煉化企業預防大面積停晃電管理技術探討

邢勐，王建軍

(中國石油化工股份有限公司 煉油事業部，北京 100728 )

隨著中國經濟建設的快速發展，大部分煉化企業外電網情況日趨復雜，尤其是處于城市邊緣的老企業，外電網線路的穩定性受到嚴重影響；同時煉化企業在不斷的發展改造中，新裝置持續增加，內部電網搭積木式的網絡架構，可靠性也在不斷下降。內外部電網在各種因素影響下，往往會導致生產裝置發生大面積停晃電事故。

煉化企業主電網一般由220 kV，110 kV高壓電網，35 kV，6/10 kV中壓配電網和380/220 V低壓配電網組成。大面積停電的界定是指一次造成3套及以上生產裝置超過1 min的斷電事故；晃電則是指短時電壓波動或短時斷電事故。

據統計，30家煉化企業在近四年內發生大面積停晃電事故26起，其中外電網原因21起，內電網原因5起。

1 原因分析

1.1 外部電網因素導致的停晃電

導致停晃電的外部電網因素包括以下幾方面：

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

2)由于區域環境日趨復雜，各類施工以及亂搭亂建等因素導致電網短路時有發生。

煉化企業外線路大多是20世紀六七十年代建廠初期投運的，隨著城鎮化發展進程的加快，架空線走廊環境日趨惡劣，諸如肆意施工、違規搭建、放風箏、車輛撞擊等行為，對外線路的穩定運行造成很大的影響和干擾。由于煉化企業無執法權力，只能對這些外力破壞情況進行勸阻，向違法者宣貫《電力法》和煉化企業供電的重要性，也間接增加了外線路運維管理的難度。

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

部分煉化企業有T接的外線路，或者地方電網公司和其他用電單位運維管理不到位，造成外線路甚至上級變電站停晃電。諸如2014年某造紙廠廠內違章施工造成某大型煉化一體化企業T接的220 kV外線路跳閘，導致全廠大面積停電;2017年某煉化企業的上級變電站因其他110 kV饋線發生故障而停電，導致該企業連續重整、三催化等10套裝置和二空分等公用工程系統產生波動。

1.2 內部電網因素導致的停晃電

導致停晃電的內部電網因素主要是新建裝置依托已有的電力系統，未進行整體規劃或改造，電源接入方式不合理、網架結構薄弱、供電容量不足、繼電保護裝置超期服役、三道防線建設不到位等。此外從年度設備大檢查的情況看，近年來煉化企業電氣專業人員缺乏，管理水平不高也是導致大面積停晃電的主要因素。

2 預防措施

2.1 外部電網管理

1)優化外電源接入方式。煉化企業應設置至少2個主供外部電源，2路電源的電壓應相同。每路電源從市政電網選擇2個不同的變電站引入，且能長期并列運行或短時并列帶負荷運行，并且能夠正常合、解環操作，不滿足時，宜再配備1路獨立外電源。

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；配置光纖縱差保護，并滿足短期合環倒閘操作的要求，單回路供電容量應滿足企業最大進電負荷；要充分考慮防臺風、雷暴、冰災、風雪、地震、嚴寒、外力破壞等災害，在此基礎上還應充分考慮本地區和企業的特點，不采用多單位公用電源線路。

2)加強外線路管理。引進無人機和爬線機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，及時發現通道及電力保護區內違章作業情況、線路本體及附屬設施缺陷。

3)加強對外協調溝通。石油化工屬于易燃、易爆高風險行業，是社會上重要的一級用電單位，電網不穩可能會導致事故發生。因此企業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運行方式，同時督促其做好上級變電站和所屬外線路管理。

一旦發生外部電網事故后，煉化企業要第一時間協調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的現象，及時向公安機關及時反映，達到促使外部電網線路環境的優化。

2.2 內部電網管理

2.2.1完善內部電網主網結構

內部電網主網結構型式[1]如圖1所示，主要有多角型(環形)、放射型、鏈式結構(含樹干型結構)。三種主網結構型式中，多角型(環形)結構和放射型結構的可靠性較高，鏈式結構(含樹干型結構)可靠性較差。煉化企業的電力主網架構應優先選擇放射型結構或環形結構，不宜采用鏈式結構；若只能選擇采用鏈式結構時，層級不應超過3級。

