关键词：雷击；自升式钻井平台；评估
1 引言
海上设施包括固定设施和移动设施，都没有专门的防雷设计标准，在实际的工作中，多是引用GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》，GB50650-2011《石油化工装置防雷设计规范》，GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》。中国船级社的《海上固定平台安全规则》和《海上移动平台安全规则》均未对防雷设计做具体规定，仅要求“应按所用规范、标准的要求确定平台上需要避雷的设施和处所，并采取有效的避雷措施”。本文依据现有建构筑的标准对渤海某自升式钻井平台进行防雷分区并开展雷电风险计算。
2 防雷分区的划分
参照相关标准[1] 海上自升式钻井平台需要进行防雷分区的划分，自升式钻井平台存在大量弱电设备，需要保护和控制雷电电磁脉冲环境，应划分雷电防护区。钻井平台雷电防护区的划分基于雷电电磁环境，从外部到内部划分为不同的雷电防护区。由于海上钻井平台存在移动和固定两种状态，在固定状态下，钻井平台的三个桩腿是要插入海床，此时平台的最高点就是井架，当钻井平台在移动过程中，三个桩腿是升起来的，此时平台上桩腿高度将超过井架，因此防雷分区将出现两种分区情况，分别见图1和图2。
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图1 钻井平台在工作状态下的分区情况 图2 钻井平台在码头及拖航状态下的分区情况
防雷分区表明在不同的分区所采取不同的防雷技术措施，依据 [2]宜在雷电防护区界面处设置信号线路浪涌保护器。对于处于LPZ0B区的设备和线路，雷击空间电磁场没有衰减，均可感应产生较强雷电浪涌，应采取设备和线路空间电磁屏蔽措施，并在接口处安装浪涌保护器。对于处于LPZ1区的设备和线路，雷击空间电磁场穿过金属屏蔽体时得到衰减，宜采取设备和线路空间电磁屏蔽措施，并在接口处安装浪涌保护器。对于处于LPZ1区的设备和线路，雷击空间电磁场穿过金属屏蔽体时得到衰减，宜采取设备和线路空间电磁屏蔽措施，LPZ0B区引入线路接口处应安装浪涌保护器。对于处于LPZ2区的设备和线路，雷击空间电磁场穿过两层金属屏蔽体时得到较大衰减，可不采取设备和线路空间电磁屏蔽措施，LPZ0B区引入线路接口处应安装浪涌保护器。
3 主要设备雷击风险评估
3.1 直升机甲板
直升机甲板在移动状态处于LPZ0B区；在固定状态处于LPZ0A区，存在雷击风险，但直升机甲板因直升机起降不适合单独设置雷电防护系统，且人员在甲板上活动的时间较少，故不需要单独对甲板进行防雷改造。为避免遭受雷电伤害，建议在雷电活动发生期间，人员禁止在直升机甲板上活动。
3.2 吊车
根据海上钻井平台防雷分区划分结果，当吊车处于复位非工作状态时，其基本处于防雷分区的LPZ0B区，当吊车处于工作的最大极限状态时，其扒杆前端部分将离开防雷分区的LPZ0B区进入LPZ0A区，因此，只要确保在雷雨环境下，吊车不能作业这一原则，吊车是不会受到直击雷雷击影响，所以不考虑吊车的直击雷防护。
3.3 其他相关设备
通讯系统、现场仪表系统、气体检测控制系统、现场传感器（变送器）等钻井相关设备均具备金属外壳或为金属结构，且外壳或屏蔽层均有接地，具备一定的电磁屏蔽效能，但这些电仪设备的电力信号回路容易遭受感应雷，需要对这些设备遭受感应雷后对人身伤亡风险和公共服务损失风险进行计算，根据计算结果提出防雷改造措施和建议。
4雷击风险计算
4.1 气象资料的收集
雷电灾害风险评估需要相关气象资料的支持，主要包括评估对象所在地雷击大地密度、雷电流强度分布、闪电月变化分布、闪电时变化分布等。我国闪电监测网只能覆盖大陆及部分近海区域（距海岸线100km内的海域）且近海海域的资料不具备统计意义，鉴于此，只收集海域平均雷击大地密度资料，进行雷击风险计算。本文以渤海区域平均雷击大地密度4.21fl?km-2?a-1 作为风险评估的计算值。
4.2风险分析计算
针对钻台露天区域开展进行风险值R1进行全面计算，计算钻台露天区域的人员伤亡和财产损失的风险，由于目前尚没有针对海上自升式钻井平台的评估方法和标准，参照[2] 设计钻台特性、钻台内部电力系统及有关进线的特性、钻台内部信息系统及有关进线的特性、钻台外部的特性、钻台内部的特性等评估因子的取值。然后预计钻台的雷击次数，再计算人员伤亡的风险和财产损失的风险，经计算钻台露天区域的风险值R1=3.82×10-2，比可接收风险值R＝10-5的值高，应采取相关防护措施降低风险；主要风险来自雷电浪涌入侵内部系统导致的火花引发的爆炸而引起的；应采取的防护措施为内部信号系统安装符合GB/T21714.4-2008要求的SPD、对各线路采用优质屏蔽线缆。采取相应防护措施后，风险R1降至8.23E-6，比可接受风险RT=10-5低，在可承受风险范围内。
5. 防雷措施与建议
1）日常加强对等电位连接线路有效性的检查。
2）检查现场所有的布线，对不符合规范要求的布线问题进行整改。
3）根据平台结构特点，划分雷击风险的不同区域，对不同区域的设备设施进行风险评估。确定造成设备设施雷击风险概率的大小，结合现场对作业过程中的要求，对平台易遭受雷击的设备设施进行防雷改造。
参考文献：
[1]《电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）
[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）
论文作者:苑世宁
论文发表刊物:《中国电业》2019年第21期
论文发表时间:2020/4/15
标签：防雷论文; 风险论文; 钻台论文; 雷电论文; 平台论文; 设备论文; 分区论文; 《中国电业》2019年第21期论文;