邢勐，王建軍

(中國石油化工股份有限公司 煉油事業(yè)部，北京 100728 )

隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，大部分煉化企業(yè)外電網(wǎng)情況日趨復(fù)雜，尤其是處于城市邊緣的老企業(yè)，外電網(wǎng)線路的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響；同時(shí)煉化企業(yè)在不斷的發(fā)展改造中，新裝置持續(xù)增加，內(nèi)部電網(wǎng)搭積木式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可靠性也在不斷下降。內(nèi)外部電網(wǎng)在各種因素影響下，往往會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)裝置發(fā)生大面積停晃電事故。

煉化企業(yè)主電網(wǎng)一般由220 kV，110 kV高壓電網(wǎng)，35 kV，6/10 kV中壓配電網(wǎng)和380/220 V低壓配電網(wǎng)組成。大面積停電的界定是指一次造成3套及以上生產(chǎn)裝置超過1 min的斷電事故；晃電則是指短時(shí)電壓波動(dòng)或短時(shí)斷電事故。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，30家煉化企業(yè)在近四年內(nèi)發(fā)生大面積?；坞娛鹿?6起，其中外電網(wǎng)原因21起，內(nèi)電網(wǎng)原因5起。

1 原因分析

1.1 外部電網(wǎng)因素導(dǎo)致的?；坞?/h3>

導(dǎo)致停晃電的外部電網(wǎng)因素包括以下幾方面：

1)電網(wǎng)線路老化，抗雷雨天氣能力差。表現(xiàn)在桿塔、金具和絕緣子等使用年限過長，定期保養(yǎng)不到位導(dǎo)致無法及時(shí)消除線路自身缺陷，避雷設(shè)施和防舞措施缺失或配置不齊全。

2)由于區(qū)域環(huán)境日趨復(fù)雜，各類施工以及亂搭亂建等因素導(dǎo)致電網(wǎng)短路時(shí)有發(fā)生。

煉化企業(yè)外線路大多是20世紀(jì)六七十年代建廠初期投運(yùn)的，隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程的加快，架空線走廊環(huán)境日趨惡劣，諸如肆意施工、違規(guī)搭建、放風(fēng)箏、車輛撞擊等行為，對外線路的穩(wěn)定運(yùn)行造成很大的影響和干擾。由于煉化企業(yè)無執(zhí)法權(quán)力，只能對這些外力破壞情況進(jìn)行勸阻，向違法者宣貫《電力法》和煉化企業(yè)供電的重要性，也間接增加了外線路運(yùn)維管理的難度。

3)部分主電網(wǎng)線路接入單位復(fù)雜，因管理不善越級跳閘到上級變電站，影響到電源的穩(wěn)定性。

部分煉化企業(yè)有T接的外線路，或者地方電網(wǎng)公司和其他用電單位運(yùn)維管理不到位，造成外線路甚至上級變電站?；坞?。諸如2014年某造紙廠廠內(nèi)違章施工造成某大型煉化一體化企業(yè)T接的220 kV外線路跳閘，導(dǎo)致全廠大面積停電;2017年某煉化企業(yè)的上級變電站因其他110 kV饋線發(fā)生故障而停電，導(dǎo)致該企業(yè)連續(xù)重整、三催化等10套裝置和二空分等公用工程系統(tǒng)產(chǎn)生波動(dòng)。

1.2 內(nèi)部電網(wǎng)因素導(dǎo)致的?；坞?/h3>

導(dǎo)致?；坞姷膬?nèi)部電網(wǎng)因素主要是新建裝置依托已有的電力系統(tǒng)，未進(jìn)行整體規(guī)劃或改造，電源接入方式不合理、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、供電容量不足、繼電保護(hù)裝置超期服役、三道防線建設(shè)不到位等。此外從年度設(shè)備大檢查的情況看，近年來煉化企業(yè)電氣專業(yè)人員缺乏，管理水平不高也是導(dǎo)致大面積?；坞姷闹饕蛩?。

