综合录井仪防雷系统设计与维护.pdf

第 卷第 期 录井工程 装备 综合录井仪防雷系统设计与维护 王维凯 杜国勇 胜 利石油管理局地质录井公 司渤海钻探工程公司第一录井公 司 王维凯 , 杜国勇 综合录井仪防雷系统设计与维护 录井工程 , 一 摘 要综合录井仪野外作业遭受雷击的事故时有发生 , 如何避免综 合录井仪遭受雷电袭击已成为作业单位和仪 器厂家关注的重点 。 针对此 问题 , 在分析 雷击危害的基础上 , 以胜利石油管理局地质 录井公司在 口 井作业过程 中发生雷击事故为例 , 阐述了不 同仪器部件发生雷击情况 以及直接造成的经济损失 , 经分析确认在综合 录井仪现 有防雷设施条件下 , 引起雷击事故主要是雷电感应所致 , 进而探讨了综合录井仪的电源 、 信号 电缆以及接地 系统 的 防雷设计方法和防雷器件的选用 。 年月以来的应用情况表明 , 将防雷器件安装在综合录井仪的相应设备 上 , 防雷效果非常理想 。 关键词 雷电危害综合录井仪 防雷设计雷电感 应 效果 引言 目前 , 各种高大建筑物和构筑物 , 大多数仍采用 避雷针来防范雷电危害 , 虽然避雷针防雷行之有效 , 而且非常经济 , 但在人类进人电气化时代以后 , 雷电 破坏后果更为严重 , 由以直接击伤人和物为主 , 发展 到以破坏电气设施为主 。 在野外采集 、分析仪器 中 , 综合录井仪属于结构复杂 、 成本较高的仪器 , 其内部 由拥有大规模集成电路的采集与分析仪器和计算机 等组成 , 常年工作在荒野环境 , 若受到雷电袭击 , 可 能会造成不可挽回的损失 。 雷电对综合录井仪的影响 直击雷的危害 直击雷是指空中雷云对大地某点发生的强烈放 电过程 。 当直击雷放电时 , 电流在 拌 左右达到峰 值 , 并在 邵 内完全泄放 。 因此 , 直击雷电流具有 极高幅值 、 极高频率 、极强 冲击等特点 。 按我国有关 部门规定 , 标准雷强度为 , 经理论计算 , 若直 击雷直接击中传统避雷针 , 雷 电流沿引线避雷线 泄放过程中 , 在每米高度上约有 的压降 , 并随 着高度的增加而递增 。 由于高大的建筑物容易被雷 击 中 , 综合录井仪一般安放在井架附近 , 并且仪器房 高度较低 , 直击雷基本不会危害到综合录井仪 。 雷电感应的危害 在空中 , 由于正负雷云瞬间放电产生强烈雷电 流 , 会产生强大的交变电磁场 , 使得周 围固定的金属 构件 、 金属导线等物体上产生感应电流 , 就会对仪器 设备产生较强的破坏性影响 。 综合录井仪通过导线 电源线 、 传感器信号线 、 网络线与钻机及周围的传 感器连接 , 感应雷电流通过导线会损坏综合录井仪 。 从多次雷击现象中发现 , 综合录井仪损坏基本都是 由雷电感应所致 。 近年来综合录井仪被雷电袭击事故屡屡发生 , 这种高精密 、高度集成化 的电子仪器体积越来越小 , 抗干扰 、抗 电流 冲击能力越来越差 , 普通过电压保护 器件已不能有效地保护因雷电造成的高频电压波 动 , 选择具有高速反应特性的器件保护综合录井仪 各部分功能不受雷电侵害势在必行 。 电磁脉冲辐射的危害 雷电在放 电过程中 , 其 电流强度是非均匀变化 的 。 一次雷电出现 几次脉 冲放电现象 , 脉冲电流 向 外辐射电磁波 。 雷电的电磁辐射通过电磁波的形式 祸合到电子设备上如计算机等 , 就会造成设备故 障或损坏设备 。 由于综合录井仪仪器房具有屏蔽作 用 , 电磁脉冲辐射对综合录井仪的危害较小 。 王维凯工程师 , 年生 , 年毕业于胜利油田石油学校石油钻井专业 , 年石 油大学华东电气工程 及自动化专业毕业 , 本科学 历 , 现任胜利石油管理局地质录井公司工艺研究所副所长 。 通讯地址 山东省东勘 探路号 。 电话 。 。 一 录井工程 年 月 雷击实例分析 胜利石油管理局地质录井公司近几年综合录井 仪遭受雷电袭击十几次 , 造成了不同程度的经济损 失 。 通过对多次雷击事故的分析可以得 出一个结 论 雷击造成综合录井仪的损坏 , 以上是感应雷 引起的 , 感应雷形成的电磁场在动力 电缆线 、 传感器 信号电缆线上产生感生交变电动势即高频脉 冲电 压 , 造成电源设备以及有线电缆连接的信号接口损 坏 。 因此 , 应为综合录井仪设计安装避免感应雷的 防雷装置 。 井 井是胜利石油管理局地质录井公司在胜 利油区第一次承担的国内反承包井 , 该井位于平原 地带 , 用法国 生产的综 合录井 仪为该井录井服务 。 年 月在 井作业 时 , 井场不 远处发生的强烈雷电 , 在固定的网线上产 生感生高频电动势 , 使台计算机的网卡承受相同 的高电压 , 造成计算机网卡通讯芯片同时全部击穿 , 网络系统瞬间瘫痪 , 直接经济损失 余万元 。 经过 检修更换 块计算机网卡后 , 系统恢复正常 。 分析 认为这次雷击是雷电感应造成 。 井 年月日 , 在湖北某地 井施工的 一 一 综合录井仪突然遭到强雷电袭击 , 造成仪 器房断电 , 同时伴有电路板烧焦的气味 。 经过日 的连夜抢修 , 才恢复仪器功能 , 直接和间接经济损失 多万元 。 