石油化工企业电气设备与供电系统运行维护研究
石油化工企业电气设备与供电系统运行维护研究
辛锐，王小龙
（中国石油广东石化公司，广东 揭阳）
摘要：电气事故具有较大的危害性，会形成一定经济损失，对其加以防控，具有施行必要性。本文以案例石化项目为视角，获取了厂区、电气专业的各项数据设计，探索了案例项目供配电、变电站、电气监管、线路布设、电动机的各项运维方法，以此构建全面的电气运维体系，保持电气设备运行平稳性，排除供配电程序带来的危险，有序落实电气运维工作，推动石化企业发展。
关键词：变电站；电动机；线缆
2020年1月，石化组织高层领导召开会议，针对石油炼化企业往年出现的电气事故、设备运行等问题，进行溯源分析，编制可行的电气事故预防方案，编制适应石化组织生产的反事故体系，旨在强化电气系统运行的平稳性，增强石化组织的安全管理能力。事故分析采取案例整编形式，共有53起事故，事故类型有线路故障、误操作等。为此，探索电气设备、供电程序的运维方法，具有一定研究价值。
1 项目概况
案例项目的全厂供配电、炼油区供电主项110kV线缆敷设工作已完工，回路送电项目处于可运行状态，110kV电缆设有48个回路，电缆桥架长度总计19km，线缆敷设区域长达300余km。案例项目的建设任务有炼油生产、化工生产及储运设备等。
2 设计基础数据 2.1 厂区基础资料
案例项目所在的石化厂区，厂区面积总数近920公顷，含有石化生产、行政服务等多个经营项目。厂区内表现出明显的“亚热带气候”环境特点，光照充足、降水量大、全年不降雪、霜期较短。区位优势较为显著，周边航线发达，合作企业较多。案例项目所在区域表现出温度高、降水量大、雷电较多、环境含水量较高等特点。
2.2 专业主要基础数据
该石化项目所在厂区的专业数据为：极端温度最大值为38.4℃，极端温度最小值为1.5℃，整年温度平均值为22.6℃，整年低温平均值为5.7℃，全年内温度最高的月份为7月，7月高温平均值为34.9℃，7月地层-0.4m位置土壤温度平均值为30℃，全年内气压平均值为101.12kPa，全年内降水平均值为1807.5mm，全年内湿度平均值为79%。参照区域各项专业数据的实测结果，作为项目对应参数的设计值，以此提升项目设计质量。
3 电气设备与供电系统运行维护 3.1 供配电系统
案例项目采取两级负荷的变电站设计，采取多个配电母线供电形式。系统中的变压器、母线均处于单独运行状态。设计多级变压器容量，每两台设备为一组，当一台变压器出现质量问题时，另一台设备能够带动两组母线运行。项目设有应急电源，采取EPS或应急发电机供电形式。辅助电源选择铅酸电池组。在进行供配电维护时，应从变压器误动作、UPS等不间断电源的停机等故障视角，制定相应的运维方案，以此保障运维质量。
变压器故障的检测方法，采取设备状态检测方法。红外热像检测时，从设备自身、调压开关、储油装置、连接线路等位置，逐一进行检测。如有发现设备故障、异常声音、持续性瓦斯信号等，需开展油的取样检测活动。采取周期性检测方法，测定部分位置放电情况。变压器的运维方法，采取预防检修、试运行等方法，结合变压器的实际运行状态，预测变压器的运行情况，依据设备具体情况，进行环境清洁。10kV变压器运行期间，参照馈出回路情况，每个配电周期需运行一次，作为生产设施全面检修任务，统筹检修防护。不小于110kV的变压器，可归入供电线路、生产设施等维修进程，保障生产期内完成一次运检。
UPS应急电源，采取分类检修运维形式。参照UPS的运行情况、检修效果、备件性能等因素，制定分级动态管理体系。A类UPS电源，≥9分；B类UPS电源评分介于6～8分；C类UPS电源，≤5分。对UPS故障进行远程检测，检修项目包括定期清扫、周期性试运行、元器件性能测试等。A/B类试运行期间发现故障问题，及时进行检修处理。对于C类UOS采取状态监测方法，进行故障预测。EPS检修时，与C类UPS检修方法一致。