2 預(yù)防措施

2.1 外部電網(wǎng)管理

1)優(yōu)化外電源接入方式。煉化企業(yè)應(yīng)設(shè)置至少2個(gè)主供外部電源，2路電源的電壓應(yīng)相同。每路電源從市政電網(wǎng)選擇2個(gè)不同的變電站引入，且能長期并列運(yùn)行或短時(shí)并列帶負(fù)荷運(yùn)行，并且能夠正常合、解環(huán)操作，不滿足時(shí)，宜再配備1路獨(dú)立外電源。

外電源線路一般采用純架空線路或電纜線路，不宜采用架空和電纜混合敷設(shè)；配置光纖縱差保護(hù)，并滿足短期合環(huán)倒閘操作的要求，單回路供電容量應(yīng)滿足企業(yè)最大進(jìn)電負(fù)荷；要充分考慮防臺(tái)風(fēng)、雷暴、冰災(zāi)、風(fēng)雪、地震、嚴(yán)寒、外力破壞等災(zāi)害，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)充分考慮本地區(qū)和企業(yè)的特點(diǎn)，不采用多單位公用電源線路。

2)加強(qiáng)外線路管理。引進(jìn)無人機(jī)和爬線機(jī)器人定期巡視架空線路和鐵塔，或在重要桿塔上安裝無線視頻系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)通道及電力保護(hù)區(qū)內(nèi)違章作業(yè)情況、線路本體及附屬設(shè)施缺陷。

3)加強(qiáng)對外協(xié)調(diào)溝通。石油化工屬于易燃、易爆高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，是社會(huì)上重要的一級用電單位，電網(wǎng)不穩(wěn)可能會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。因此企業(yè)要取得地方供電公司的支持，爭取最好的外部電源條件以及合理的電網(wǎng)運(yùn)行方式，同時(shí)督促其做好上級變電站和所屬外線路管理。

一旦發(fā)生外部電網(wǎng)事故后，煉化企業(yè)要第一時(shí)間協(xié)調(diào)地方供電公司查明事故原因,對涉及第三方單位或人員損壞外部電力系統(tǒng)的現(xiàn)象，及時(shí)向公安機(jī)關(guān)及時(shí)反映，達(dá)到促使外部電網(wǎng)線路環(huán)境的優(yōu)化。

2.2 內(nèi)部電網(wǎng)管理

2.2.1完善內(nèi)部電網(wǎng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)

內(nèi)部電網(wǎng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式[1]如圖1所示，主要有多角型(環(huán)形)、放射型、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)(含樹干型結(jié)構(gòu))。三種主網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式中，多角型(環(huán)形)結(jié)構(gòu)和放射型結(jié)構(gòu)的可靠性較高，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)(含樹干型結(jié)構(gòu))可靠性較差。煉化企業(yè)的電力主網(wǎng)架構(gòu)應(yīng)優(yōu)先選擇放射型結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)，不宜采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)；若只能選擇采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)時(shí)，層級不應(yīng)超過3級。

圖1 內(nèi)部電網(wǎng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)的主要型式示意

生產(chǎn)裝置比較集中的企業(yè)要優(yōu)先建設(shè)統(tǒng)一的內(nèi)部電網(wǎng)。目前很多企業(yè)尤其是老企業(yè)在不斷發(fā)展中形成了搭積木式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，多條外供電源線路獨(dú)立供電，運(yùn)行可靠性低；同時(shí)，接入外網(wǎng)運(yùn)行主變壓器數(shù)量多、總?cè)萘看?，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差。具備條件的企業(yè)應(yīng)在今后的發(fā)展中進(jìn)行內(nèi)部電網(wǎng)的統(tǒng)一改造。

對于大型煉化企業(yè)，電壓組合一般采用220/110/35/6 kV四個(gè)層級： 220 kV用于外電源接入，110 kV用于負(fù)荷大分區(qū)，35 kV作為主配電系統(tǒng)，用線路變壓器組深入負(fù)荷中心，單臺(tái)35 kV變壓器容量控制在25 MVA以內(nèi)。

