天然氣行業(yè)電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行技術(shù)與應(yīng)用探析

董常龍 馬倩倩

（1.江西省天然氣管道有限公司 2.江西省天然氣集團(tuán)有限公司）

0 引言

天然氣場(chǎng)站肩負(fù)著將天然氣分輸?shù)匠鞘腥細(xì)狻⒐S、商業(yè)用戶等分輸任務(wù)，現(xiàn)代化天然氣場(chǎng)站都具備高度自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，自動(dòng)完成天然氣分輸任務(wù)，天然氣場(chǎng)站的電氣系統(tǒng)是決定著自動(dòng)化控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，一旦電氣系統(tǒng)供電中斷或發(fā)生故障，自動(dòng)控制系統(tǒng)將無(wú)法正常開(kāi)展調(diào)節(jié)控制，將會(huì)造成天然氣供氣中斷、管道壓力失控等后果，影響工業(yè)生產(chǎn)、居民生活，嚴(yán)重時(shí)可能造成火災(zāi)爆炸等嚴(yán)重事故，因此，可靠的電氣系統(tǒng)是天然氣穩(wěn)定供應(yīng)的可靠保障。根據(jù)天然氣場(chǎng)站的特點(diǎn)和生產(chǎn)工況，要強(qiáng)化場(chǎng)站電氣系統(tǒng)的可靠性保障、防爆設(shè)計(jì)施工及防雷管理，才能實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定供電，保障場(chǎng)站的平穩(wěn)運(yùn)行。

1 天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)的特殊性

天然氣具有易燃易爆的特點(diǎn)，大多數(shù)天然氣場(chǎng)站都建在偏離市區(qū)的遠(yuǎn)郊、山區(qū)地段，同時(shí)，天然氣場(chǎng)站需要全天候供氣，具有持續(xù)生產(chǎn)的特點(diǎn)，因此，天然氣場(chǎng)站的電氣系統(tǒng)與普通工廠的電氣系統(tǒng)存在較大差異。一是連續(xù)生產(chǎn)，電氣系統(tǒng)不能停電，要24小時(shí)提供穩(wěn)定電源供應(yīng)，需要電氣系統(tǒng)可靠性運(yùn)行；二是天然氣場(chǎng)站屬于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，普通電氣設(shè)備在使用中易產(chǎn)生火花、高溫遇到天然氣泄漏等情況將導(dǎo)致火災(zāi)爆炸，天然氣場(chǎng)站需要使用具備防爆功能的電氣設(shè)備；三是天然氣場(chǎng)站設(shè)備多處于室外布置，容易遭受雷電侵?jǐn)_，造成電氣設(shè)備損壞，影響電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需要做好電氣系統(tǒng)防雷保護(hù)工作。

2 天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)組成及可靠性措施

2.1 天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)組成

天然氣場(chǎng)站供電系統(tǒng)一般包括電網(wǎng)公司提供的外部供電系統(tǒng)和天然氣場(chǎng)站設(shè)置的發(fā)電機(jī)、UPS等內(nèi)部供電系統(tǒng)組成。外部供電主要由高壓架空線路或高壓埋地線路、高壓開(kāi)關(guān)柜、變壓器、低壓配電柜等組成；內(nèi)部供電主要由發(fā)電機(jī)、UPS主機(jī)、UPS蓄電池、雙電源切換開(kāi)關(guān)等設(shè)備組成。一般外部供電系統(tǒng)為主供電線系統(tǒng)，內(nèi)部供電系統(tǒng)為備用供電系統(tǒng)，只有當(dāng)主電發(fā)生故障或長(zhǎng)時(shí)間停電的情況下，備用供電系統(tǒng)才啟動(dòng)使用。

2.2 天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)可靠性影響因素

天然氣場(chǎng)站是輸氣管道對(duì)接終端的轉(zhuǎn)運(yùn)樞紐，管道內(nèi)的天然氣通過(guò)場(chǎng)站源源不斷地輸送給工商業(yè)用戶及千家萬(wàn)戶，因此，天然氣場(chǎng)站運(yùn)行具有連續(xù)性、不可間斷性。為確保天然氣場(chǎng)站連續(xù)運(yùn)行，場(chǎng)站電氣系統(tǒng)也要具備連續(xù)性和不可間斷性，場(chǎng)站電氣系統(tǒng)一旦發(fā)生故障或供電中斷，場(chǎng)站控制系統(tǒng)停機(jī)，各設(shè)備供電失電，無(wú)法正常運(yùn)行，輕則造成供氣中斷，重則造成火災(zāi)爆炸等事故。因此，天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)要具備扎實(shí)的可靠性，確保天然氣場(chǎng)站的穩(wěn)定供電。一般影響天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)可靠性的因素主要有供電設(shè)備可靠性、電氣系統(tǒng)管理、人員素質(zhì)、電氣系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境等因素。