经检查 , 板 、 板 、 绞车脉冲板 、 硫化氢传感器检测板全部损坏 , 凡是与 传感器 电缆线连接 的电路板均被烧坏 , 一 板 、 一 板集成电路爆裂 , 同时远程 显示器和显 示器分配器烧坏 , 部分传感器发生故障 。 经鉴定认为是雷电感应所致 。 防雷系统设计 电子信息系统的防雷工程是一个系统工程 , 它 由直击雷的防护 、 等电位连接措施 、 屏蔽措施 、 规范 的综合布线 、 安装电涌保护器 、 完善合理 的接 地系统个部分组成 , 在一个完善的防雷系统工程 中缺一不 可 。 综合录井仪防雷方案是依据设计原则 , 同时统 筹考虑在技术上 、 工程施 工上满足综合录井仪实际 需要而制定的整体方案 。 综合录井仪防雷系统以雷 电感应防护为主 , 不仅采取安装电涌保护器 、 等电位连接 、 屏蔽及合理接地等措施 , 而且对仪器房 内部与外界连接的线缆全部增加防雷隔离 。 现分述 如下 电涌保护器 在电源线上全部使用防 雷器件 , 实施浪涌电流限制 。 等电位连接 将仪器房内的电器设备全部用 地线连接在一起 , 与仪器房成为一个等电势体 。 屏蔽 仪器房本身对仪器设备具有屏蔽作用 , 传感器电缆线屏蔽层接地 。 接地系统 将所有防雷器件全部接地 、 接仪器 房外壳 , 仪器房与井架用 铜导线连接 , 套管 可作为井架的良好地线 。 综合录井仪电源防雷设计 第一级防雷器 综合录井仪配电系统一般有两种方式 , 一种是 三相四线制 , 一种是三相三线制 。 总电源线进入仪器房首先进行综合避雷浪涌 保护 , 采用德国制造大通流量的防雷箱 , 型号为 内置 一 模块 。 它可以将 感应电压在瞬间释放到地线上响应 时 间不大于 , 确保电子器件上的电压降低到可以承受的 范围 , 其最大通流量可达 邵 , 残压小 于 。 一 防雷箱主要元器件采用模块化设计 , 当 发现防雷器不能正常工作时 , 维护人员只需对已失 效的防雷器模块进行更换即可 , 更换时并不需停电 。 一 防雷箱具有以下特点 自动延时声光报警设计在 内损坏模块 未能得到及时更换 , 再一次声光报警 。 在线电压 显示 , 自动轮换显示各相电压值 。 对每一相的防雷模块工作状态实时监视 。 自动记录雷击发生次数 , 便于对雷击情况进 行分析 。 第二级防雷器 在重要设备服务器等前端采用 一 防雷 器件 。 一 内部由高能放电管 、 压敏电阻 和快速 籍位二极管组合的保护 电路组成 , 能够将过电压 限 制在极低的水平 , 工作可靠 , 残压极低不 超过 , 保护功能较强 , 可有效保护电子器件 。 防雷器 件配有 灯显 示 工作状态 , 当绿灯亮时防雷工 作正常 , 防雷器件出现故障后 绿 灯变为红灯 , 提醒用 第卷第 期 王维凯等 综合录井仪防雷系统设计与维护 户更换防雷器件 。 为了防止电动脱气器电源线将雷电脉冲引人到 仪器房内 , 选择电动脱气器电源线防雷器 , 避免电源 受到干扰 , 可选用型号 一 防雷器件 。 另 外 , 在频发雷电地 区作业 , 可选用气动脱气器 。 信号电缆线防雷设计 传感器电缆线防雷 综合录井仪传感器数量较多 , 每一条传感器 电 缆线都必须进行 防雷 。 根据传感器两线电压不对称 通信方式 , 采用浮点双线系统防雷器件 , 此器件由气体放电管 、 压敏电阻和籍位二极管组成 , 具有通流量大 、 籍位时间极短 和保护电压数字较低 等特点 , 可有效保护采集电路板 。 以太网防雷器 录井数据的远程传输有多种方式 , 其中卫 星传 输占比较重要的位置 , 因此卫星传输天线也需要进 行防雷设计 , 根据 实际需要 , 选择 同轴电缆 防雷器 一 , 可以保证网络的安全运行 。 接地装置 根据 一 电子计算机机房安全设计 规范要求 , 仪器房接地装置应满足下列要求 交流工作接地 , 接地电阻不大于 。 安全保护接地 , 接地电阻不大于 。 直流工作接地 , 接地电阻应按计算机系统具 体要求确定 。 防雷接地 地线必须使用单芯多股铜线 , 不能 使用单芯单股铜线 。 单一传感器信号线通过防雷模块接地线截面 不小于 。 多个传感器信号线通过防雷模块接地线截面 不小于 , 。 电源线通过防雷模块接地线截面不小于 价 。 各防雷模块接地线汇合在一起 , 与仪器房外 壳接线截面不小于 “ 。 仪器房与井架应保持 同电位 , 因此仪器房与 井架必须连接 , 接线截面不小于 , 。 井架与套管等都用 金 属 配件连结 , 并且套管 下深不小于 , 以此保证套管和井架构成一个 良好的接地 系统 。 当交流工作接地 、 安全保护接地 、 直流工作接 地 、 防雷接地等 种接地共用 一组接地装置时 , 其接 地电阻按其中最小值确定 若防雷接地单独设置接 地装置时 , 其余 种接地共用一 组接地装置 , 其接地 电阻不大于 。 防雷系统的维护保养及防雷效果 维护保养 每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维 护 。 主要检查连结处是否紧固 、 接触是否良好 、 接地 引线地线有无锈蚀 、 接地体附近地 面有无异常 , 必 要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况 , 发现 问题应及时处理 。 