變壓器應(yīng)優(yōu)先選擇雙繞組變壓器。在某些特殊場合，如在部分聯(lián)合變電站或區(qū)域變電站，為了擴(kuò)大供電能力及減小額定電流、短路電流、電容電流，也可使用分裂繞組變壓器；達(dá)到三個(gè)電壓等級的自備熱電站，為節(jié)省投資和占地，也可使用三繞組變壓器；為了平衡零序電流，220 kV總變電站一般會(huì)選擇三繞組主變壓器，但第三繞組(平衡繞組)引出只接站用變壓器和無功補(bǔ)償，不宜帶生產(chǎn)裝置負(fù)荷。

短路電流控制水平應(yīng)與電源容量、電網(wǎng)規(guī)劃及開關(guān)設(shè)備開斷能力相適應(yīng)，不同電壓等級的短路電流控制水平應(yīng)相互配合；當(dāng)系統(tǒng)短路電流過大時(shí)，應(yīng)采取必要的限制措施。原則上220 kV，110 kV，35 kV，6/10 kV母線短路電流分別不超過50 kA，40 kA，31.5 kA，31.5 kA。母線短路電流達(dá)到或接近控制水平時(shí)，應(yīng)選擇合理的限制措施；同時(shí)選擇設(shè)備技術(shù)參數(shù)應(yīng)留有適當(dāng)裕度，為下一步企業(yè)電網(wǎng)的發(fā)展留有一定的空間。一般選用限流措施為母線分段分列運(yùn)行、采用高阻抗變壓器、加裝限流電抗器[2]。

2.2.2增加220 kV變電站

220 kV變電站可以大幅提高企業(yè)供電可靠性。例如某大型煉化一體化企業(yè)，原主網(wǎng)最高電壓等級為110 kV，主變?nèi)萘繛?20 MVA，通過增上220 kV變電站并優(yōu)化主網(wǎng)結(jié)構(gòu)后，主變?nèi)萘肯陆档?60 MVA，年節(jié)省基本電費(fèi)約人民幣6 720萬元，同時(shí)每度電費(fèi)節(jié)省0.025元，年節(jié)約電費(fèi)約人民幣4 500萬元，合計(jì)年節(jié)省費(fèi)用約人民幣1.122億元。

下列規(guī)模的裝置，宜選用220 kV作為企業(yè)最高電壓等級： 煉化企業(yè)新建項(xiàng)目達(dá)到煉油8 Mt/a，或乙烯0.6 Mt/a及以上時(shí)；企業(yè)擴(kuò)建后達(dá)到煉油10 Mt/a，或乙烯0.8 Mt/a及以上時(shí)；煉化企業(yè)總用電負(fù)荷為100 MW及以上時(shí)；自備熱電站總?cè)萘窟_(dá)100 MW，及最大單機(jī)容量達(dá)50 MW及以上時(shí)；煉化企業(yè)最大電動(dòng)機(jī)容量達(dá)18 MW及以上時(shí)。

2.2.3做好電力系統(tǒng)評估和專項(xiàng)治理

設(shè)備管理部門應(yīng)會(huì)同發(fā)展計(jì)劃部門，結(jié)合生產(chǎn)裝置新建、改擴(kuò)建制定電力系統(tǒng)年度發(fā)展規(guī)劃，確定滿足企業(yè)高可靠性供電的外電源、電網(wǎng)運(yùn)行方式。結(jié)合電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備管理特點(diǎn)，建立煉化企業(yè)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、電力系統(tǒng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備預(yù)防性工作等管理規(guī)定，并據(jù)此有序治理內(nèi)外電網(wǎng)系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、自備電站、部分高壓老舊設(shè)備等電力系統(tǒng)方面的問題。