2.3 提高天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)可靠性的措施

天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)可靠性影響著場(chǎng)站的安全運(yùn)行，為確保天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，可通過(guò)提高供電設(shè)備可靠性、加強(qiáng)電氣系統(tǒng)管理、強(qiáng)化人員培訓(xùn)、改善電氣系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境等措施強(qiáng)化供電保證。對(duì)于提高設(shè)備可靠性：一是通過(guò)設(shè)計(jì)2套UPS來(lái)實(shí)現(xiàn)UPS冗余供電，在其中一套UPS發(fā)生故障時(shí)，不斷電的情況下自動(dòng)切換到另外一臺(tái)UPS上來(lái)保證控制系統(tǒng)、電子系統(tǒng)供電；二是PLC機(jī)柜、ESD機(jī)柜、計(jì)量機(jī)柜等關(guān)鍵控制設(shè)備采用雙電源獨(dú)立供電方式；三是設(shè)置發(fā)電機(jī)后備電源裝置，在長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)，UPS電量不足以提供長(zhǎng)時(shí)間供電的情況下，可使用發(fā)電機(jī)供電來(lái)提供保障。在電氣系統(tǒng)管理方面，可通過(guò)配備專業(yè)電工人員，安排專業(yè)電工或?qū)I(yè)隊(duì)伍定期做好現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)，確保電氣系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。加強(qiáng)人員培訓(xùn)方面可通過(guò)開(kāi)展電氣專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，強(qiáng)化電氣系統(tǒng)操作人員水平來(lái)提高電氣系統(tǒng)運(yùn)行保障能力。改善電氣系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境主要通過(guò)使電氣系統(tǒng)提高合適的溫度、濕度等運(yùn)行環(huán)境，降低電氣設(shè)備周邊電磁干擾，做好電氣系統(tǒng)防雷使用適合防爆環(huán)境的防爆電氣設(shè)備來(lái)確保電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3 天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)的防爆要求

3.1 天然氣場(chǎng)站的電氣防爆原因

天然氣屬于易燃易爆的氣體，在天然氣場(chǎng)站運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備泄漏、檢修放空等場(chǎng)景下，天然氣設(shè)備周邊將積存大量天然氣，同時(shí)，天然氣管道閥門的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、溫度變送器、壓力變送器及流量計(jì)等儀表及各類傳感器等電氣設(shè)備都需要電力供應(yīng)，在供電過(guò)程，電氣設(shè)備的供電線路常存在接觸不良等因素導(dǎo)致端子發(fā)熱、產(chǎn)生電火花等點(diǎn)火能，在天然氣濃度達(dá)到爆炸極限時(shí)，如遇到電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花會(huì)點(diǎn)燃天然氣，造成火災(zāi)爆炸事故，造成人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，天然氣場(chǎng)站的電氣系統(tǒng)要設(shè)計(jì)為專用的防爆電氣設(shè)備，確保天然氣場(chǎng)站的安全運(yùn)行。

3.2 天然氣場(chǎng)站爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻次、存在的時(shí)間及通風(fēng)條件，常將爆炸性區(qū)域分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)，按照天然氣場(chǎng)站運(yùn)行情況、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及生產(chǎn)特點(diǎn)，天然氣場(chǎng)站內(nèi)一般沒(méi)有天然氣大量長(zhǎng)時(shí)間聚集的情況，只有在螺紋密封不嚴(yán)、設(shè)備故障、管道腐蝕穿孔情況下才會(huì)偶爾出現(xiàn)天然氣泄漏，且一般出現(xiàn)天然氣泄漏時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)值班運(yùn)行人員都會(huì)及時(shí)進(jìn)行故障處理，杜絕天然氣長(zhǎng)時(shí)間大量積存。因此，一般天然氣場(chǎng)站按照2區(qū)來(lái)劃分，但考慮到閥室、發(fā)電機(jī)房等部分密閉場(chǎng)所通風(fēng)不暢，可能存在天然氣長(zhǎng)期集聚的現(xiàn)象，部分場(chǎng)所可劃為1區(qū)。

