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【論文精選】石化企業單電源隱患治理探討
來源: | 發布時間:2019/3/8 11:31:30 | 瀏覽次數:

石化企業單電源隱患治理探討

王志文

(中國石油哈爾濱石化公司機動設備處)

摘要  本文從作者單電源隱患治理的實踐經驗出發,探討單電源隱患問題的由來。并從石化公企業電源可靠性的角度對單電源隱患界定方法、治理方向、和注意的問題進行了探討,提出單電源隱患相關的問題的見解。

關鍵詞  石化企業、單電源、隱患、治理、探討。

前言

石化產業是國家的基礎工業,承擔成品油和基礎化工產品的生產任務。隨著經濟發展,成品油和石化產品的需求量呈逐年增加的趨勢,急需石化企業擴能改造增加產能。另一方面,石化企業屬易燃易爆的連續生產型高危企業,還要承擔來自產品質量升級和環保雙重壓力。因此,近年來石化企業擴能改造、質量升級、環保項目也越來越多。而電能作為石化企業的主要動力來源,消耗量也相應增加,石化企業電氣系統的規模隨之不斷擴大。由于石化生產高溫、高壓、連續化的特性,電源可靠性對石化企業的安全生產至關重要。尤其突發停電、晃電故障會使生產中斷,造成產品、設備經濟損失,同時還極易引發著火、爆炸等次生災害,危及周邊區域人身和財產的安全。因此,解決電源可靠性問題一直是石化企業安全生產的首要和核心問題。

從電力負荷分級的原則看,石化企業的用電負荷多一、二級負荷,依據相關設計規范,這樣的重要負荷必須有兩路電源供電,也就是常說的雙電源供電。但由于石化企業大多投產較早,受外部電網結構、地理條件的限制,電源雖然是兩路,但一般都直接或間接地取自一個變電所,一旦上級變電所出現故障,就會造成全廠停電故障,這對石化企業來說會產生嚴重事故,甚至造成毀滅性災難,這就是我們常說的“單電源隱患”。筆者全程組織和參與了哈石化單電源隱患治理項目實施,對單電源隱患治理所面臨的各種問題有著較為深刻地認識,本文對其進行總結和探討。

1. 單電源隱患的由來

單電源隱患的提法來源于負荷分級和供電要求,主要依據兩個規范和一個文件。其中《供配電系統設計規范》(GB50052-1995)第2.0.2條第1款規定:“一級負荷應由兩個電源供電;當一個電源發生故障時,另一個電源不應同時受到損壞。”在2009規范修訂后第3.0.2條規定:“ 一級負荷應由雙重電源供電,當一電源發生故障時,另一電源不應同時受到損壞。” 《石油化工企業工廠電力系統設計規范》(SH3060-1994)第2.2.2條也要求:“一級工廠用電負荷應由兩個獨立電源供電”,并對兩個獨立電源的要求做了詳細的說明。另外,國家電監會電監安全[2008]43號文件中明確要求:一級重要用戶(哈石化已經由市經委確認為一級重要用戶)應具備兩路電源供電條件,兩路電源應當來自兩個不同的變電站,當一路電源發生故障時,另一路電源能保證獨立正常供電。依據對上述規范和文件的不同理解,很多石化企業認為自己的電源系統存在著以下的問題,具體為:

1) 外部接入系統兩路電源來自于同一變電站;

2) 兩路電源同塔架設或同路徑敷設;

3) 兩路電源引自不同的變電站,但上級變電站的電源取自同一變電站;

依據上述判斷,石化企業會認定自身供用電系統存在著單電源隱患,這就是單電源隱患由來。

2。單電源隱患的界定主要原則

2008年中石油煉化系統開始了以主要整治單電源隱患為核心的新一輪電氣隱患治理工作,在實施過程中對單電源隱患的界定一直存在一些爭議和誤區。很多業內的專家也對原有規范的表述提出一些異議,在《供配電系統設計規范》(GB500522009版的修訂中引入雙重電源概念,“雙重電源”一詞引用了IEC50(601)中的術語第601-02-19條“duplicate supply”,條文解釋為:“一個負荷的電源是由兩個電路提供的,這兩個電路就安全供電而言被認為是互相獨立的。”筆者認為:雙重電源概念從安全供電的角度來界定兩個電源的獨立性和可靠性,是判定一個用電系統是否存在安全供電的風險是科學的,進而可以界定是否存在單電源隱患。雖然對于影響安全用電電源方面的問題規范中沒有做詳細描述,但依照此原則可以從以下幾方面進行分析和界定。

