炼化企业预防大面积停晃电管理技术探讨
主要内容 ：为降低突发性电气事故，从管理和技术两个方面分析了炼化企业近年来发生的大面积停晃电事故的原因，重点剖析了外部电网和内部电力系统导致的大面积停晃电事故，从内外部电网技术和管理的角度系统性地提出了预防大面积停晃电事故的措施。
关键词：炼油厂;晃电;外部电网；内部电力系统
随着中国经济建设的快速发展，大部分炼化企业外电网情况日趋复杂，尤其是处于城市边缘的老企业，外电网线路的稳定性受到严重影响；同时炼化企业在不断的发展改造中,新装置持续增加，内部电网搭积木式的网络架构,可靠性也在不断下降。内外部电网在各种因素影响下，往往会导致生产装置发生大面积停晃电事故。炼化企业主电网一般由220kV,110kV高压电网，35kV,6/10kV中压配电网和380/220V低压配电网组成。大面积停电的界定是指一次造成3套及以上生产装置超过1min的断电事故;晃电则是指短时电压波动或短时断电事故。据统计,30家炼化企业在近四年内发生大面积停晃电事故26起，其中外电网原因21起，内电网原因5起。
1原因分析
1.1外部电网因素导致的停晃电
导致停晃电的外部电网因素包括以下几方面：
1）电网线路老化，抗雷雨天气能力差。表现在杆塔、金具和绝缘子等使用年限过长，定期保养不到位导致无法及时消除线路自身缺陷，避雷设施和防舞措施缺失或配置不齐全。
2）由于区域环境日趋复杂，各类施工以及乱搭乱建等因素导致电网短路时有发生。炼化企业外线路大多是20世纪六七十年代建厂初期投运的,随着城镇化发展进程的加快，架空线走廊环境日趋恶劣，诸如肆意施工、违规搭建、放风筝、车辆撞击等行为，对外线路的稳定运行造成很大的影响和干扰。由于炼化企业无执法权力，只能对这些外力破坏情况进行劝阻，向违法者宣贯《电力法》和炼化企业供电的重要性，也间接增加了外线路运维管理的难度。
3）部分主电网线路接入单位复杂，因管理不善越级跳闸到上级变电站,影响到电源的稳定性。部分炼化企业有T接的外线路，或者地方电网公司和其他用电单位运维管理不到位,造成外线路甚至上级变电站停晃电。诸如2014年某造纸厂厂内违章施工造成某大型炼化一体化企业T接的220kV外线路跳闸，导致全厂大面积停电；2017年某炼化企业的上级变电站因其他110kV馈线发生故障而停电，导致该企业连续重整、三催化等10套装置和二空分等公用工程系统产生波动。
1.2内部电网因素导致的停晃电
导致停晃电的内部电网因素主要是新建装置依托已有的电力系统，未进行整体规划或改造，电源接入方式不合理、网架结构薄弱、供电容量不足、继电保护装置超期服役、三道防线建设不到位等。此外从年度设备大检查的情况看，近年来炼化企业电气专业人员缺乏，管理水平不高也是导致大面积停晃电的主要因素。
2预防措施
2.1外部电网管理
1）优化外电源接入方式。炼化企业应设置至少2个主供外部电源，路电源的电压应相同。每路电源从市政电网选择2个不同的变电站引入，且能长期并列运行或短时并列带负荷运行,并且能够正常合、解环操作，不满足时，宜再配备1路独立外电源。外电源线路一般采用纯架空线路或电缆线路，不宜采用架空和电缆混合敷设;配置光纤纵差保护，并满足短期合环倒闸操作的要求，单回路供电容量应满足企业最大进电负荷;要充分考虑防台风、雷暴、冰灾、风雪、地震、严寒、外力破坏等灾害，在此基础上还应充分考虑本地区和企业的特点,不采用多单位公用电源线路。
2）加强外线路管理。引进无人机和爬线机器人定期巡视架空线路和铁塔，或在重要杆塔上安装无线视频系统，及时发现通道及电力保护区内违章作业情况、线路本体及附属设施缺陷。