直流电源监测时，采取预防检修措施。供电期间有异常问题，需停电检修。蓄电池运维期间，应采取在线监测方法。状态检测时，从电压、内阻两个方面，测定蓄电池运行能力。检修蓄电池可与生产设备共同进行，每个生产任务期间，均需进行一次蓄电池活化检测，准确核实蓄电池的存储能力。依据活化检测结果，严格遵照生产厂家的技术规范，进行充电、放电各项管理。
3.2 变电站
案例项目所在区域共设有多种类型的变电站：220kV总变电站，供电范围有化工区、炼油区等；110kV变电站，用于下辖10kV/0.4kV变电所及相关装置设备等供电。变压器间隔位置添加防火墙，干式变压器进行单独布设。变电站的运维工作，可从继电保护方面进行运维管理。继电保护相应设施的运维工作，需采取一般巡检、专业检查相联合形式，及时排除异常运行问题。在线监测时，全面监测各系统运行情况。
系统运行期间，设备如有异常问题，需及时退出系统，保证故障处理的及时性。故障消除后，即可恢复系统运行，缩短继电保护的空档。如果继电保护停用时间大于1年，再次运行前，需全面测定继电保护程序的性能。线路、变压器等多种设备运行前期，需保证互感设备、测量设备精确性，相应完成相量、差流的监测，以此提升回路连接的准确性。
3.3 电气监控、保护及测量
电气智能程序含有站控、间隔两个系统，使用分层、分布等形式，提升网络系统连接质量。案例项目全厂范围内，均设有电气控制总站，全面进行电气监控，设有信号与上级站的连接接口。
全厂电气程序融合1000M以太网组成，主干网络程序引入自愈式网络。每个系统均设有单独站点，配置相应的电气监控保护程序，子站利用环网交换设备，可成功连接主干网络。各子站的连接方式，采取双星结构。设计在10kV及以下的变电所为单独子站，各子站均拥有保护监控能力。变电站内部的站控、间隔各处，均进行直接连接处理。设计在110kV的变电站，使用单星型进行网络设计。220kV变电站，使用双星形结构进行网络设计。电气平台能够全面接收各项状态参数、测量参数等多种信息，有序落实划分监测资料类型、保证监测资料存储质量，结合各级密码权限特点，合理进行站内控制。如有V、I、P等超限问题，给出故障警报、画面闪屏等多种提示。全面保存用电资料，采取分时段形式进行电量管理，全面落实电气监测工作，准确测定保护效果。
3.4 供配电线路及敷设
不足10kV的线缆，应选择阻燃性线缆，阻燃级别选择A级。用于高温环境的线路，应选择具有温度耐受性的线缆，严格遵照电力项目电缆规格的各项要求。比如，用于消防程序的线缆，应急电源使用的供电线路，均应选择耐火类型；在人员密集区，比如综合建筑、实验中心等，均选择铜芯线缆，使用聚烯烃护套。线缆敷设时，应严重规范内容逐一敷设，依据工艺管架逐一进行线缆敷设，合理设计独立支架，增强线缆敷设的牢固性。在非铺砌范围内，需采取直埋敷设方法，敷设路线均添加标志桩。在通行路径处进行单芯线缆铺设，需给出玻璃钢管的线缆保护处理。进行多芯线缆敷设时，需采取镀锌钢管的防护处理。各埋管位置应预留不小于10%的线缆敷设空间。110kV的线缆，应选择电缆架设方法，部分位置采取埋地敷设方法。单芯动力线缆采取三角敷设方法，各线缆间隔不大于线缆外径的3倍。消防区域内使用的线缆，应采取埋地敷设形式，比如直埋、穿管、充砂等。如有地上敷设需求，不可进行无关工艺、无关储罐组的穿越处理，不能与其他气体管线同步敷设，需使用耐火线缆，线缆耐火时间应大于90min，敷设在专用桥架位置。
3.5 检修电源箱和方便插座
