综合有源及无源等离子拒雷装置在管道泵站上的应用

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摘要：针对长距离浆体输送管道防雷的难题，本文论述了云南大红山管道有限公司三号泵站除了采用传统防雷，还引入了CPLR综合有源+无源等离子拒雷装置。阐明了雷云的形成以及该装置的防雷原理，通过实际使用达到了较好的防雷效果。

关键词：CPLR拒雷装置 等离子 长距离浆体输送

1、引言

长距离浆体输送管道的防雷工作一直是个难题。云南大红山管道有限公司三号泵站地处峨山富良棚乡西南9公里的山头上，海拔1854米，由于三号站周边都属于磁铁矿区，再加上三号站埋于地下的金属输矿管道，三号站受雷击影响特别严重，曾经使泵站主要设备之一的变频器等电力和电子设备受到严重危害。

通过传统的浪涌保护器SPD、氧化性避雷器防雷，再配以CPLR综合有源+无源等离子拒雷装置，很好的解决了长距离浆体输送管道防雷效果不佳的的弊病。

2、雷云的形成及传统防雷

雷云的形成是在大气中有带正电的冰晶和带负电的水粒，由于它们的密度不一，于是形成了一种气流，使得带正电的冰晶和带负电的水粒分离，形成一部分带正电和一部分带负电的雷云。由于雷云负电荷的静电感应，使雷云附近地面积聚正电荷，从而使地面和雷云之间形成强大的电场。当某处积聚的电荷密度很大，造成电场强度达到空气游离的临界值时，就易发生闪电落雷。

传统防雷装置一般由接闪器、引下线、接地体组成，其中接闪器有四种常见形式：避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。它是防护直击雷，保护建筑物的有效手段，也可以减弱由感应产生的和经金属导体传入电子设备内部的雷电电磁脉冲。

3、CPLR综合有源及无源等离子拒雷装置

(1) CPLR工作原理。CPLR综合有源及无源等离子拒雷装置主要工作原理在于：CPLR集有源和无源等离子防雷机理为一体，将现行的单针或多针式避雷针制成中空管形，于针端散射出由人造有源电场作用下电离空气或其他适用气体产生的1015个/m3高浓度非平衡等离子体，与避雷针尖端在雷云电场作用下以无源方式形成尖端先驱电晕放电产生的非平衡等离子体，在避雷针的端部复合，由针管端向空间发散，利用等离子体作为流动的良好导电体的特性，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。

(2) CPLR工作过程。CPLR配置有雷电预警一套、控制柜一套，接通CPLR供电电源，雷电预警器开始运转。当雷云离被保护目标直线距离约3km（历时约需15min）时，大气电场强度上升达到雷电预警器的报警限值（预整定限值为20kV/m）时，报警节点开关接通，报警信号灯发亮，启动等离子发生器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的报警限值以下，报警节点开关延时约15min断开，报警信号灯熄灭，等离子发生器停运。由报警信号节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。

(3) CPLR保护范围。在三号泵站东侧围墙里边土丘上架设一座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倍计防雷保护半径，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。

图三 CPLR安装高度H与保护半径R 、保护角θ关系图

(4) CPLR外型尺寸及质量。（不含安装塔架、控制箱及雷电预警器）

等离子体发散针管数：13根

等离子体发体散针管放射直径：6.5m（固定型）

屏蔽球直径： 750mm（固定型）

质量：≤80kg（固定型）

4、CPLR应用效果

CPLR综合有源及无源等离子拒雷装置在大范围对直击雷的拒雷保护作用，可有效防止在泵站近距离处的浆体管道或输电线路等目标遭受雷击，大幅度增大雷击的传输距离而使其能量大幅度衰减，保障SPD（浪涌保护器）对雷电侵入波的有效抑制。

三号泵站自投用综合防雷系统后，至今没有出现一次雷击，运行的设备也没有因电压波动而跳闸，这期间拒雷装置共启动67次(每有一次雷云，拒雷装置启动一次，每一次雷云可能有无数个雷击)，站内没有出现雷击现象，拒雷效果比较好，使三号站的设备和人员安全系数得到很大提高，也确保了生产的顺利进行。

5、结语

CPLR综合有源及无源等离子防雷技术，在军事基地防雷中的应用已基本成熟，但在其它领域中应用甚少，特别是长距离浆体输送管道中的应用更是史无前例。因长距离浆体输送管道自身的距离长、地况复杂等特殊性，其防雷技术一直是一个难以攻克的难点、重点，这也制约着具有高效、节能减排、环保等诸多优势的新型运输方式的长足发展。CPLR综合有源及无源等离子拒雷装置在长距离浆体输送管道上的成功应用，将为这种新型运输方式的防雷工作提供一种有效地解决模式。

参考文献

[1]虞昊.现代防雷技术基础.清华大学出版社,2006年.

[2]江燕如,梅卫群.建筑防雷工程与设计（第3版）.气象出版社,2008年.