炼化企业电力系统隐患分析

炼化企业电力系统隐患分析中石化电气专家组秦文杰电力系统是保障企业生产、发展的基础。多年来，炼化企业遵循了高起点投入和不间断改造的发展道路，装置规模越来越大，科技含量越来越高，对电力系统安全可靠性的要求越来越高，但由于资金投入不足等原因忽视了电力系统的同步改造，中石化电气专家组的调研结果表明，绝大多数企业的电力系统普遍存在隐患问题，部分企业的电力系统存在重大隐患，大量电气设备超负荷、超限额运行，导电气事故频发，无法保证生产装置的安、稳、长运行，给企业造成了极大损失。一、主网结构存在隐患1、部分企业枢纽变电站的主接线不规范。(1)220kV母线PT、避雷器等设备与母线不对应,检修困难、预试工作时停电范围大，影响面广；220kV变电站的35kV系统馈出回路多，过于庞大。部分35kV单段母线接地电容电流超过100A，存在接地弧光复燃几率高、接地过电压治理难度大、检修困难等隐患。（2）110kV系统主接线采用双层架空线结构，母线长、出线间隔交叉点多接线复杂，检修空间狭小、检修期间非正常运行方式时间长，事故机率高；110kV装置变电站电源联络线侧T接设备系统混乱，保护配合困难。（3）110kV管型母线长机械扭矩大，抗拒自然灾害能力差，部分带电裸导体对地距离小不符合规范要求，主变台数多，主接线复杂、系统庞大、结构不合理，清扫检修困难工作量大，检修时间长，倒闸操作复杂，检修期间单电源运行时需有关生产装置减负荷运行，对装置的正常生产影响较大。（4）110kV系统双内桥接线方式，电源联络线、主变多，110kV系统操作复杂，保护配合难度较大。2、系统电源联络线存在隐患（1）双回线单电源配置问题较为普遍。企业枢纽变电站的电源应为分别引自两个不同系统的独立电源。调研中发现多数企业110kV及以上变电站的两回电源联络线均引自系统的一个电源点。如天津石化热电厂燃煤电站、乙烯110kV变电站，齐鲁石化110kV丙变，扬子石化110kV变电站，广州石化110kV总降压站，南化公司110kV氮肥总降、大化肥总降等两回电源联络线，均引自系统的同一个电源点，不具备枢纽变电站双电源配置的基本要求。（2）架空线路存在较大隐患。多数企业35kV及以上的架空线路存在运行年限长，杆、塔、导线、金具、接地装置等老化腐蚀严重，健康状况很差，线路走径复杂，在线路防护区内违章建筑、高大植物、交叉跨越、地面障碍多，与农村协1调难度大，线路维修、清理障碍困难等问题；如齐鲁石化、燕山石化、长岭石化等企业的多数架空线路沿山区或丘陵架设，这些线路已运行多年，健康状况比较差，防雷措施不够完善易遭受雷击。如茂名石化等沿海企业的架空线路，地处高盐密值空气腐蚀、雷击高发区等运行环境，导致线路绝缘强度、防污水平下降，每年都发生多起因雷击等自然灾害造成的架空线路停电事故。3、发电机及接入系统存在隐患。（1）发电机-变压器组普遍存在旋转励磁机绝缘低、整流子环火严重、振动大，励磁控制屏灭磁装置等组件老化、发热严重，KFD-3磁放大器式相复励装置存在组件老化、性能不稳定、工作点漂移、发电机调控精度低、无功调整困难等问题；电磁式发变组或发电机保护，性能低劣、速动性差、灵敏度低，不能迅速切除被保护段发变组故障；SW型发电机出口开关遮断容量小，不能满足系统短路容量的要求；（2）接入系统存在的隐患。部分企业的发电机组经6kV发、供合一母线与系统并网运行。如南化公司2X25MW发电机组、广州石化7台总容量为110MW的发电机组、茂名石化乙烯装置区2X25MW发电机组均经6kV发供合一母线与系统并网运行，该方式导致母线电流及电动力大、振动大、发热严重，接线复杂，发、供电环节风险高度集中，易发生系统停电事故；齐鲁石化热电厂发电机组接入系统存在重大隐患。热电厂是齐鲁石化新、老区供热、供电中心，其110kV、35kV母线设计为发供合一系统接线复杂，直接带新区各110kV、35kV变电站、大功率非线性110kV离子膜、35kVCCA烧碱整流装置及老区110kV胶厂变电站运行。