2.2.4優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式

煉化企業(yè)正常的電網(wǎng)運(yùn)行方式有兩種： 一是指對于有發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的煉化企業(yè)，系統(tǒng)電源聯(lián)絡(luò)線、總變電站、自備熱電站或動(dòng)力中心110 kV及以上母線并列運(yùn)行，區(qū)域變電站、裝置變電站等供配電系統(tǒng)均分列運(yùn)行；對于無發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的煉化企業(yè)，正常運(yùn)行方式為系統(tǒng)電源聯(lián)絡(luò)線、總變電站、110 kV及以上母線、區(qū)域變電站、聯(lián)合變電站、裝置變電站的各級母線全部分列運(yùn)行，備用電源自動(dòng)投入裝置或電源快速切換裝置投入運(yùn)行。二是指系統(tǒng)電源聯(lián)絡(luò)線、總變電站、區(qū)域變電站、自備熱電站或動(dòng)力中心、裝置變電站等系統(tǒng)均分列運(yùn)行。煉化企業(yè)應(yīng)優(yōu)先采用方式一，但各種正常運(yùn)行方式不應(yīng)存在“瓶頸”問題，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)避免高、低壓線路并聯(lián)運(yùn)行，長線與短線并聯(lián)，粗線與細(xì)線并聯(lián)，短線路成串成環(huán)。主電網(wǎng)線路不允許T接其他負(fù)荷。

2.3 高壓設(shè)備選型

2.3.1變壓器

總變電站主變壓器、發(fā)電機(jī)升壓變壓器、大型電動(dòng)機(jī)的專用變壓器等，宜選用有載調(diào)壓電力變壓器[3]。變壓器容量選擇按負(fù)載率小于50%確定，新建項(xiàng)目一般按40%選擇容量。為了控制各系統(tǒng)的額定電流、短路容量、接地電容電流、電纜截面積，各級變壓器的容量推薦值見表1所列。

表1 變壓器推薦容量值

2.3.2高壓電纜

110 kV單芯電纜截面控制在1 000 mm2以內(nèi)，一般用300～630 mm2。對于35/6 kV線路變壓器組，35 kV電纜應(yīng)選用三芯電纜，截面不超過240 mm2，變壓器容量不超過25 MVA。6 kV和10 kV配出線應(yīng)選用三芯電纜，截面積不超過240 mm2。

2.4 繼電保護(hù)管理

繼電保護(hù)管理工作實(shí)行從設(shè)計(jì)配置、選型、安裝、定值計(jì)算、定值整定、檢驗(yàn)、運(yùn)行維護(hù)、更新直至報(bào)廢的全過程管理，準(zhǔn)確填寫繼電保護(hù)裝置動(dòng)作評價(jià)表，重視 “6 kV及以上繼電保護(hù)動(dòng)作次數(shù)”KPI指標(biāo)，分析動(dòng)作原因是由工藝原因還是電氣原因造成的，并制定整改措施。

2.4.1優(yōu)化繼電保護(hù)配置

光纖差動(dòng)保護(hù)加電源快切裝置是煉化企業(yè)線路保護(hù)的首選，原則上要求觸發(fā)光纖差動(dòng)保護(hù)到快切動(dòng)作成功的時(shí)間控制在120 ms以內(nèi)。要求35 kV及以上線路保護(hù)應(yīng)裝設(shè)光纖縱差保護(hù)，220 kV線路要求雙重化配置；6/10 kV電源聯(lián)絡(luò)線宜裝設(shè)光纖縱差保護(hù)，其中線路短路故障使重要負(fù)荷的母線電壓低于額定電壓70%時(shí)，應(yīng)裝設(shè)光纖縱差保護(hù)。

2.4.2加強(qiáng)繼電保護(hù)定值管理

繼電保護(hù)定值管理應(yīng)嚴(yán)格實(shí)行定值計(jì)算、整定、校驗(yàn)，結(jié)果返回確認(rèn)的閉環(huán)管理。每年應(yīng)向地方電力部門索取系統(tǒng)最大和最小方式下的短路阻抗，結(jié)合企業(yè)電力系統(tǒng)發(fā)展變化，及時(shí)計(jì)算本系統(tǒng)最大最小運(yùn)行方式下的各短路參數(shù)，并核算繼電保護(hù)裝置定值，確定各電壓等級母線的最大啟動(dòng)負(fù)荷。定值計(jì)算書應(yīng)分級全面校核、審核，重要和復(fù)雜繼電保護(hù)裝置整定方案還需確認(rèn)。

