天然氣凈化廠電氣系統(tǒng)三年一修可行性研究

陳冠杉，楊東升，陳忠培，高曉根，黃 志，何 熨

（1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院，四川成都 610213；2.中國石油西南油氣田公司天然氣凈化總廠，重慶 401147）

1 天然氣凈化廠電氣系統(tǒng)現(xiàn)狀

天然氣凈化廠電氣系統(tǒng)接收上游電網(wǎng)提供的電源（通常為35 kV，部分使用110 kV、10 kV 等級電源），通過電力變壓器降壓至10 kV，分別提供給高壓用電設(shè)備（如10 kV 機泵）和下一級電力變壓器，再有由電力變壓器降壓至0.4 kV 提供給全廠低壓用電設(shè)備使用。

整個電氣系統(tǒng)主要包括供配電系統(tǒng)和各類用電設(shè)備，為全廠提供安全可靠的電力供應(yīng)，保障生產(chǎn)裝置長期穩(wěn)定運行的作用[1]。其中主要設(shè)備有：①線路部分：桿塔、架空線路、電纜、斷路器、隔離刀閘、避雷器及各種附屬設(shè)施等；②廠內(nèi)部分：供配電設(shè)備：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、高低壓開關(guān)柜、UPS/EPS、電纜、電力綜合自動化系統(tǒng)等；③用電設(shè)備：各類電機、儀表、照明等用電設(shè)備。

根據(jù)SY/T 0033—2009《油氣田變配電設(shè)計規(guī)范》SY/T 10011—2006《油田總體開發(fā)方案編制指南》GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范要求，天然氣凈化廠用電負荷為一級（處理能力≥400×104m3/d 的天然氣凈化廠、為重要用戶提供天然氣的凈化廠），采用雙電源供電模式，供電電壓等級6/10 kV、35 kV、110 kV 等。天然氣凈化廠通常采用單母線分段接線方式作為電氣主接線。

此種接線方式的特點是通過斷路器和隔離裝置將母線分為兩段（I 段和II 段），每段母線各引入一路電源，主要優(yōu)點在于兩母線段可以分段運行，也可以并列運行；重要用戶可用雙回路接于不同母線段，保證不間斷供電；任意母線或隔離開關(guān)檢修，只停該段，其余段可繼續(xù)供電，減少了停電范圍，如果同時調(diào)整運行/備用機泵，可以保證天然氣凈化生產(chǎn)連續(xù)進行，不受母線、電源、開關(guān)柜等檢修影響。

目前天然氣凈化廠電氣系統(tǒng)通常為一年一修，檢修時間和生產(chǎn)裝置停產(chǎn)檢修時間一致[2]。電氣部分總的檢修費用一般占凈化廠總檢修費用的5%～10%，檢修項目占全部檢修項目的10%～13%。某凈化廠檢修費用如圖1a）所示，檢修項目情況如圖1b）所示。修時間安排上，部分對裝置生產(chǎn)無影響的項目安排在日常生產(chǎn)過程中進行，如電機、照明系統(tǒng)的檢維修等；高壓設(shè)備、配電屏柜、綜自系統(tǒng)等檢維修與裝置檢維修同步進行。

圖1 某凈化廠檢修費用和項目情況

2 凈化廠電氣系統(tǒng)三年一修制約因素

要實現(xiàn)天然氣凈化廠電氣系統(tǒng)三年一修，主要存在法律法規(guī)要求、設(shè)備定期檢修要求以及人員要求3 個方面的因素；

2.1 法律法規(guī)方面

2.1.1 國家法律

根據(jù)DL/T 448—2000《電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程》等相關(guān)目錄要求，供電系統(tǒng)使用的計量用電度表、測量用電流/電壓互感器、試驗用電阻測量儀等儀器儀表需進行定期檢定。

據(jù)統(tǒng)計，目前西南地區(qū)的天然氣凈化廠，Ⅱ/Ⅲ類電能計量裝置較多，需要每年開展1～2 次電能表檢定工作，檢定期間可能造成線路暫時性停電。但經(jīng)統(tǒng)計，在實際操作中未出現(xiàn)過因開展此類檢測工作而導致的停電作業(yè)。原因主要包括：供電部門在凈化廠開展停產(chǎn)檢修期間開展相關(guān)工作、采用技術(shù)手段不停電更換相關(guān)表具等方式。

根據(jù)GB/T 21431—2015《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求，投入使用后的防雷裝置實行定期檢測制度。防雷裝置應(yīng)當每年檢測一次，對爆炸和火災危險環(huán)境場所的防雷裝置應(yīng)當每半年檢測一次。對于定期檢定儀表和防雷檢測等項目，因其不需凈化廠停產(chǎn)均可以實施，對凈化廠正常生產(chǎn)不造成影響。