圖1 內部電網主網結構的主要型式示意

生產裝置比較集中的企業要優先建設統一的內部電網。目前很多企業尤其是老企業在不斷發展中形成了搭積木式電網結構，多條外供電源線路獨立供電，運行可靠性低；同時，接入外網運行主變壓器數量多、總容量大，運行經濟性差。具備條件的企業應在今后的發展中進行內部電網的統一改造。

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

變壓器應優先選擇雙繞組變壓器。在某些特殊場合，如在部分聯合變電站或區域變電站，為了擴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；達到三個電壓等級的自備熱電站，為節省投資和占地，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償，不宜帶生產裝置負荷。

短路電流控制水平應與電源容量、電網規劃及開關設備開斷能力相適應，不同電壓等級的短路電流控制水平應相互配合；當系統短路電流過大時，應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。母線短路電流達到或接近控制水平時，應選擇合理的限制措施；同時選擇設備技術參數應留有適當裕度，為下一步企業電網的發展留有一定的空間。一般選用限流措施為母線分段分列運行、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供電可靠性。例如某大型煉化一體化企業，原主網最高電壓等級為110 kV，主變容量為520 MVA，通過增上220 kV變電站并優化主網結構后，主變容量下降到360 MVA，年節省基本電費約人民幣6 720萬元，同時每度電費節省0.025元，年節約電費約人民幣4 500萬元，合計年節省費用約人民幣1.122億元。

下列規模的裝置，宜選用220 kV作為企業最高電壓等級： 煉化企業新建項目達到煉油8 Mt/a，或乙烯0.6 Mt/a及以上時；企業擴建后達到煉油10 Mt/a，或乙烯0.8 Mt/a及以上時；煉化企業總用電負荷為100 MW及以上時；自備熱電站總容量達100 MW，及最大單機容量達50 MW及以上時；煉化企業最大電動機容量達18 MW及以上時。

2.2.3做好電力系統評估和專項治理

設備管理部門應會同發展計劃部門，結合生產裝置新建、改擴建制定電力系統年度發展規劃，確定滿足企業高可靠性供電的外電源、電網運行方式。結合電力系統和電氣設備管理特點，建立煉化企業繼電保護及安全自動裝置、電力系統主網結構、電氣設備預防性工作等管理規定，并據此有序治理內外電網系統、繼電保護系統、自備電站、部分高壓老舊設備等電力系統方面的問題。

2.2.4優化電網運行方式

煉化企業正常的電網運行方式有兩種： 一是指對于有發電機并網運行的煉化企業，系統電源聯絡線、總變電站、自備熱電站或動力中心110 kV及以上母線并列運行，區域變電站、裝置變電站等供配電系統均分列運行；對于無發電機并網運行的煉化企業，正常運行方式為系統電源聯絡線、總變電站、110 kV及以上母線、區域變電站、聯合變電站、裝置變電站的各級母線全部分列運行，備用電源自動投入裝置或電源快速切換裝置投入運行。二是指系統電源聯絡線、總變電站、區域變電站、自備熱電站或動力中心、裝置變電站等系統均分列運行。煉化企業應優先采用方式一，但各種正常運行方式不應存在“瓶頸”問題，網架結構應避免高、低壓線路并聯運行，長線與短線并聯，粗線與細線并聯，短線路成串成環。主電網線路不允許T接其他負荷。

2.3 高壓設備選型

2.3.1變壓器

總變電站主變壓器、發電機升壓變壓器、大型電動機的專用變壓器等，宜選用有載調壓電力變壓器[3]。變壓器容量選擇按負載率小于50%確定，新建項目一般按40%選擇容量。為了控制各系統的額定電流、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，一般用300～630 mm2。對于35/6 kV線路變壓器組，35 kV電纜應選用三芯電纜，截面不超過240 mm2，變壓器容量不超過25 MVA。6 kV和10 kV配出線應選用三芯電纜，截面積不超過240 mm2。