2.4.3逐步恢復(fù)繼電保護(hù)專職

煉化企業(yè)應(yīng)建立健全繼電保護(hù)管理網(wǎng)絡(luò)，指定專職人員負(fù)責(zé)所管轄系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置的全過程管理。

2.5 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制

為減少外電網(wǎng)故障對煉化企業(yè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響，應(yīng)完善企業(yè)電力系統(tǒng)三道防線。具備凝氣式汽輪發(fā)電機(jī)、電站鍋爐，且發(fā)電量不小于總負(fù)荷或局部孤網(wǎng)負(fù)荷20%的企業(yè)宜開展電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制研究[4]。

首先，充分考慮企業(yè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式等情況，按照保廠用電、公用工程、重要裝置及重要負(fù)荷的原則，開展穩(wěn)控策略研究，制定符合本企業(yè)特點(diǎn)的安全穩(wěn)定控制方案及措施。合理制定穩(wěn)控和低頻減載策略、減負(fù)荷的順序和輪次。遵循DL 755—2001《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》[5]、DL/T 723—2000《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則》[6]、DL/T 1092—2008《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)通用技術(shù)條件》[7]的要求，配置安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

其次，孤網(wǎng)時(shí)應(yīng)執(zhí)行“以電定汽”，滿足調(diào)頻要求。研究低頻逆功率方向保護(hù)設(shè)置，避免孤網(wǎng)時(shí)帶外電網(wǎng)負(fù)荷。完善汽輪發(fā)電機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)(OPC)、電液調(diào)速系統(tǒng)(DEH)。200 MW及以上的大機(jī)組應(yīng)配備電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)的特性，完善機(jī)組高(低)頻保護(hù)措施。優(yōu)化鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)儀表控制系統(tǒng)，完善汽輪發(fā)電機(jī)、鍋爐輔機(jī)及其他輔助設(shè)施的抗擾動(dòng)措施。合理設(shè)置同期并網(wǎng)點(diǎn)，滿足孤網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行后再并網(wǎng)要求。編制孤網(wǎng)事故處理預(yù)案，明確工藝、電力、蒸汽之間的優(yōu)先關(guān)系，加強(qiáng)爐、機(jī)、電各專業(yè)演練和配合，提高現(xiàn)場處置能力。

2.6 應(yīng)急管理

由企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)部門牽頭確定和發(fā)布減負(fù)荷順序，并定期組織完善。制定企業(yè)大面積?；坞娛鹿暑A(yù)案，定期組織?；坞娛鹿首烂嫱蒲莶⑼晟剖鹿暑A(yù)案。對于有電調(diào)或總調(diào)行使電調(diào)權(quán)力的企業(yè)，應(yīng)明確停晃電事故發(fā)生后應(yīng)聽從電調(diào)指揮，避免生產(chǎn)裝置“搶電”，擴(kuò)大事故影響范圍。

2.7 預(yù)防性工作

為降低突發(fā)性電氣事故，每年底煉化企業(yè)設(shè)備管理部門應(yīng)會(huì)同生產(chǎn)技術(shù)部門組織制定并發(fā)布下一年度電氣預(yù)防性工作計(jì)劃，合理安排每月的“三定”工作、狀態(tài)檢測、季節(jié)性維護(hù)和事故反措。

3 結(jié)束語

通過上述分析可知，根治大面積停晃電是個(gè)系統(tǒng)性工作，因此煉化企業(yè)要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，要從投資規(guī)劃、設(shè)備運(yùn)維、生產(chǎn)運(yùn)行、調(diào)度發(fā)布等多方面采取積極有效的預(yù)防措施，保證電力系統(tǒng)及電氣設(shè)備完好。應(yīng)制定科學(xué)合理的電網(wǎng)運(yùn)行方式，綜合提高系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性水平，避免發(fā)生內(nèi)部電力故障引起生產(chǎn)運(yùn)行異常，并盡可能降低外電網(wǎng)故障對生產(chǎn)的影響。