2.1電源接點的安全性和可靠性的界定

隨著電網改造和擴容速度的加快,電網聯網規模越來越大,可靠性也越來越高。地區級電網也由分區輻射形供電向環網供電發展,電網的網架結構也越發堅固。另一方面,隨著石化企業用電量增加,企業電力系統的規模也在擴大,接入系統的電壓等級也越來越高,220KV企業終端變電所也大量出現。因此,從電源點的安全性和可靠性來看,筆者認為:接入220KV系統多為城市主干配電網,即使兩路電源來自同一變電站,只要不是同一條母線,就不存在單電源隱患的問題。因為除非地區電網崩潰,否則幾乎沒有可能出現兩路電源同時斷電(此處不考慮線路故障)的可能。對于110KV電源接入的企業,如兩路電源來自于同一變電所不同母線,但上級變電所若為地區的環網上的樞紐變電所,也可以認為電源可靠性滿足雙重電源的要求。另外,如企業內部存在獨立發電機系統且具備孤網穩定運行的能力,也可以作為第二電源考慮,此種情況即使外部兩路電源是相互獨立,筆者認為其電源也是符合雙重電源的要求。不滿足以上三點的,可以界為企業電力系統的電源存在單電源隱患的。

2.2電源線路的安全性和可靠性界定

從哈石化公司2008年至今的統計看,外部電源故障(包括晃電)中90%以上的原因來自于線路。近年來極端惡劣天氣、地質災害造成的電力系統的故障有增加的趨勢,因城市化進程加快線路人為損壞情況也時有發生,從近年來中石油煉化企業的大面積停電事故的統計看:外部線路故障已經成主要原因。按照雙重電源定義看,對引發兩條線路同時發生故障的相關因素,應作為我們考慮線路安全性的重點。基于這一點,筆者認為以下幾種情況不滿足雙重電源對于線路的安全性和可靠性的要求。

1) 兩條線路同為電纜線路、路徑重合度大于60%,且無隔離防護措施;

2) 兩條線路同為架空線路,同桿架設路徑超過30%

3) 不同路徑的兩條架空線路防雷設施不完善,兩條都沒有溶冰、深雪措施;

4) 兩條架空線路都穿越貯罐區、棧橋等易發生大面火災的區域;

5) 兩條電纜線路都與油氣管道重合或者穿越未防護的;

6) 其它可影響兩條線路同時故障的因素;

符合上述6點,可以從電源線路方面界定為單電源隱患。

2。3繼電保護和自動裝置配置方面的界定

石化企業對電源可靠性的要求不僅僅局限不停電事故,電源回路電壓波動超過幾十個毫秒都會對安全生產造成很大影響,因此在繼電保護和自動裝置的配置也是電源可靠性應考慮的一個方面。隨著大量新技術應用,線路快速保護和自動裝置得到快速發展和廣泛的應用,二次系統保障電源可靠性能力得到了很大提升。筆者認為滿足雙重電源可靠性應具備如下條件:

1)接入系統電源線路應有光纖縱差快速保護裝置,以滿足故障時電源快速切換的要求。

2)在企業電力系統接入系統變電所的低壓側母聯和區域集中配電變電所母聯應裝設雙電源快速切換裝置,以滿足一段電源失電后第二電源可快速投入。

3)企業內部發電機組作為電源考慮時應裝設低周減載系統或穩定控制系統,以滿足機組脫離電網后可穩定運行保障供電。

不滿足以上條件,可以認為雙重電源的可靠性達不到要求或者存在隱患。

3、哈石化公司電氣系統單電源隱患治理情況簡介

哈爾濱石化分公司是中國石油天然氣股份偉德足球下屬企業,地處黑龍江省哈爾濱市,是中國石油在東北地區的原油加工企業。哈石化原有66KV變電所1座,安裝2臺單臺容量均為31.5MVA 66/6KV變壓器,變壓器總容量為63MVA66KV外電源線路2,其中一條引自哈東一次變66KV配電裝置即東煉線,線路全長為5.8公里、架空敷設。另外一路電源引自化工熱電廠(該電廠電源也引自哈東變)即電煉線,線路全長為1.6公里、架空敷設。(見圖一)

 

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圖一:哈石化改造前內外部電網接線圖

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圖二:哈石化改造后內外部電網接線圖

2009年414日由于哈東變電所故障,使公司2路電源中斷,造成公司全廠性停電。由于2路電源原來都是引自于哈東一次變一段母線,存在著單電源隱患。為保證供電可靠性,公司擬增設66KV第二電源,解決哈石化單電源隱患問題。另外,按照雙重電源可靠性的要求,電氣系統還存以下隱患:

1)原“東煉線”和電煉線都為架空線路,有7級電塔是屬于雙線同塔架設且穿越公司油罐區,抗極端天氣、地質災害、突發事故能力都很差,易出現毀滅性停電事故。

2)原有公司6KV系統是單母線并列運行方式(合環運行),6KV系統存在著環流增加損耗,系統短路電流大,所有配電設備的短路容量都達到40KA。合環運行后,一旦系統出現低電壓故障時,全廠電壓都會波動、影響較大。

