西氣東輸壓氣站電氣安全設(shè)計探討

摘 要：本文對西氣東輸?shù)湫蛪簹庹倦姎獍踩O(shè)計進行了詳細的總結(jié)，提出可靠的外部供電線路是實現(xiàn)壓氣站電氣安全的必要條件，準確的防爆區(qū)劃分、防爆設(shè)備的選型以及有效的防雷接地設(shè)計等是電氣安全的可靠保證。

關(guān)鍵詞：西氣東輸；電氣安全；設(shè)備安全；壓氣站；接地

中圖分類號：TU998 文獻標識碼：A

1壓氣站生產(chǎn)環(huán)境

天然氣管道壓氣站是以壓力能的形式給天然氣提供輸送動力的作業(yè)站，主要設(shè)備是天然氣壓縮機組。其在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)爆炸性氣體，會引起爆炸和火災(zāi)，所以壓氣站的生產(chǎn)環(huán)境為爆炸性環(huán)境和火災(zāi)危險環(huán)境兩種。針對壓氣站的生產(chǎn)環(huán)境進行電氣安全設(shè)計時，均應(yīng)針對環(huán)境采取有效的電氣安全措施。

2爆炸危險環(huán)境的劃分及注意事項

天然氣壓氣站一般包括工藝裝置區(qū)（包括壓縮機廠房、過濾分離區(qū)和計量調(diào)壓區(qū)）、進出站閥組區(qū)和綜合值班室、綜合設(shè)備間，根據(jù)《石油設(shè)施電氣設(shè)備安裝區(qū)域一級0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)區(qū)域劃分推薦作法》SY/T6671-2006中對輸氣管道設(shè)施爆炸危險場所區(qū)域劃分的規(guī)定：壓氣站屬于爆炸危險1區(qū)的范圍很少，一般屬于爆炸危險2區(qū)。壓縮機廠房區(qū)屬于1區(qū)，過濾分離區(qū)和計量調(diào)壓區(qū)邊界7.5m以內(nèi)的范圍為2區(qū)，進出站閥組區(qū)和綜合設(shè)備間屬于2區(qū)，綜合值班室所處環(huán)境不屬于爆炸危險環(huán)境。

但是電氣設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際釋放源的級別和位置、天然氣的性質(zhì)和通風(fēng)條件等進行危險區(qū)域的劃分，因為危險區(qū)域等級的劃分不當(dāng)，勢必會對導(dǎo)致電氣設(shè)備的選型不當(dāng)、電線電纜的選擇與敷設(shè)不合理和采用安裝標準的不合適，這會釀下嚴重的事故隱患。為此，在危險區(qū)域等級和范圍的劃分問題上必須注意以下問題：（1）壓縮機房爆炸危險區(qū)域劃分應(yīng)考慮通風(fēng)良好等因素。因為壓縮機廠房是封閉的建筑物，所以一般劃分為1區(qū)。但這給壓縮機廠房的電氣措施的實現(xiàn)增加難度，降低了工程的經(jīng)濟性。實際在劃分過程中應(yīng)考慮壓縮機廠房的通風(fēng)情況，良好的通風(fēng)帶來的空氣流量能使易燃物質(zhì)很快稀釋到爆炸下限值的25%以下。因此增加良好的通風(fēng)設(shè)備后，可將壓縮機房爆炸危險區(qū)域劃分為2區(qū)。（2）由于天然氣相對密度比空氣輕，考慮到管線閥門和儀表的泄漏情況下，天然氣可能在密閉空間的上部聚集，所以在天然氣為動力源的發(fā)電機房、消防泵房等綜合設(shè)備間存在泄露的情況下，爆炸危險2區(qū)重點分布在屋頂區(qū)域，如果電氣安全設(shè)計時，電氣措施仍按正常場所對待，可能存在電氣安全隱患。

