石化企业供电的安全性和可靠性

作者：新疆独山子石化公司 徐泽伟，崔鹏，王晓玲  来源：赛尔电气应用 总第82期

摘要：分析石化企业供电系统的现状和所配设备技术的缺陷，以及所存在的危害因素，针对问题提出了改进建议，从而为石化企业安全可靠供电提供决策依据。
　　
　　关键词：供电系统，安全性，可靠性
　　
　　石化企业的生产对安全、稳定运行的要求很高，但在生产过程中危险因素较多、事故后果严重。为保证石油企业安全稳定运行，加强石油炼化企业供电系统的安全可靠性是一个重要因素。电力系统的安全性是指电网短时间内的抗干扰能力，即在事故情况下电网可持续供电的能力。电力系统的可靠性是指长时间、连续正常供电的概率，属于电网规划的范畴。
　　
　　随着石油炼化企业的不断发展，对供电的安全性和可靠性的要求越来越高，石油炼化企业内部供电系统已形成小电网，常形成由自备热电厂和外网相联的供电系统，是典型的受端系统。如何保证供电安全可靠已成为迫切需要解决的问题。
　　
　　石油炼化企业为国有大型企业，一般发展历史较长，自备电厂及电网水平各异，自备电厂和电网是随生产装置的建设而建设，造成石油炼化企业电气系统结构不合理、电气设备老化、电网调度自动化系统和电网专用通信系统不完善、设备运行状况较差、发电设备备用容量不足且可靠性较差、与外部电网的联系也存在一些瓶颈。特别是缺乏防止大面积停电、电网瓦解、电压崩溃和频率崩溃等恶性灾难性事故的手段。而电力生产的特点是电力不可储备，发电和用电必须同时完成且需时刻保持有功功率和无功率的平衡，对安全稳定的控制要求在极短时间内完成。这样石油炼化企业电力生产的安全性差与炼化企业对供电的高可靠性要求之间的矛盾突出，石化企业相继发生了一些严重的设备损坏和电网事故。通过近几年对石化企业的事故统计，可以看出每年发生的电气事故呈上升趋势，大面积停电事故时有发生，造成了严重的损失。
　　
　　随着石油企业的发展，自备电厂单机容量也越来越大，形成以220kV、110kV、35kV电压等级的内部电网，并且和外部电网相连。电力系统规模越大，结构越复杂，发生事故的可能性就越大，可靠性就越低。通过近几年石化企业电气事故的统计，比较常见的电气事故发生在以下几个方面。
　　
　　(1)电压波动事故。由于石化企业内部电网由短线路构成，任何一点的事故都会造成大幅度电压波动，导致电机跳闸而停工停产。
　　
　　(2)电气设备老化和质量问题引发的事故。
　　
　　(3)过电压事故。按照规范的规定，6kV系统单相接地电容电流超过30A，35kV系统相接地电容电流超过10A，就应装设消弧线圈补偿，有的企业没有装设或装设了投运不正常，在系统发生单相接地时，引起过电压、击穿绝缘、损坏设备，导致大面积停电事故。
　　
　　(4)绝缘强度不够引起的事故。由于环境污染，空气中盐离子密度较高，因而外绝缘上都有一定的盐离子，在一定条件下，引起污闪、雾闪事故，造成大面积停电；另一方面，以前投用的配电柜防护等级较低，经常发生小动物进入柜内引起母线短路事故。
　　
　　(5)电缆绝缘老化发生相间短路故障。
　　
　　(6)继电保护误动。继电保护误动，第一是保护配合不合理，引起越级跳闸，停电范围扩大；第二是保护配置不合理，没有设置全线速动保护的线路，从而在事故状态下保护动作时间延长，造成电压波动，导致事故范围扩大；第三是保护装置本身的问题，如元气件老化引起的误动。
　　
　　(7)自动安全装置问题。低频解列、振荡解列、低周减载、BZT等自动装置，由于维护、管理、试验及装置本身的问题，导致在事故状态下，自动装置失去作用，造成全网大面积停电事故。
　　
　　(8)管理问题。电气管理人员较少，管理比较侧重机械设备维护和改造，对企业电网运行方式及配置的研究比较薄弱。由于没有一套完善的企业内部电网技术管理措施，可能由于一起小的电气事故，造成大面积停电事故。
　　
　　石化企业经过多年的努力，加大投资进行电气隐患治理工作，效果明显，但还存在一些共性问题需要引起重视。