其主要工作包括 接地 网的接地电阻应每年进行一次测量 , 要 求电阻小于 。 每年雷雨季节前应对运行中的防雷器元件进 行一次老化测试 , 雷雨季节中要加强外观巡视 , 发现 防雷模块显示窗口出现 红色及时处理 。 设备遭受雷击后应对损坏情况进行调查分 析 , 内容主要包括 各种电气绝缘部分有无击穿闪络 的痕迹 , 有无烧焦气味及设备元件损坏部位 防雷器 损坏情况 , 利用元件老化测试仪测试元件老化或损 坏情况 检查峰值电流记录卡 , 记录测量数据 , 并 向 生产厂家提供 , 对峰值电流数据应记录存档 了解雷 电事故地点附近的情况 , 分析附近地质 、 地形和周围 环境特点及当时的气象情况 保留雷击损坏部件 , 对 现场进行拍照或录像 , 及时完成调查记录 。 根据上述调查情况 , 组织有关专家分析 , 写出调 查分析报告及改进措施 。 防雷效果 胜利石油管理局地质录井公司为综合录井仪设 计的防雷装置 , 适 用于美国贝克休斯 公司生产 的 综合录井仪 、 法国 一、 一 综合 录井仪和 一 工 综合录井仪等多种型号 综合录井仪 。 自 年 月以来陆续为 台不同 型号综合录井仪安装了防雷装置 , 它们在雷雨季节 的使用效果 良好 , 台综合录井仪仪器本身以及与 传感器连接的 电路板使用到 年都没有遭 受雷击 。 结束语 随着现场综合录井仪大量电子设备以及 网络传 输设备的应用 , 要求综合录井仪的研制生产厂家 , 在 录井仪器研发过 程中 , 必须考虑其野外现场作业防 雷击的功能 , 以便彻底杜绝雷击造成的损害 , 从而确 保录井作业 不 间断 、 安 全正常运行 。 返修收稿日期 一 一 编辑耿子 友 第 。卷 第 期 英文摘要 ‘ , e l imi na t i n g f a l seano m a l y an d rea l izi n g eorree t 0 11 an d g ass h o wi n g eva l ua t i on . K 叮 words head spaee gases , l igh t en d se h r o m a to g r a p h y , ana l y s i ssa m p l e , a f f ee t i n g f ae t ors , ana l y s i s , h y d roe ar b on reservo i r , eva l ua tio n Ni u Q i an g . G eo l o ggi n gC o r n p an y , S h en g l i P e t ro l eu mM an - a g e m en t B ureau , N o . 5 , E x p l ora tio n R oa d , D on gyi n g C i t - y , S h an d on gP rov i nee , 257064 , C h i na 51 一 pin d e te ctor , m u l t i 一e h anne l p u l seana ly zer Zh u G e n qing , C h on gqing A onen g ru ik e 011T e c h . C o . L t d . , B u ildi n g3 , N o . 182 , C h an g k on gR oa d , A i r H ar b or , Y u b e i D i s t r i et , Ch on gqi n g , 401120 , C h i na I n t ro d ue t i ono f t h e f o re i g n m u dI o ggi n g t ee h n i q ueer it e r i a . W an gY oun i n g . M u dL o ggi n gE n gi ne er i n g , 200‘ , 2。l 4 5注 6 R efe r ring to fo r eignm u dlog g ing te ehniqu e e rite ria , 15 b ene f i e i a l t o d o m es t i e m u d l o ggi n g t ee h n iq ueser i es ‘ es t a b - l i s hm en t an d p er f ee t i onan dh asaeee l era t i n g ae t i on f or d o - m es t i e m u dI o ggi n g t ee h n iq ue d eve l o p m en t an dP ursu i n g f ore ig n m u dl o ggi n g t ee h n iq ueserv i ees . I nor d er t oa d a p tt o g l o b a li za t i on p e t ro l eu m ex p l ora t i