3）加强对外协调沟通。石油化工属于易燃、易爆高风险行业9是社会上重要的一级用电单位，电网不稳可能会导致事故发生。因此企业要取得地方供电公司的支持，争取最好的外部电源条件以及合理的电网运行方式，同时督促其做好上级变电站和所属外线路管理。一旦发生外部电网事故后，炼化企业要第一时间协调地方供电公司查明事故原因，对涉及第三方单位或人员损坏外部电力系统的现象，及时向公安机关及时反映，达到促使外部电网线路环境的优化。
2.2内部电网管理
2.2.1完善内部电网主网结构
内部电网主网结构型式⑴如图1所示,主要有多角型（环形）、放射型、链式结构（含树干型结构）。三种主网结构型式中，多角型（环形）结构和放射型结构的可靠性较高，链式结构（含树干型结构）可靠性较差。炼化企业的电力主网架构应优先选择放射型结构或环形结构,不宜采用链式结构;若只能选择采用链式结构时，层级不应超过3级。
生产装置比较集中的企业要优先建设统一的内部电网。目前很多企业尤其是老企业在不断发展中形成了搭积木式电网结构，多条外供电源线路独立供电9运行可靠性低；同时,接入外网运行主变压器数量多、总容量大，运行经济性差。具备条件的企业应在今后的发展中进行内部电网的统一改造。
2.2.2增加220kV变电站
220kV变电站可以大幅提高企业供电可靠性。例如某大型炼化一体化企业，原主网最高电压等级为110kV,主变容量为520MVA,通过增上220kV变电站并优化主网结构后，主变容量下降到360MVA,年节省基本电费约人民币6720万元，同时每度电费节省0.025元，年节约电费约人民币4500万元，合计年节省费用约人民币1.122亿元。下列规模的装置,宜选用220kV作为企业最高电压等级：炼化企业新建项目达到炼油8Mt/a,或乙烯0.6Mt/a及以上时；企业扩建后达到炼油10Mt/a,或乙烯0.8Mt/a及以上时;炼化企业总用
电负荷为100MW及以上时；自备热电站总容量达100MW,及最大单机容量达50MW及以上时;炼化企业最大电动机容量达18MW及以上时。
2.2.3做好电力系统评估和专项治理
设备管理部门应会同发展计划部门，结合生产装置新建、改扩建制定电力系统年度发展规划，确定满足企业高可靠性供电的外电源、电网运行方式。结合电力系统和电气设备管理特点，建立炼化企业继电保护及安全自动装置、电力系统主网结构、电气设备预防性工作等管理规定，并据此有序治理内外电网系统、继电保护系统、自备电站、部分高压老旧设备等电力系统方面的问题。
2.2.4优化电网运行方式
炼化企业正常的电网运行方式有两种：一是指对于有发电机并网运行的炼化企业，系统电源联络线、总变电站、自备热电站或动力中心110kV及以上母线并列运行，区域变电站、装置变电站等供配电系统均分列运行;对于无发电机并网运行的炼化企业，正常运行方式为系统电源联络线、总变电站、110kV及以上母线、区域变电站、联合变电站、装置变电站的各级母线全部分列运行，备用电源自动投入装置或电源快速切换装置投入运
行。二是指系统电源联络线、总变电站、区域变电站、自备热电站或动力中心、装置变电站等系统均分列运行。炼化企业应优先采用方式一，但各种正常运行方式不应存在“瓶颈”问题，网架结构应避免高、低压线路并联运行，长线与短线并联，粗线与细线并联，短线路成串成环。主电网线路不允许T接其他负荷。
2.3高压设备选型
2.3.1变压器
总变电站主变压器、发电机升压变压器、大型电动机的专用变压器等，宜选用有载调压电力变压器3。变压器容量选择按负载率小于50%确定，新建项目一般按40%选择容量。为了控制各系统的额定电流、短路容量、接地电容电流、电缆截面积，各级变压器的容量推荐值见表1所列。
2.3.2高压电缆
110kV单芯电缆截面控制在1000mm2以内，一般用300〜630mm2。对于35/6kV线路变压器组,35kV电缆应选用三芯电缆，截面不超过240mm2,变压器容量不超过25MVA。6kV和10kV配出线应选用三芯电缆，截面积不超过240mm2。