2.4 繼電保護管理

繼電保護管理工作實行從設計配置、選型、安裝、定值計算、定值整定、檢驗、運行維護、更新直至報廢的全過程管理，準確填寫繼電保護裝置動作評價表，重視 “6 kV及以上繼電保護動作次數”KPI指標，分析動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優化繼電保護配置

光纖差動保護加電源快切裝置是煉化企業線路保護的首選，原則上要求觸發光纖差動保護到快切動作成功的時間控制在120 ms以內。要求35 kV及以上線路保護應裝設光纖縱差保護，220 kV線路要求雙重化配置；6/10 kV電源聯絡線宜裝設光纖縱差保護，其中線路短路故障使重要負荷的母線電壓低于額定電壓70%時，應裝設光纖縱差保護。

2.4.2加強繼電保護定值管理

繼電保護定值管理應嚴格實行定值計算、整定、校驗，結果返回確認的閉環管理。每年應向地方電力部門索取系統最大和最小方式下的短路阻抗，結合企業電力系統發展變化，及時計算本系統最大最小運行方式下的各短路參數，并核算繼電保護裝置定值，確定各電壓等級母線的最大啟動負荷。定值計算書應分級全面校核、審核，重要和復雜繼電保護裝置整定方案還需確認。

2.4.3逐步恢復繼電保護專職

煉化企業應建立健全繼電保護管理網絡，指定專職人員負責所管轄系統的繼電保護裝置的全過程管理。

2.5 電力系統安全穩定控制

為減少外電網故障對煉化企業電力系統運行的影響，應完善企業電力系統三道防線。具備凝氣式汽輪發電機、電站鍋爐，且發電量不小于總負荷或局部孤網負荷20%的企業宜開展電力系統安全穩定控制研究[4]。

首先，充分考慮企業電網結構、運行方式等情況，按照保廠用電、公用工程、重要裝置及重要負荷的原則，開展穩控策略研究，制定符合本企業特點的安全穩定控制方案及措施。合理制定穩控和低頻減載策略、減負荷的順序和輪次。遵循DL 755—2001《電力系統安全穩定導則》[5]、DL/T 723—2000《電力系統安全穩定控制技術導則》[6]、DL/T 1092—2008《電力系統安全穩定控制系統通用技術條件》[7]的要求，配置安全穩定控制系統。

其次，孤網時應執行“以電定汽”，滿足調頻要求。研究低頻逆功率方向保護設置，避免孤網時帶外電網負荷。完善汽輪發電機超速保護系統(OPC)、電液調速系統(DEH)。200 MW及以上的大機組應配備電力系統穩定器(PSS)。根據汽輪發電機的特性，完善機組高(低)頻保護措施。優化鍋爐、汽輪發電機儀表控制系統，完善汽輪發電機、鍋爐輔機及其他輔助設施的抗擾動措施。合理設置同期并網點，滿足孤網穩定運行后再并網要求。編制孤網事故處理預案，明確工藝、電力、蒸汽之間的優先關系，加強爐、機、電各專業演練和配合，提高現場處置能力。

2.6 應急管理

由企業生產技術部門牽頭確定和發布減負荷順序，并定期組織完善。制定企業大面積停晃電事故預案，定期組織停晃電事故桌面推演并完善事故預案。對于有電調或總調行使電調權力的企業，應明確停晃電事故發生后應聽從電調指揮，避免生產裝置“搶電”，擴大事故影響范圍。

2.7 預防性工作

為降低突發性電氣事故，每年底煉化企業設備管理部門應會同生產技術部門組織制定并發布下一年度電氣預防性工作計劃，合理安排每月的“三定”工作、狀態檢測、季節性維護和事故反措。

3 結束語

通過上述分析可知，根治大面積停晃電是個系統性工作，因此煉化企業要總結經驗教訓，要從投資規劃、設備運維、生產運行、調度發布等多方面采取積極有效的預防措施，保證電力系統及電氣設備完好。應制定科學合理的電網運行方式，綜合提高系統可靠性、穩定性水平，避免發生內部電力故障引起生產運行異常，并盡可能降低外電網故障對生產的影響。