3電氣安全防護措施

3.1壓氣站供電方案設(shè)計

根據(jù)規(guī)范，采用電力驅(qū)動的壓氣站用電負荷、站內(nèi)自控、通信、調(diào)控中心和應(yīng)急照明等負荷一般按一級負荷考慮，故西氣東輸工程壓氣站的重要性要求為其配套的供配電設(shè)施要具有高可靠性。要求供配電系統(tǒng)可靠性是電氣安全中經(jīng)常提及的話題，但都是按規(guī)范定性地在工程設(shè)計中執(zhí)行。在西氣東輸工程中如何定量研究供配電方案的可靠性是電氣安全設(shè)計的難點。借鑒目前電力部門的理論和經(jīng)驗，可根據(jù)城鄉(xiāng)電網(wǎng)配電系統(tǒng)可靠性指標（供電可靠率、用戶平均停電時間和用戶平均停電次數(shù)）對供電方案進行評估。

同時考慮到壓氣站在西氣東輸管道中的重要性，壓氣站的供配電應(yīng)考慮以下問題：（1）壓氣站供電電源的可靠性：站場應(yīng)采用1路10kV外電源做主供電源，并設(shè)置無人值守自起動型天然氣發(fā)電機組作為備用電源。外電源停電后，備用電源帶站內(nèi)的重要工藝負荷，單體的照明、空調(diào)以及UPS的負荷用電。（2）壓氣站配備濾波裝置：現(xiàn)在西氣東輸壓氣站大部分采用變頻電機驅(qū)動壓縮機，但因為變頻電機運行中對電網(wǎng)的諧波含量要求較高，同時其采用的變頻調(diào)速系統(tǒng)會在運行過程中產(chǎn)生較大的諧波電流，所以變頻調(diào)速應(yīng)該配置濾波系統(tǒng)，并選取合適的濾波參數(shù)，有效的抑制壓氣站產(chǎn)生的諧波，滿足壓氣站站場內(nèi)的設(shè)備對電網(wǎng)質(zhì)量的要求。同時應(yīng)根據(jù)壓氣站專用變電站的各種運行方式，實時監(jiān)測變電站母線的總諧波含量，防止諧波含量的超標。（3）保證重要負荷安全供電：壓氣站應(yīng)采用工業(yè)型并聯(lián)冗余式不間斷電源系統(tǒng)，低壓可自動切換的雙回路供電。不間斷供電電源系統(tǒng)（UPS）后備時間按2小時考慮。消防用電設(shè)備采用雙電源或雙回路供電，并在最末一級設(shè)置自動電源切換箱。

3.2壓氣站電氣設(shè)備的選型

不同類型的電氣設(shè)備其防爆原理及結(jié)構(gòu)特點各有不同，在《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》（GB50058-92）中對不同爆炸危險場所的電氣設(shè)備選型作了明確規(guī)定，這里主要介紹壓氣站常用的防爆電氣的選型。

壓氣站現(xiàn)在主要使用的防爆電氣設(shè)備主要有防爆控制開關(guān)、防爆控制箱、防爆接線箱和防爆電機，根據(jù)標準規(guī)定和壓氣站爆炸危險區(qū)域等級，壓氣站用防爆電氣設(shè)備主要采用隔爆型、增安型以及部分本質(zhì)安全型。壓氣站常用的電氣設(shè)備選擇原則：（1）壓氣站使用的防爆控制開關(guān)的應(yīng)選用本質(zhì)安全型防爆電氣開關(guān)，其防爆等級一般采用ⅡBT4，其防爆外殼殼體通常是采用鑄造鋁合金壓鑄而成的復(fù)合型結(jié)構(gòu)。（2）防爆控制箱一般由熱繼電器、接觸器、斷路器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、信號燈、按鈕等元件構(gòu)成，選擇應(yīng)考慮爆炸危險區(qū)，壓氣站的爆炸危險區(qū)主要是2區(qū)，所以防爆控制箱可以選用隔爆型、增安型、本質(zhì)安全型，一般防爆等級選用ⅡBT4。（3）防爆接線箱外殼由鑄造鋁合金制造，內(nèi)部主要包括接線盒、穿線盒、吊線盒和分線盒。壓氣站中調(diào)壓撬、計量撬和自用氣橇內(nèi)的動力線和信號線都應(yīng)該選用隔爆型，防爆等級為ⅡBT4級。接線箱電纜引入口應(yīng)進行封堵，電纜外部應(yīng)全部套金屬防爆撓芯管。（4）壓氣站用防爆電動機應(yīng)該選用隔爆型三相異步電機，接線盒和主體外殼防護等級分別是IP54和IP44。