二轮乙烯改造后齐鲁石化最大用电负荷达到550MW，热电厂发电机组直供负荷达到420MW，经一条220kV电网联络线、一台容量为150MVA的联络变压器与鲁中电网并网运行，其接入系统十分脆弱，致使新区电力系统整体抗扰动能力差，不符合《电力系统安全稳定导则》中电力系统承受大扰动能力安全稳定“三道防线”的基本要求。4、继电保护及自动装置存在诸多问题。继电保护和自动装置普遍存在使用年限长，管理不统一，配置不合理等问题。一是大量在用的国产和进口的电磁式继电器大多数已使用15年以上，组件老化、绝缘下降、金属触点疲劳、灵敏度降低、误差增大、动作时间延长，经常发生继电保护和自动装置拒动、误动，导致继电保护动作正确率无法达到100%的要求，广州石化2003年继电保护动作正确率为92.3%；齐鲁石化2003年继电保护动作正确率为95%；茂名石化2004年继电保护动作正确率为96.7%；二是多数企业没有一个统一的继电保护配合和计算整定原则规定，没有设继电保护专职人员，使得不同部门计算下达的继电保护定值不一致，各电压等级之间的备用电源自投配合混乱、缺乏选择性，自启动容量没有有效控制，系统继电保护配置不合理，不能准确切断事故段，扩大事故范围，甚至造成大面积停电。如燕山石化、天津石化都有类似情况造成的大面积停电事故；三是保护接地不正确。部分企业变电站（所）的PT二次或微机保护系统为多点接地方式，易造成保护误动和两接地网2间反击电压的危害；四是部分企业35KV及以上的区域或枢纽变电站没有故障录波器，不利于事故处理及系统事故分析。（二）系统抗扰动能力差1、系统裕量小部分设备超限额运行。因生产装置不断扩能改造，用电负荷不断增加，多数企业的电力系统因投入不足，不能进行系统化改造，对原系统进行再三挖潜，导致部分电源联络线、主变等变配电设备过负荷、超限额运行，导致大功率电动设备启动困难、压降大，有的企业被迫采取两台变压器并列运行的方式启动大功率设备。系统裕量小会使电力系统的动态稳定性、抗扰动能力变差，是诱发系统电气事故的重要因素之一。2、缺乏大容量自备发电机组的支持。用电负荷高的大型企业，若缺乏大容量自备发电机组的支持，将造成企业内部电网无功功率调整困难，不能优化潮流分布，系统电压不稳定，抗扰动能力差。当系统电源联络线发生跳闸事故时，造成的损失大，恢复时间长。3、企业电网负荷突变造成的大扰动。有大容量自备发电机组的企业，当内部电网发生突甩大负荷时，有可能造成系统电压波动大、发电机组运行失稳甚至诱发机组振荡等，产生较大的系统扰动。4、部分企业枢纽变电站的6kV母线馈出侧不设电抗器，当某一馈出线路发生短路故障时，该母线残压低、压降大，会导致大面积停车事故，系统抗扰动能力很弱。5、继电保护自动装置及自启动装置等配置不合理，造成拒动、误动、越级跳闸和自启动容量过大对系统的冲击，扩大停电事故等。（三）淘汰及性能低劣电气设备存在隐患1、相当数量的自制、淘汰和年限很长的电气设备仍在使用，如南化公司五十年代的高、低压开关柜；高桥石化6kV双母线开关柜；茂名石化35kV多油断路器，以及建厂较早的企业六十、七十年代生产的电气设备在用数量很大，这些设备制造标准低、安全性能很差、无“五防”功能、零部件破旧不堪、绝缘严重老化、变压器和油断路器渗漏油严重、触头接触电阻超标、故障频繁。2、大量性能低劣开关设备在重要生产装置、热电厂、变配电所普遍使用，这些设备大多数在八十年代到九十年代后期安装投用，由于设备技术落后、工艺水平差、开关柜结构不合理、柜体变形严重、推拉困难、连锁机构失灵、“五防”功能不完善、互换性差、一二次触头接触不良经常发生拒动、误动，甚至开关柜崩烧，如400V多米诺、GGL型开关柜等。3、引进的电气设备使用年限较长老化严重，燕山石化、天津石化、齐鲁石化、广州石化、扬子石化、上海石化等企业，七十、八十年代随生产装置整体引进的高、低压开关柜，普遍存在电气绝缘下降、部分操作机构损坏、少油断路器渗漏油、一次触头发热、二次触头接触不良、继电保护定值漂移误差大等问题。