3.3 天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)防爆設(shè)備的選型

天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)防爆設(shè)備的選型要根據(jù)天然氣場(chǎng)站爆炸危險(xiǎn)區(qū)的分析及劃分來(lái)選定，按照天然氣場(chǎng)站運(yùn)行情況、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及生產(chǎn)特點(diǎn)，天然氣場(chǎng)站一般按照2區(qū)來(lái)劃分，部分密閉場(chǎng)所可劃為1區(qū)。按照防爆電氣設(shè)備的分類、功能及應(yīng)用分區(qū)，天然氣場(chǎng)站常選用本質(zhì)型、隔爆型、增安型等類型。其中隔爆型主要用于防爆開(kāi)關(guān)、防爆照明燈、防爆指示燈、防爆按鈕及防爆配電箱等設(shè)備；本質(zhì)型主要用于現(xiàn)場(chǎng)的溫度變送器、壓力變送器及流量計(jì)等儀表及各類傳感器、調(diào)節(jié)器及通訊設(shè)備；增安型主要用于現(xiàn)場(chǎng)防爆撓性管、防爆接線盒、防爆接線箱等電氣連接設(shè)備。

3.4 天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)防爆設(shè)備安裝要求

在天然氣場(chǎng)站爆炸性環(huán)境內(nèi)，低壓電力、照明線路采用的絕緣導(dǎo)線和電纜的額定電壓應(yīng)高于或等于工作電壓，中性線的額定電壓應(yīng)與相線電壓相等，并應(yīng)在同一護(hù)套或保護(hù)管內(nèi)敷設(shè)。在爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，除在配電盤、接線箱或采用金屬導(dǎo)管配線系統(tǒng)內(nèi)，無(wú)護(hù)套的電線不應(yīng)作為供配電線路。在1區(qū)內(nèi)應(yīng)采用銅芯電纜，除本質(zhì)安全電路外，在2區(qū)內(nèi)宜采用銅芯電纜，當(dāng)采用鋁芯電纜時(shí)，其截面不得小于16mm2，且與電氣設(shè)備的連接應(yīng)采用銅-鋁過(guò)渡接頭。敷設(shè)在爆炸性粉塵環(huán)境20區(qū)、21區(qū)以及在22區(qū)內(nèi)有劇烈振動(dòng)區(qū)域的回路，均應(yīng)采用銅芯絕緣導(dǎo)線或電纜。當(dāng)電纜或?qū)Ь€的終端連接時(shí)，電纜內(nèi)部的導(dǎo)線如果為絞線，其終端應(yīng)采用定型端子或接線鼻子進(jìn)行連接。鋁芯絕緣導(dǎo)線或電纜的連接與封端應(yīng)采用壓接、熔焊，當(dāng)與設(shè)備（照明燈具除外）連接時(shí)，應(yīng)采用銅-鋁過(guò)渡接頭。架空電力線路不得跨越爆炸性氣體環(huán)境，架空線路與爆炸性氣體環(huán)境的水平距離不應(yīng)小于桿塔高度的1.5倍。在特殊情況下，采取有效措施后，可適當(dāng)減少距離。

4 天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)防雷技術(shù)及措施

4.1 雷電對(duì)電氣系統(tǒng)的危害

常見(jiàn)電氣系統(tǒng)的雷電危害有直擊雷、雷電波浸入和過(guò)電壓。常見(jiàn)的降雨過(guò)程中的雷電即為直擊雷，直擊雷可短時(shí)間內(nèi)釋放出大量的電能，可瞬時(shí)摧毀電氣系統(tǒng)、電子系統(tǒng)，導(dǎo)致停電、控制系統(tǒng)失效，造成天然氣場(chǎng)站失電、閥門關(guān)閉、供氣中斷等事故，嚴(yán)重的可造成火災(zāi)爆炸等惡劣事件；雷電波浸入常指雷電對(duì)暴露在室外的電纜進(jìn)行放電，造成電纜連接的各電氣設(shè)備遭受雷擊損害；雷電波浸入常由雷電過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)，也就是感應(yīng)雷，它會(huì)因?yàn)樵陔姎庠O(shè)備周邊產(chǎn)生很強(qiáng)烈的磁場(chǎng)造成周圍電氣設(shè)備、電子系統(tǒng)破壞，造成控制系統(tǒng)失效，各壓力變送器、溫度變送器等電子儀表及各傳感器瞬間破壞，給天然氣供氣生產(chǎn)造成嚴(yán)重隱患。