3.3電氣線路設(shè)計

除了正常的開關(guān)操作，危險電壓和過電流是壓氣站生產(chǎn)環(huán)境中電氣設(shè)備及線路產(chǎn)生火花、電弧或高溫的主要因素。因此在電氣線路設(shè)計中應(yīng)采取以下措施來防止火花、電弧或高溫的產(chǎn)生。（1）進入爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)的電纜選用阻燃電纜，其鋼管配線的電氣線路做好隔離密封；若采用電纜溝內(nèi)敷設(shè)方式，電纜溝內(nèi)應(yīng)充砂。（2）應(yīng)提高設(shè)備電纜抵御火災(zāi)的能力，設(shè)備配電線路應(yīng)采用耐火電纜；當(dāng)采用電纜溝或直埋穿管敷設(shè)方式時，電纜進出建筑物處應(yīng)采取防止電纜火災(zāi)蔓延的阻燃及分隔措施。供給同一設(shè)備用電的兩路電纜不宜同溝敷設(shè)，當(dāng)無法分開時，分別敷設(shè)在電纜溝兩側(cè)的支架上。（3）應(yīng)防止電氣設(shè)備對地泄漏電流增大，因當(dāng)電氣設(shè)備絕緣性能劣化、電力電子設(shè)備諧波分量增大、電纜根數(shù)和長度增加時，會導(dǎo)致設(shè)備對地泄漏電流變大，從而可能產(chǎn)生會引燃爆炸性氣體混合物的危險電壓。

3.4防雷及接地措施的應(yīng)用

（1）壓氣站可以采用扁鋼或者銅導(dǎo)體直接做壓縮機組本體的接地引下線。因為天然氣壓縮機組是壓氣站的重要設(shè)備，雖然其本體的金屬板的厚度與油庫用儲罐的壁厚一樣，但是不能像油庫用儲罐一樣當(dāng)做引下線來泄引雷電流。（2）工藝裝置區(qū)有爆炸危險露天布置的鋼質(zhì)密閉設(shè)備和容器應(yīng)設(shè)防雷接地。當(dāng)其壁厚不小于4mm時，不裝設(shè)接閃器，但應(yīng)接地，接地點不少于兩處，兩接地點間距離不大于30m，沖擊接地電阻不應(yīng)大于30Ω；當(dāng)其壁厚小于4mm時，應(yīng)設(shè)接閃針（線）保護。（3）站內(nèi)的接地系統(tǒng)應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)，站內(nèi)電氣接地、自控、通信的保護接地及工作接地、防雷防靜電接地等共用同一接地裝置，站內(nèi)做好均壓措施。高低壓配電屏與控制屏的框架、發(fā)電機組和電力變壓器的底座和外殼均應(yīng)可靠接地，且接地裝置的接地電阻值應(yīng)符合規(guī)范要求。（4）壓氣站室外的路燈、工業(yè)電視監(jiān)控桿等構(gòu)筑物的頂端應(yīng)安裝保護照明燈具及監(jiān)控器材的避雷針，構(gòu)筑物由金屬材料構(gòu)成可直接利用構(gòu)筑物本身為引下線。構(gòu)筑物立柱為金屬管型時，電源線和信號線在立柱腔體內(nèi)敷設(shè)；若工業(yè)電視監(jiān)控立柱為塔架或非金屬型，電源線和信號線敷設(shè)在沿塔架設(shè)置的金屬管中，金屬管與塔架的連接點不少于3處。電源線、信號線穿金屬管埋地，鎧裝電纜可直埋，埋地長度不應(yīng)小于15m。

結(jié)語

天然氣長輸管道壓氣站電氣安全設(shè)計具有一定的特殊性，本文在天然氣管道壓氣站電氣安全設(shè)計方面僅對其關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行了總結(jié)、分析，隨著壓縮機設(shè)備的國產(chǎn)化，壓氣站的工藝流程將會不斷的改進，對電氣安全設(shè)計還會提出更嚴格的要求，希望本文能夠?qū)μ烊粴夤艿缐簹庹镜碾姎獍踩O(shè)計提供有益的借鑒及參考。

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