4、早期投用的个别生产厂的110kVGIS组合电器存在整体老化现象，如3广州石化110kV总降压站1988年投用北京开关厂生产的GIS；长岭分公司110kV变电站1997年投用北京开关厂生产的GIS；茂名石化110kV厂北变1989年投用北京开关厂生产的GIS，这些关键电气设备普遍存在液压操作机构渗漏油严重、行程开关不到位、液压泵动作频繁等问题，部分出现各间隔密封性能变差、法兰泄漏压力下降、SF6气体微水超标、使得维修工作量增大、可靠性降低。（四）运行环境存在隐患通过调研发现，石化企业电力系统运行环境恶化是一个普遍问题。近年来，因运行环境原因造成的电气事故时有发生，经分析许多原因不明的电气事故均与运行环境恶化有关。环境恶化是炼化企业电力系统的重大运行隐患之一，主要表现在以下几方面：1、随着企业的发展以及高含硫含酸原油的炼制，变电站（所）的运行环境不断恶化。如齐鲁石化110kV丙变四周被生产装置、瓦斯火炬、油品储罐包围，导致变配电设备、钢结构等腐蚀严重，化工气体微粒长期附着并积累在电气设备及绝缘子表面导致绝缘强度降低、过电压水平下降，地势低洼无法排水；上海石化220kV降压站受化工酸性气体等严重污染，导致站内220kV部分高型构架的连接件锈蚀严重、水泥结构破损，变配电设备腐蚀严重，刀闸操作失灵、接触不良发热严重，造成220kV变配电设备整体绝缘强度下降、防污等级降低，曾多次发生过放电、闪络事故，燕山石化110kV化一总变、天津石化110kV燃煤电站、茂名石化110kV乙烯站等均存在上述问题。调研中发现，在焦化等高腐蚀区域内变配电设备的金属部分已全部变为黑色。2、随着生产装置的不断扩建，导致部分变电所的安全距离小不符合要求，运行环境恶化。如长岭石化1＃常减压、老重整等变电所靠近生产装置，油、气、水经电缆沟进入室内，变配电设备腐蚀严重，室内异味很大运行环境极差，易发生闪爆事故，严重影响变电站（所）的安全运行。3、南方沿海企业电力系统的运行环境问题。南方沿海企业电力系统处在高温、多雨、潮湿、台风、雷电高发区、高盐密值空气、化工酸性腐蚀气体等多重不利因素的运行环境中，一、二次变配电设备的腐蚀、凝露、架空线路遭台风危害等问题比较突出，治理难度大。放电、闪络、雷击、高温发热等电气故障时有发生，严重影响企业电力系统的安全稳定运行。（五）接地装置存在隐患1、接地装置腐蚀开断现象比较普遍。接地体因腐蚀、开断将造成地网有效截面减少、接地电阻升高、雷电流泄放通道不畅、避雷器残压升高、防雷功能变差、地网间产生反击电压，对微机保护等电子设备造成过电压击穿导致保护拒动、误动造成变电站停电事故，导致400V系统短路保护灵敏度降低、电力电缆钢铠烧断等，部分企业在开挖检查中发现，许多枢纽变电站及生产装置接地网的垂直和水平接地体多处腐蚀开断。2、山区和丘陵地带的架空线路的接地装置问题较多。该地区土壤电阻率高，传统的放射状防雷接地设计难以满足要求，若发生地网断裂和降阻措施不当时，4线路的防雷能力很差，易发生雷击停电事故。（六）小电流接地系统存在问题企业电力系统使用的电力电缆数量大，枢纽变电站的馈线母线的电容电流在20-100A不等。塑料绝缘和聚氯乙烯绝缘电缆随着运行年限的增加，尤其是敷设环境恶劣、路径复杂、中间接头多的电缆，其“缺陷绝缘”问题逐渐暴露，易发生“水树、电树”现象，导致单相接地或相间短路故障。电力电缆的接地故障往往是造成电力系统突发性事故及破坏系统稳定运行的诱发因素，当某一馈线电缆发生单相接地时若该系统无接地补偿装置，将会导致系统过电压造成PT保险熔断、击穿系统绝缘薄弱组件、引发母线弧光短路事故等；在过补偿谐振接地系统中电力电缆发生接地故障时，如果因接地选线装置准确性低，不能及时切除故障线路，将可能导致故障线路由单相接地迅速发展为相间短路、系统低电压，造成生产装置停车事故。大量的运行经验表明，接地补偿装置是确保中压电网安全可靠运行的必要措施，而接地选线装置是谐振接地系统中极