3)原有總變電所投用近20年,設備老化十分嚴重。

4)原有線路保護都為基本保護,且都為電磁性保護,不能滿足快速性和可靠性的要求。

2011年1月哈石化單電源隱患項目正式立項,在項目論證和實施過程中,我們充分考慮雙重電源可靠性要求的要三個方面:電源點選自距公司只有3公里的中心變(為區域變電所見圖三),線路采用電纜線路,新建線路安裝光纖差動保護,主6KV變電所母聯安裝快切裝置,這些方案都使電源可靠性大大提高。

 

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圖三:哈石化外部電電網地理位置圖

2012年8月份哈石化公司全廠停工檢修30天,利用全廠低負荷有利時機,在原有變電所分段停電作業,實現了在線更換全所全部設備。910日哈石化公司第二路電源引自中心變的“中煉線”一次送電成功,標志單電源隱患改造項目順利完成,實現了雙電源供電,供電可靠性大為提高。一方面是:電源點分別引自哈爾濱地區的樞紐變電所—哈東變,另一電源點:引自哈爾濱地區主要區域變電所—中心變,這兩個電源點的可靠性都非常高。另一方面:電源線路實現了重化配置。原有引自哈變的“東煉線”為架空線路,與另一條電源線“電煉線”有7級電塔是屬于雙線同塔架設且穿越油罐區,抗極端天氣、地質災害、突發事故能力都很差,易出現毀滅性停電事故。改造后的“東煉線”取消了同塔架設,穿越罐區部分改為電纜敷設,可靠性大大提高。新增電源線路“中煉線”為全程電纜敷設,而且是沿城市主要干道規劃線位備案,人為非正常損壞、極端天氣影響的幾率都大大降低。在繼電保護和自動裝置的配備上,也充分考慮故障快速切除和雙電源切換的要求,實現全數字化、微機化,二次系統保障可靠性的能力上也得到加強。單電源隱患治理項目達到了預期目的。

4、單電源隱患治理方向、途徑和建議

4。1單電源隱患治理的方向

在哈爾濱石化公司單電源隱患治理方案論證過程中,很多專家給出很多值得借鑒的經驗,筆者總結認為:要從文中所論述的三個方面充分分析本企業電源是否存在供電安全性和可靠性問題,界定好單電源隱患都存在哪些方面。按照不同方面對電源可靠性的影響和出現故障的幾率,對隱患進行排序和篩選,從中找出突出和緊迫的隱患,有重點地投資進行治理。

4.2單電源隱患治理的途徑

1)電源點方面的隱患治理

在選取第二電源點時,要充分考慮地方電網的構成。在投資允許的前提下,原則上電壓等級越高,電源點的可靠性也越高;接入變電所方面,可靠性由高到低依次為:主干網變電所、樞紐變電所、區域變電所、終端變電所;同等級變電所應考慮變電所是接有電網主力電廠可靠性較高;接入變電所的負荷應盡可能避開民用負荷過多的變電所。

2)線路方面的隱患治理

在新建和改造線路時,應盡可能避免采用同一敷設方式;架空線路要有防冰雪、防雷、防污閃措施;電纜線路要注意保持接頭的余量和防外力破壞的措施;路徑的選擇上考慮避免占壓、人為破壞,避免與油氣管道并行與交叉。

3)二次系統的隱患治理

在繼電保護和自動裝置的隱患治理上,要選擇具有企業成熟運行經驗的產品。線路保護應首選光纖差動保護;總變電站和區域配出變電站應考慮安裝雙電源快速切換裝置。

4.2單電源隱患治理的建議

在哈爾濱石化公司單電源隱患治理過程中,筆者有很多經驗和教訓,為避免大家在類似項目上少走彎路,建議如下:

1) 與當地供電部門溝通協調是項目能否如期完成關鍵。

2) 項目的組織者要有良好業務能力,保證技術銜接順暢。

3) 要熟知供電管理部門項目管理和調度管理流程。

4) 石化企業連續生產的特性,要選擇好項目實施的窗口期,避免出現項目方案很好但無操作窗口和實施可能性。

5) 在線改造要做好充分的風險管控方案和電源過渡方案,保證項目實施安全可控。

6) 新建接入系統變電所要充分考慮負荷轉移和調整方案。

7) 發電機組電源接入方式變化要經充分核算和論證。

8) 企業內部運維電氣股干要參與項目的實施。

隱患治理不可能一步到位,要長遠規劃、分布實施,做好過渡事故預案。

5、結論

要以雙重電源可靠性和安全性的角度分析本企業存在著單電源隱患,從電源、線路、二次系統三方面分析存在的隱患,分析和篩選隱患對安全供電的影響,明確治理方向。對單電源治理的途徑,結合企業的經驗給出明確方法和建議,為單電源隱患治理提供了系統的解決方案。

 

【作者簡介】王志文(1969-),男,黑龍江富錦市人,工程碩士,高級工程師


 
 
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