onan d d eve l o p m en t an d p rov id e m u dl o ggi n g serv i ees i naeeor d anee wi t h t h e i n t erna - t i ona l p rae t i ee , an di nv i e w o f surroun d i n gi n f or m a t i on t rans m i ss i onan d s h ar i n g , t h e p a p er i n tr o d ue e dw e l l s it e i n - f or m a tio n tr a ns m i s s i ons p ee ifi e a t io nsan d stan d ar dm a 你uP language , as to roe k sa m p l eana ly s i s , id en t i f i e a t i onan d re - eor di n g , ex p oun d e d t h e i re o rres p on d i n g er i t er i a , eon t e n t an d t h eor i g i na l souree . T h e p a p er h asaeerta i n g u idi n g f une t i on f or d o m est i e m u d l o ggi n gp art i e i p a t i n gi ne o m p e t i - t i on i n i n t e rna t i ona lm ar k e t san d p rov idi n gm u d I o ggi n g se rv i ees in l in e wi t h i n t erna t i ona l P rac t i ee . K e yw or d ser it er i on , i n f or m a ti on t ra ns m i ss i on , m ar k u p l an g ua g e , sa m P l e id en t i f i e a ti on , l e g en d , eoreana l y s i s W an gY oun i n g , I n t erna t i ona l P e t ro l eu m E x P l ora t i onan d P ro d ue t i on C or p ora t i on , SINPEC , N o . 2 63 , B e i s ih uan Zh on g l u , H a idi an Di s t r i e t , B e iji n g , 1 00083 , C h i na D es i g nan d m a i n t enance f u r th e I igh tn i n gP roo f s y s te m i n e o m P re h ens i ve m u dl o g gi n g un i t . W a n g W e i k a i a n dD u G uo y on g . M “d L o g g ingE n g in e e ring . 2 0 9 , 20 l 51 53 T h un d eran d l i g h t n i n g s t ro k e d ur i n g t h e f i e l d o P era ri on o f t h ee o m p re h ens i ve m u dl o ggi n g un it m a y h a Pp enno w an d t h en , an dh o w to avo id t h e i rs tri k eson it h as b een P a id s P e - e i a lm ue h a tte n tio n to b y b o t h o p er a to rsan d m anu f aetur es . I n t h eeonn e et i on wit h t h i s i ssuean d ta k i n g t h e i rs tr iki n g aee id e n ts d ur i n g t h eo p er a tio nson 3w e l l s b yS h en g li G e- 0 l o ggi n g C o m p an y as t h eexa m p l es , t h e p a p ere x p oun d e d t h ee on d iti ono f t h e t h un d eran dl i g h t n i n g str ik esan d t h e di - reeteeono m i e 1 05 5on d i ff eren t p artso f t h eun it