；4对线路连接到司钻控制台，分别为3对0-24VDC开关量信号和1对PLC24VDC供电线路。最终为顶驱变频控制柜中的编码器、传感器和电磁阀，选用OBOMDP-4/D-24-T浪涌保护器。改造前后如图1所示。
图1顶驱变频控制柜浪涌保护器安装前后对比图
3.2浪涌保护器对原有系统影响的分析
OBOMDP-4/D-24-T内部原理图和实物图（如图2）所示。浪涌保护器采用串联的方式接入电路。根据浪涌保护器的内部原理图，1-2、3-4、5-6、7-8线路串联接入到原有系统中，这四段线路只有极小的铜芯线阻，不会对信号传输带来影响。内部电路考虑到了浪涌的共模干扰和差模干扰，线线、线地间均设置一级GDT（气体放电管），在正常工作电压下GDT呈断路状态，只有当浪涌入侵时GDT才会瞬间导通，泄放浪涌至PE线，并立即恢复断路状态；为了更精细地抑制信号线间的差模干扰浪涌，设置一级二极管桥和暂态抑制二极管（TVS），起电压钳位作用，TVS自身呈高阻状态。综上，该浪涌保护器在系统正常工作状态下既不会干
扰信号的传输也不会影响原有系统的性能，只在感应浪涌出现时发生动作。
图
2OBOMDP-4/D-24-T内部原理图和实物图
4结论
1）我国渤海和南海近海海域的平均闪电密度值远大于全球海洋的平均值，且配备了大量弱电设备，因此雷电防护非常必要。
2）根据已有钻井平台雷击损失情况，受损的多为弱电设备设施，雷电静电感应和电磁感应效应造成的浪涌入侵是导致这类设备设施误动作甚至损坏的元凶。
3）自升式钻井平台的电缆设备屏蔽、等电位接地等防感应雷措施基本满足要求。尚需为现场的弱电系统设置匹配的信号浪涌保护器。
4）在爆炸危险区域内设置的浪涌保护器应安装在满足现场防爆等级的防爆箱内。
参考文献：
[1]陈加清,周璧华,贺宏兵.雷电的损伤效应[J].安全与电磁兼容,2004(6):44-48.
[2]中国船级社.海上移动平台入级规范[M].北京:人民交通出版社,2012.
[3]GB500
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