2.1.2 行業(yè)、企業(yè)標準

根據(jù)現(xiàn)行的行業(yè)技術(shù)規(guī)范DL/T 596—2005《電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》相關(guān)條款要求：電機、變壓器、電流/電壓互感器、高壓開關(guān)柜、直流屏、套管、絕緣子、電力電纜、電容器、電抗器、避雷器、母線、架空線路、接地裝置等，影響天然氣凈化廠長周期運行的電氣系統(tǒng)定期檢測項目統(tǒng)計見表1：

表1 影響長周期運行的電氣系統(tǒng)定期檢測項目統(tǒng)計

注：此表僅列出規(guī)程要求定期檢定部分內(nèi)容，大修、小修及其余不定期部分試驗要求未列出。

根據(jù)AQ 3009—2007《危險場所電氣防爆安全規(guī)范》要求，凈化廠防爆電氣設(shè)施每間隔3 年開展一次定期檢查工作。

綜上所述，對法律法規(guī)和行業(yè)規(guī)范要求開展定期檢定工作的絕大部分檢測項目滿足三年一修要求，部分較短檢定周期設(shè)備，如電機、高壓電纜、變壓器開關(guān)柜、避雷器等設(shè)備的檢定可以通過切換系統(tǒng)運行方式，按照一段母線運行，另一段母線開展設(shè)備預防性試驗、維保等工作的方式開展工作，可以避免設(shè)備停運造成凈化廠供電中斷。

2.2 設(shè)備方面

電氣設(shè)備檢修主要包括電氣設(shè)備預防性試驗、電力綜合自動化系統(tǒng)維護、UPS 保養(yǎng)、變電站和裝置現(xiàn)場配電屏柜維護、電機檢修、照明維護、防雷接地檢修等工作內(nèi)容。

以某凈化廠為例，其投運時間為2009 年，主要電氣設(shè)備使用超過10 年，已進入設(shè)備使用壽命中期，全廠共有電氣設(shè)備268 臺（套），其中變壓器5 臺、高低壓配電柜78 臺、電機115 臺（其中10 kV 高壓電機4 臺，0.4 kV 低壓電機111 臺）、現(xiàn)場成套柜15套；其中大部分設(shè)備為一用一備，分別自兩段母線出線。其中的蒸汽空冷器、蒸汽冷凝器在生產(chǎn)期間只能允許短時停電；除鹽水、給水、污水處理裝置在不補水時可停電檢修；鍋爐及配套設(shè)備均設(shè)計兩用一備能夠保證至少一臺鍋爐滿足生產(chǎn)運行。

通過對該凈化廠多年電氣維保工作的統(tǒng)計（表2），其中：

表2 某凈化廠電氣維保工作統(tǒng)計

2017 年全年凈化廠變電站內(nèi)設(shè)備包括通信故障1 次、35 kV PT 異味檢查1 次、0.4 kV 低壓母排故障失電1 次（臨停檢修期間設(shè)備檢修引起），僅占站內(nèi)設(shè)備檢維修次數(shù)的4.7%（其余為正常檢修試驗工作），未造成裝置停產(chǎn)。

2018 年全年凈化廠變電站內(nèi)設(shè)備包括10 kV 避雷器損壞1次、高壓電機保護定值調(diào)整1 次、低壓母聯(lián)檢查1 次、抽屜柜原件更換6 次，占站內(nèi)設(shè)備檢維修次數(shù)的6%，均未造成裝置停產(chǎn)。

2019 年全年凈化廠變電站內(nèi)設(shè)備包括35 kV 母線受潮1次、低壓母聯(lián)機構(gòu)變形檢修1 次、低壓室異味檢查1 次、抽屜柜原件更換8 次，占站內(nèi)設(shè)備檢維修次數(shù)的11%，均未造成裝置停產(chǎn)；另有一次雷擊造成全廠停電。

從3 年變電站內(nèi)故障情況分析，凈化廠電氣設(shè)備在正常使用過程中設(shè)備故障率很低，大部分設(shè)備故障可以通過切換備用回路及時進行檢修，預防性檢修可以滿足電氣設(shè)備的長周期安全運行。如果處理廠檢修周期調(diào)整為3 年，對供電設(shè)備造成的影響主要在于不便開展低壓配電柜的一次母線檢查、螺栓緊固的工作內(nèi)容。調(diào)查凈化廠10 年運維事件統(tǒng)計情況，未發(fā)生過低壓母線松動導致突發(fā)故障；故電氣設(shè)備三年一修的安全性可以得到保證。

在電氣設(shè)備檢修計劃上，對于一用一備、兩用一備可以相互切換運行的設(shè)備，其檢、維修在日常生產(chǎn)間隙期間按照一臺檢修，其余正常運行/備用的方式完成，不再額外協(xié)調(diào)停產(chǎn)時間開展專項工作。對只允許短時停運的設(shè)備，如蒸汽空冷器、蒸汽冷凝器等空冷設(shè)備，目前則需在低溫或低負荷時段擇機開展檢修工作；除鹽水、給水、污水處理裝置等在該設(shè)備生產(chǎn)間隙期間開展檢修。在裝置全停檢修期間，開展部分電氣設(shè)備檢修和試驗項目，如直流屏/UPS 檢修、進線電源快速切換裝置性能測試、電力綜合自動化系統(tǒng)維護等工作。