son t h e b a - 5 15 o f ana l y z i n g t h e h ar m s f ro m t h e m . Itw aseon fi r m e d b y t h eana l y s i s t h a tt h e m a i nreasono f t h e t h un d er li gh tn i n g s t r i k eaee id e n t s w ereeause db yt h e t h un d eran dli gh t n i n g i n d ue t i on , t h ere f ore r h eau t h or di seusse d t h ese l eet io ns f or d es i g n i n g m e t h o d so fli gh tn i n gp roo f an d p artsa b ou tt h e P o w ers , s ig na l wi resan d e art h s y s t e m s f or t h ee o m p re h en - 5 i ve m u d l o ggi n g un i t s . T h ea pp li ea t i ons f ro m Ap r il2005 s h o w e d th a tt h e i nsta l l a t i ono f li g h t n i n gp roo f p ar t s i n t h e e orre s p on d i n g d ev i e eso f t h ee o m p re h ens i ve m u dl o ggi n g u - n i ts h ave g o t an id ea lli gh t n i n gp roo f resu l t . K e y w or d s t h un d eran dl i gh t n i n g , h ar m , eo m p re h ens i ve m u dl o ggi n g un it , l i g h t n i n gp roo fd es ig n , li gh t n i n gi n d ue- t I On W an g W e i k a i . G eo l o ggi n g C o m p an y , Sh en g li il fi e l d , N o . 5 , E x p l ora t i on R oa d , D on gyi n gCit y , S h an d on gP rov i nee , 257064 , C hi na I n t r砚 duet iono fX 一r a yf lu or es ce ne ee u tt in gloggi n gin s t r u m en t . Zh u G en qing , X u Sh a o j un , Y an gR u i an dS un R u k un . M 记 ‘d L o g gi护 于9E n g in e e r ing , 20 { , 2 l 一 47 5 , 6 S t art i n gwit h eo mm on d e t ee t i on p r i ne i p l eso f s p ee t ra l ana l y s i s , t h e p a P er i n t ro d ue e d t h e b as i e p r i ne i p l esan d eo m - P os iti ono f X 一ra y fl uoreseeneeeu tting ana ly zer , ana ly ze d v i r t uesan dd e f ee t so f w ave l en g t h 一 d isP er s iv e X 一r a y ana ly zer an d ener gy d i s P ers iv e X 一r a y d etee to rs , an d su mm ar i ze d eon - s t rue t i on , f ea t ur es , te e h n i ea l i n d ex , d e t ee t i one i reu it an d ae q u i s i t i onso f t w are f unet i onso fXR F ana l y zer . I nv i e w o f t h es p ee i a l oons t rue t i ono f XRF ana l y zer , t h e p a p erex p oun - , ded Pra etieebasisforX 一r a y f l uor es eene eeu t tin g ana ly s i s . 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