1 发电机组调速系统、励磁系统落后、自保系统不完善、发电系统可靠性差，严重威胁电网安全发电机组还在用老式的机械调速和旋转励磁。调速系统的性能不佳，时常出现负荷摆动甚至突然甩负荷和抢负荷现象，对机组和电网的安全运行极为不利。发生大幅度甩负荷可引起系统振荡；外网事故会导致机组超速保护动作停机；由于励磁装置不能快速调节，就会发生系统低频振荡；当系统发生大量无功缺额时，就会造成电压崩溃，并导致保护拒动。
　　
　　自备热电厂装机容量较小，发电量不能满足自发自用，大量下网。发电机组未装设自动解列装置，当电网发生事故，热电厂的发电机组因无低频解列装置，将导致厂用电中断、供汽中断、引发更严重的设备损坏事故。另外发电机组无法从系统解列自保，将延误事故的处理和恢复时间。
　　
　　对策如下：
　　
　　(1)机组调节及保安系统卡涩现象时有发生，速度感受迟缓，空负荷运行转速不稳定，并网困难；接带负荷时配汽机构难以稳定，致使负荷存在摆动，且供热负荷与电负荷难以自整调节影响生产；保安系统迟缓、卡涩存在严重的超速飞车隐患。调节、保安系统经多次修理无法解决上述问题。建议进行低压电调改造。
　　
　　(2)发电厂应有可靠的厂用电保证措施，在负荷集中地区，应考虑当电压降低时，可自动或手动切除部分负荷，以防止发生电压崩溃。
　　
　　(3)根据全网的负荷分类制定低频减载方案，根据发电机组事故状况下的频率特性，制定减载轮次和每一轮次的减载负荷。
　　
　　(4)制定在事故最严重的情况下热电厂自保的解列方案。
　　
　　2 继电保护装置落后，保护配置不完善，缺乏保证电网安全的自动装置
　　
　　继电保护是保证系统安全可靠运行的重要措施。常规电磁式继电保护，继电器动作不到位，反应不灵敏；晶体管保护，由于技术不成熟、元器件老化、抗干扰能力弱，容易误动。;厂用电从电网大量下网，一旦电网故障，有功缺额较大，只有靠甩负荷保证系统的稳定运行二低周减载、低频解列、逆功率解列等安全自动装置普遍没有设置或投用不正常，对安全生产极为不利。
　　
　　对策如下：
　　
　　(1)为防止电力系统崩溃，按照合理的分层分区原则来设置安全自动装置；运行中的电力系统必须在适当地点设置解列点，并装设自动解列装置。当系统发生稳定破坏时，能够有计划地将系统迅速而合理地解列，防止系统长时间不能拉入同步造成系统频率和电压崩溃。电力系统必须考虑可能发生的最严重事故情况，并配合解列点的安排，合理安排自动低频减负荷的顺序和所切负荷数值。当整个系统或解列后的局部出现功率缺额时，能够有计划地按频率下降情况自动减去足够数量的负荷，以保证重要用户的不间断供电：在负荷集中地区，应考虑当运行电压降低时，可自动或手动切除部分负荷，或有计划解列，以防止发生电压崩溃。
　　
　　(2)在电力系统中，应装设足够数量的自动低频减载装置。当电力系统因事故发生功率缺额时，由自动低频减载装置断开一部分次要负荷，以防止频率过度降低，并使之很快恢复到一定数值。
　　
　　(3)自动低频减载装置的配置及其断开负荷的容量，应根据最不利的运行方式下发生事故时，整个电力系统或各部分，实际可能发生的最大功率缺额来确定，还要考虑由于联络线事故断开，而引起电力系统解列等。
　　
　　(4)对各总降变继电保护装置优先进行改造和更换，更换为微机型保护装置。
　　
　　3 有效装机容量小，对地方电网的依赖性较强
　　
　　对石化企业发电系统进行可靠性计算表明，部分石化企业发电系统可靠性指标较低。由于装机容量偏小，近几年负荷增长较快，发电系统可靠性指标不断恶化。在与外网并网和解列两种运行方式下分别计算，发现可靠性指标差别非常明显，说明与外网联网大大提高了供电的可靠性，而解网则对内部安全运行电网极为不利，这反映出石化企业内部电网对外网的依赖程度很深。
　　
　　对策：建议扩建机组。
　　
　　4 电气设备老化、故障率高、安全隐患多
　　
　　近几年企业投入资金对电气设备进行了改造，设备性能状况大为改观，电气设备事故明显下降。但35kV以下电压等级在用的电气设备，大多是老式产品，经常发生故障，造成生产停工。对策：建议对老旧电气设备逐步更换。