4.2 常見(jiàn)電氣系統(tǒng)的雷電防護(hù)系統(tǒng)組成

電氣系統(tǒng)的雷電防護(hù)系統(tǒng)常由外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置組成。外部防雷裝置的防雷原理主要將直擊雷中釋放的大量雷電流通過(guò)接線器、引下線和接地裝置引入到大地中，達(dá)到釋放電流的目的，從而保護(hù)電氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。內(nèi)部防雷裝置主要通過(guò)等電位連接、屏蔽、接地及電浪涌保護(hù)等裝置大大降低雷電波浸入或過(guò)電壓形成的電磁效應(yīng)而保護(hù)電氣系統(tǒng)關(guān)鍵部件免受侵害。

4.3 電氣系統(tǒng)防雷措施

按照電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及空間分布情況，電氣系統(tǒng)防雷措施常有高壓防雷措施、間隙保護(hù)措施及避雷器保護(hù)措施。高壓防雷措施主要針對(duì)室外架空線路，在架空線路設(shè)立幾處絕緣性能相對(duì)較差的點(diǎn)，在有雷電波侵入時(shí)，較高的電壓會(huì)擊穿設(shè)立的幾處絕緣性能相對(duì)較差的點(diǎn)，通過(guò)接地裝置將雷電流引入大地，從而保護(hù)電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行；間隙保護(hù)措施常指將變壓器中性點(diǎn)間隙接地裝置，在有電弧發(fā)生時(shí)會(huì)隨著電流減小自行熄滅；避雷器措施常指直接雷釋放的大量電能通過(guò)避雷器泄入大地，保護(hù)設(shè)備免受直接雷的侵?jǐn)_。因此，對(duì)雷電活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)的天然氣電氣系統(tǒng)以及經(jīng)常發(fā)生雷擊故障的桿塔和線段，應(yīng)加強(qiáng)雷電防護(hù)，可采取降低接地電阻、架設(shè)接閃線、增加絕緣子或架設(shè)耦合地線等措施。

4.4 電子系統(tǒng)防雷措施

電子系統(tǒng)防雷主要通過(guò)電涌保護(hù)器進(jìn)行防護(hù)，對(duì)于電磁干擾防護(hù)要求較高的場(chǎng)所，應(yīng)結(jié)合被保護(hù)設(shè)備的重要性、建筑物特征及雷電環(huán)境因素確定電涌保護(hù)配置方案，一般電涌保護(hù)器選用組合型，安裝位置在配電斷路器的負(fù)荷側(cè)。低壓電源側(cè)的配電裝置裝設(shè)一組電涌能量承受能力符合Ⅰ級(jí)試驗(yàn)、電壓保護(hù)水平不大于2.5kV的電涌保護(hù)器作為第一級(jí)保護(hù)。重要電氣、電子設(shè)備的配電箱以及建筑物的總電源配電箱，裝設(shè)一組電壓保護(hù)水平不大于2.5kV的電涌保護(hù)器作為第二級(jí)保護(hù)。在重要電氣、電子設(shè)備輸入端裝設(shè)一組電壓保護(hù)水平不大于1.5kV的設(shè)備級(jí)電涌保護(hù)器作為第三級(jí)保護(hù)。露天電氣設(shè)備的配電回路，若斷路器經(jīng)常處于斷開(kāi)狀態(tài)，電涌保護(hù)器安裝在斷路器電源側(cè)。各級(jí)電涌保護(hù)器電壓保護(hù)水平應(yīng)低于其保護(hù)范圍內(nèi)被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐受水平，并留有裕度。

5 結(jié)束語(yǔ)

天然氣場(chǎng)站運(yùn)行過(guò)程中需要提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，一旦電氣系統(tǒng)故障，容易引發(fā)供氣中斷、火災(zāi)爆炸等事故，因此，天然氣場(chǎng)站的電氣系統(tǒng)要具備可靠性、防爆性及防雷性。本文結(jié)合天然氣場(chǎng)站的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)在的電氣系統(tǒng)現(xiàn)狀，系統(tǒng)探討了天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)在可靠性、防爆性及防雷等方面的技術(shù)要求及建議，為從事天然氣相關(guān)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)提供電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行管理，確保天然氣場(chǎng)站電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為社會(huì)提供穩(wěn)定的天然氣能源保障，促進(jìn)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善人民生活水平，實(shí)現(xiàn)國(guó)家共同富裕。