2.3 人員方面

為便于工作管理，目前凈化廠電氣檢修工作內(nèi)容中除日常檢修之外，電氣設(shè)備預防性試驗、高低壓開關(guān)柜的維護保養(yǎng)、部分電機的維護保養(yǎng)等工作通常集中在凈化廠停產(chǎn)檢修期間集中開展，檢修期間，凈化裝置停運，凈化廠電氣專業(yè)人員主要工作由保障供電系統(tǒng)正常運行轉(zhuǎn)為主要配合檢修單位人員開展站內(nèi)電氣設(shè)備預防性試驗、檢維修保養(yǎng)等工作。

要實現(xiàn)電氣系統(tǒng)三年一修要求，目前集中開展的電氣設(shè)備預防性試驗、高低壓開關(guān)柜的維護保養(yǎng)、部分電機的維護保養(yǎng)等工作需在日常工作中統(tǒng)一安排。檢修期間要滿足邊生產(chǎn)邊檢修則會帶來更多的設(shè)備切換、施工時間限制等條件，對施工作業(yè)人員的技術(shù)能力、安全意識等都提出更高的要求，需要通過加強人員培訓、做好施工安全技術(shù)措施等方面來保障。

3 結(jié)束語

綜上所述，天然氣凈化廠電氣系統(tǒng)在法律法規(guī)、設(shè)備本身和人員準備方面可以實現(xiàn)三年一修的要求，但具體實施過程中，應(yīng)注意以下6 個方面的問題：

（1）合理規(guī)劃電氣設(shè)備、儀器儀表檢定計劃，使其與凈化廠三年一修時間相匹配；對于時間周期短的，應(yīng)積極與上游供電部門和下游用電單位溝通協(xié)調(diào)，在做好安全預案和處置措施后，通過切換電源、設(shè)備的方式開展檢定工作。

（2）做好電氣設(shè)備運行保障措施。日常生產(chǎn)運行過程中，應(yīng)該加強電氣設(shè)備的維護保養(yǎng)工作，實現(xiàn)預防性檢修，減少運行期間突發(fā)設(shè)備故障；對必須在全停電期間才能開展的檢維修項目，提前制訂好檢修計劃、準備物資材料和人員安排，在停產(chǎn)期間做好檢修工作，保證一個停產(chǎn)周期間的安全平穩(wěn)運行。制訂電力保障專項方案，應(yīng)對雷雨季節(jié)突發(fā)極端氣候（含暴雨、雷電、大風、暴熱等），加強天然氣凈化裝置的電力保障工作。

（3）優(yōu)化部分關(guān)鍵設(shè)備配置。部分凈化廠存在單臺連續(xù)運行設(shè)備（如蒸汽空冷器、蒸汽冷凝器），長期不間斷運行可能造成設(shè)備故障最終引起裝置降負或停產(chǎn)。應(yīng)根據(jù)工藝進行論證分析，對于確實需要連續(xù)運行才能保證凈化裝置正常運行的，及時增加備用機組，避免設(shè)備突發(fā)故障導致影響生產(chǎn)。

（4）通過新技術(shù)實現(xiàn)電氣設(shè)備的長周期安全運行。對于凈化裝置主要設(shè)備的電機，通過機泵在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對電機的電流、溫度、振動頻譜等數(shù)據(jù)檢測、收集，通過大數(shù)據(jù)分析相關(guān)數(shù)據(jù)，幫助評估判斷設(shè)備運行情況，實現(xiàn)設(shè)備科學維保管理。對于UPS/EPS 等帶蓄電池的設(shè)備，可以通過電池巡檢儀電源系統(tǒng)蓄電池進行實時、完善在線檢測與管理；通過電池性能分析模型，綜合處理電池的各項參數(shù)，準確判斷電池性能并預警，保障UPS/EPS 實現(xiàn)長周期安全運行。

（5）電氣設(shè)備檢修期間，應(yīng)嚴格按照《電力安全工作規(guī)程》《公司電力管理辦法》相關(guān)要求，按照作業(yè)許可管理制度相關(guān)要求，強化電力作業(yè)全過程風險分析，建立風險作業(yè)目錄清單，編制基礎(chǔ)工作前安全分析，嚴格執(zhí)行能量隔離措施等方式做好檢修人員安全防護，實現(xiàn)檢修安全。

（6）加強凈化廠電氣運維人員的技術(shù)培訓，提高操作和檢維修能力，達到隱患早期發(fā)現(xiàn)、故障及時處理、避免不必要停電。