5 防止过电压事故措施不完善
　　
　　为了满足石化企业防火防爆的要求，在系统中使用了较多的电缆，因此，各电压等级系统电容电流较大。在系统发生单相接地故障时，产生的电弧不能自行熄灭，引起弧光接地过电压。弧光接地过电压可引起电力系统其他形式的过电压，导致严重后果。当系统发生单相接地或有其他过电压的情况下，电压互感器铁芯完全饱和，铁芯饱和引起的感抗降低，使系统进入谐振状态，产生铁磁谐振过电压，严重时可以烧毁电压互感器，造成母线短路酿成大面积停电事故。
　　
　　对策：(1)加装消弧线圈补偿；(2)设置微机消谐装置。
　　
　　6 绝缘化程度低，不能有效防止母线故障和过电压闪络事故
　　
　　石油化工企业环境空气中含有腐蚀性物质，对铜、铝母线有一定的腐蚀。小动物进入变电站开关柜母线室的现象还有发生，母线绝缘化可以有效防止母线以外闪络事故，减少损失。
　　
　　对策：
　　
　　（1）对变电所电缆沟进行封堵；
　　
　　（2）对母线进行绝缘化改造。
　　
　　7 加强外绝缘强度，防止单相闪络和污闪
　　
　　根据国家有关规范的要求，电瓷外绝缘爬距的配置，应符合电瓷外绝缘所处地区污秽等级的要求，并应考虑大环境污染的情况留有适当的裕度。重要线路、厂、站可适当提高外绝缘爬距。新建和扩建输、变电设备电瓷外绝缘爬距的配置，应在经审定的污区分布图上进行。运行中的输、变电设备电瓷外绝缘爬距的配置，应在经审定的污区分布图上调整。审核输、变电设计时，应以污区分布图为依据，核实各地段的污秽等级与外绝缘爬距的配置是否匹配。
　　
　　对策：
　　
　　(1)采取在外绝缘上涂防污涂料和安装增爬裙措施来提高泄露比距，提高外绝缘强度；
　　
　　(2)建议委托有关部门进行严密监测和分析，划分污秽等级，根据污秽等级指导加强外绝缘工作和防污闪工作。
　　
　　8配电室和电缆无防火措施，容易“火烧连营”各分公司大部分装置的配电室和电缆没有采用阻燃电缆及无隔离措施，而且油浸电缆还在大量使用。发生火灾，将造成严重事故。
　　
　　对策：
　　
　　(1)采用防火材料对变电所进行封堵；
　　
　　(2)对电缆夹层加装感温电缆等火灾报警措施；
　　
　　(3)对电缆敷设通道进行隔离，如有条件，可以采用独立的通道分开敷设。
　　
　　9 抗电压波动水平低，不能有效防止“晃电”事故
　　
　　各分公司对电网的依赖性较强，由于电网引起的停电事故比较多。电网发生事故，直接影响电气设备的平稳运行。各石化企业都在针对性地开展这项工作，但还有很多设备未能进行技术改造，目前在电压波动时仍发生重要生产装置停工。
　　
　　对策：(1)解决低压电动机自启动与低压BZT的配合；(2)解决高压电动机低电压保护时限与BZT的配合；(3)解决大机组辅助油泵低油压保护时限与BZT的配合；(4)解决各级BZT的配合，以及BZT与出线保护时限的配合。
　　
　　10 缺乏电力调度，可靠性分析手段差
　　
　　各石化企业大部分未设立独立的电力调度部门，电气管理一般设在机动部门。电力系统运行的真实情况，特别是在事故状况下，不能及时准确反应故障状态，给事故处理带来很大不便。特别是在安排运行方式时，不能综合考虑机组检修情况和电网负荷大小，并同时考虑工业和居民用汽量大小及电网可能提供的支援容量来进行安排。从而具有较大的随意性，不能保持电网的安全稳定性，不能科学地依据机组和线路检修情况来合理确定月度用电计划。不能解决如何通过峰、平、谷段的下网电量调整来减少外付电费。;对策：建议设置电力调度部门。
　　
　　通过以上分析，可以看出石化企业供电系统还存在一定程度的严重隐患。在现有情况下，只有从局部结构优化、改善热电厂现有发供电设备的可靠性、完善继电保护与自动装置配置、加强抗电网电压波动措施、提高用电设备抵御系统波动的能力、加大老旧电气设备的改造力度和加强可靠性管理等方面入手，提高各石化企业供电的安全性和可靠性，保证安全平稳生产。