2.4继电保护管理
继电保护管理工作实行从设计配置、选型、安装、定值计算、定值整定、检验、运行维护、更新直至报废的全过程管理，准确填写继电保护装置动作评价表，重视“6kV及以上继电保护动作次数”KPI指标，分析动作原因是由工艺原因还是电气原因造成的，并制定整改措施
2.4.1优化继电保护配置
光纤差动保护加电源快切装置是炼化企业线路保护的首选，原则上要求触发光纤差动保护到快切动作成功的时间控制在120ms以内。要求35kV及以上线路保护应装设光纤纵差保护，220kV线路要求双重化配置；6/10kV电源联络线宜装设光纤纵差保护，其中线路短路故障使重要负荷的母线电压低于额定电压70%时,应装设光纤纵差保护。
2.4.2加强继电保护定值管理
继电保护定值管理应严格实行定值计算、整定、校验，结果返回确认的闭环管理。每年应向地方电力部门索取系统最大和最小方式下的短路阻抗,结合企业电力系统发展变化，及时计算本系统最大最小运行方式下的各短路参数，并核算继电保护装置定值，确定各电压等级母线的最大启动负荷。定值计算书应分级全面校核、审核，重要和复杂继电保护装置整定方案还需确认。
2.4.3逐步恢复继电保护专职
炼化企业应建立健全继电保护管理网络，指定专职人员负责所管辖系统的继电保护装置的全过程管理。
2.5电力系统安全稳定控制
为减少外电网故障对炼化企业电力系统运行的影响，应完善企业电力系统三道防线。具备凝气式汽轮发电机、电站锅炉,且发电量不小于总负荷或局部孤网负荷20%的企业宜开展电力系统安全稳定控制研究⑷。首先，充分考虑企业电网结构、运行方式等情况,按照保厂用电、公用工程、重要装置及重要负荷的原则，开展稳控策略研究，制定符合本企业特点的安全稳定控制方案及措施。合理制定稳控和低频减载策略、减负荷的顺序和轮次。遵循DL755—2001（电力系统安全稳定导则》5、DL/T723—2000（（电力系统安全稳定控制技术导则》6、DL/T1092—2008（（电力系统安全稳定控制系统通用技术条件》7的要求，配置安全稳定控制系统。其次,孤网时应执行“以电定汽”，满足调频要
求。研究低频逆功率方向保护设置，避免孤网时带外电网负荷。完善汽轮发电机超速保护系统（OPC）、电液调速系统（DEH）。200MW及以上的大机组应配备电力系统稳定器（PSS）。根据汽轮发电机的特性，完善机组高（低）频保护措施。优化锅炉、汽轮发电机仪表控制系统，完善汽轮发电机、锅炉辅机及其他辅助设施的抗扰动措施。合理设置同期并网点，满足孤网稳定运行后再并网要求。编制孤网事故处理预案，明确工艺、电力、蒸汽之间的优先关系，加强炉、机、电各专业演练和配合,提高现场处置能力。
2.6应急管理
由企业生产技术部门牵头确定和发布减负荷顺序，并定期组织完善。制定企业大面积停晃电事故预案，定期组织停晃电事故桌面推演并完善事故预案。对于有电调或总调行使电调权力的企业,应明确停晃电事故发生后应听从电调指挥，避免生产装置“抢电”，扩大事故影响范围。
2.7预防性工作
为降低突发性电气事故，每年底炼化企业设备管理部门应会同生产技术部门组织制定并发布下一年度电气预防性工作计划，合理安排每月的“三定”工作、状态检测、季节性维护和事故反措。
3结束语
通过上述分析可知，根治大面积停晃电是个系统性工作，因此炼化企业要总结经验教训，要从投资规划、设备运维、生产运行、调度发布等多方面采取积极有效的预防措施，保证电力系统及电气设备完好。应制定科学合理的电网运行方式，综合提高系统可靠性、稳定性水平,避免发生内部电力故障引起生产运行异常，并尽可能降低外电网故障对生产的影响。