生产程序中需增设检修电源箱，检修半径不小于30m。检修电源箱设计时，均配置1路输入线、2路输出线、1组电源插座。部分装置的检修需求较为特殊时，可参照业主具体规则，添加多个检修电源箱，容量选择400A。检修电源箱的装设方位，选定在罐区防火堤外侧。选择性能更高、功能更全、可用于大修的检修电源箱，将其放置在联合变电站内，安装时选择出线较为便利的位置。依据该石化项目的设计要求，在目标区域装设方便插座，使其半径小于15m。如果需要增设行灯插座，需靠近容器、锅炉等位置，提升设备取用便利性。方便插座设计时，应小于16A，采取单独设计回路的形式，给予相应的漏电保护，顺应安装环境的各项规范。
3.6 防雷、防静电及接地
建筑项目屋顶位置，设有防雷接闪装置，使用热浸锌圆钢拼组成防雷网格，在建筑项目屋顶位置添加接闪杆。混凝土建筑进行防雷布设时，采取明敷形式，逐一敷设引下线、断接卡，选出接地的最小路径。建筑结构使用的各种钢筋构件，均需进行等电位连接处理。钢结构建筑项目，引下线设计可选择钢结构主体。案例项目中变电所，可融合二类防雷思想，完成防雷设计。烟囱位置设立的接闪杆，材料类型为“不锈钢”。0.4kV低压线路、变电站各处设计的浪涌保护装置，均应按照建筑防雷需求，完成各项设计。
参照石化仪表防雷的各项要求，仪表控制室需进行严格的防雷设计，具体防雷要求如下。接闪网格边长应小于5mm，或者接闪网格面积小于24mm2。设有多组防雷引下线，防雷线路间隔小于12m。引下线应规格敷设于控制室的外侧角落位置。控制室位置的钢筋，与接闪器无须进行直连处理，需进行等电位连接，选择邻近位置，将其连接至室外接地网。
各类金属部件、钢轨，均应进行电气连接处理，保证防静电操作的规范性。对于直径不小于2.5m、容积高于50m3的设施，接地点应大于2处。接地点设计，以设备外围为主，布点间隔不可超过30m。如活动走梯、浮船等金属构件，将其进行防静电处理时，使用铜芯软绞线，进行多于2处的接地处理地下直埋管线除外，其余静电连接的具体规范如下。生产装置进出位置、终末点位，均设有接地点。接地间隔应不小于100m。平行管线敷设时，距离净值不大于100mm，每间隔20m增加一组跨接线。如果管线处于交叉状态，管线间距净值不足100mm时，需增设跨接线。金属法兰的防静电处理，应选择金属线完成跨接。
3.7 电动机状态检测与润滑
当电机的容量高于2000kW，检测其运行状态时，可选择振动在线监测方法。利用监测平台的频谱分析程序，准确设计报警参数。针对DCS控制程序中连接电机电流、功率参数等多种信息，相应设计警报限值。给出警报反馈时，值班人员可及时进行电机故障处理。当电机离线监测时，使用振动频谱程序进行状态检测，采取离线频谱检测形式，创建频谱分析模型。依据电机生产说明的具体要求，从电机工况、运行时程等方面进行考量，综合确定油脂加注周期及检修周期，以此保证电机润滑效果。
3.8 电气检修与维护
对于案例项目进行各项电气检修、运维时，应加强极端天气防护。在测得有雷雨天气时，需提前查看各级变电站（所）屋顶排水口的疏水能力，去除杂物，防止堵塞。雨后再次检查输水线路，排查漏水问题。雷雨天气前期，运维人员应全面检查户外电动机的各个部位，比如设备外壳、接线装置等位置，保证各部位功能完好性，排除密封胶垫老化、设备漏水等问题，检查机座排水线路的畅通性。如果测得户外温度最大值达到35℃，需使用红外热像检测技术，全面扫查电气设备的运行情况。电气设备运行时负荷较高、电流较大，应增加检测次数。
4 结语
综上所述，针对案例项目的各项电气程序，逐步开展电气防护，保证防雷处理的规范性，设定完整的检修方案，保证案例项目整体电气使用的安全性。针对变压器、电源箱、电机等多种电气设备，确保在线检修的及时性，给予相应的设备运维处理，保证故障消除质量，增加石化生产安全性，展现出电气运维的积极作用，切实贯彻安全生产思想。
