精細化工企業(yè)供配電系統安全設計

＊靳建超 劉梅 梁榮興 周沙沙 劉迪

（山東安和安全技術研究院有限公司 山東 256600）

精細化工作為化工產業(yè)的重要組成，是現代化產業(yè)體系的重要鏈條之一。精細化工行業(yè)相比傳統化工行業(yè)，存在以下特點：產品及物料品種繁多、產品更新快，技術投入高，需要不斷進行技術開發(fā)；產品產量低、質量穩(wěn)定，單位附加值高，對原輔材料要求高；生產工藝安全性要求高，危險工藝較多；大多以間歇方式小批量生產，規(guī)模小，設備投資費用低?；谏鲜鎏攸c，精細化工企業(yè)供配電系統易受到停電、安全事故（火災、爆炸、觸電等）、設備故障、安全管理等問題影響，安全問題凸顯。因此，本文通過精細化工企業(yè)供配電系統調研，并提出供配電系統的安全設計顯得尤為重要。

1.精細化工企業(yè)供配電系統特點

(1)企業(yè)概況

濱州市某精細化工企業(yè)主要生產原料藥及醫(yī)藥中間體，企業(yè)建設有生活辦公區(qū)、醫(yī)藥生產區(qū)、醫(yī)藥儲存區(qū)、公用工程區(qū)，本項目供電電源來自工業(yè)園園區(qū)供電所，引一路10kV架空電力線進入廠區(qū)，在廠區(qū)內埋地敷設接入變電室內。變電室設1臺1000kVA和1臺500kVA變壓器，經變壓器降壓至0.4kV后，通過埋地電纜向廠區(qū)各單體配電室，配電室設置GGD型配電柜，配出的回路采用放射式敷設至各用電設備。根據企業(yè)工藝生產要求及國家標準《供配電系統設計規(guī)范》[1]、《建筑設計防火規(guī)范》[2]的相關規(guī)定，企業(yè)生產用電、辦公生活用電、消防用電負荷（室外消防水量為25L/s）為三級負荷；常規(guī)儀表系統、可燃氣體報警和火災報警系統用電負荷為一級負荷。

(2)供配電系統特點

①可靠性?？煽啃允侵冈?、設備和系統等在規(guī)定的時間內，規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力?？煽啃怨こ叹褪茄芯坑绊懺?、設備和系統可靠性的各種必然因素，以達到控制元件、設備和系統可靠性的目的[3]。電力系統的可靠性，既表現在設備設施的故障率低、運行平穩(wěn)、費用成本低，可表現在其更新、擴容的穩(wěn)定和便捷性。

精細化工企業(yè)生產系統、儲存系統、公輔系統、辦公生產系統等都需要供配電的保障，負荷應能滿足企業(yè)最大生產負荷，并能根據企業(yè)生產項目的新改擴等情況通過改造進行有效的擴容。

②安全性。如電力系統發(fā)生安全問題，必然導致企業(yè)停工停產，反應終止、設備故障，嚴重時危險源不可控則造成火災、爆炸等安全事故發(fā)生，給企業(yè)帶來嚴重的人員及經濟損失，對周邊企業(yè)單位等社會環(huán)境造成一定的影響。

精細化工企業(yè)供配電系統設計應針對防雷、接地、防爆、防腐蝕等進行安全設計，保障其安全運行。例如某精細化工企業(yè)存在危險工藝，部分生產設備選用帶有蓄電池的應急電源系統（EPS），企業(yè)設置柴油發(fā)電機作為應急電源系統。當電力故障或事故狀態(tài)斷電等情況下，轉為蓄電池供電保障危險反應完成后安全停車。

③雙路電。精細化工企業(yè)多涉及“兩重點一重大”，供電設計應有兩個電源供電，兩個電源之間可以切換，在其中一個電源失電的情況下可以投切到另一個電源供電。

同一個供電單位引來的兩條電纜進線，屬于雙回路供電。引自不同的供電單位，一個供電電源失效后，另一個可以保證供電可靠性，兩個電路都是相對獨立的，屬于雙電源。現階段，精細化工企業(yè)多自備應急發(fā)電機，作為企業(yè)的可靠供電備用電源。

④維護維修及事故應急。電力系統需實時監(jiān)控，電工作業(yè)人員需周期性和特殊情況下進行維護，建立監(jiān)測及維護檔案，對信息及時記錄，做到問題預警及及時處理。

精細化工企業(yè)電力系統維修專業(yè)性強，要求維修人員經過專業(yè)培訓，人員需配備高壓電工、低壓電工、防爆電工等專業(yè)證書。維修作業(yè)需要落實審批流程、配備專業(yè)工具及防護用品、按操作規(guī)程有序作業(yè)。

電力設施事故應急多為電氣火災事故引起，接事故報告后應按照應急預案落實應急救援措施，成立應急救援組織機構，配備應急救援人員及物資，落實預警、信息上報、應急響應等一系列過程，救援完成后進行后期處置。

2.影響供配電安全性的因素

(1)停電

停電因素較多，以電氣火災為主，供電線路故障占電氣火災原因的六成以上。造成電氣線路故障的原因以外力破壞原因居首位，設備老化原因次之，其次是設備調試和纜線質量原因[4]。外力破壞如埋地電纜動土時容易造成電纜破壞，電纜隨意布設而造成生產生活過程中的破壞。

精細化工企業(yè)的儀表控制因涉及“兩重點一重大”等情況，普遍使用DCS控制和SIS控制系統，不間斷電源裝置（UPS）普遍配備，不間斷電源裝置可在停電時帶來應急臨時供電。

(2)安全事故

①火災。電纜、電力輸送線、變壓器等變配電及輸電設施，當存在設備選型不當、材質不合格、安裝質量不好等情況時，可能發(fā)生短路或漏電，或由于過載使用等情況，均可能導致電氣設施過度發(fā)熱，引發(fā)變配電及輸電設施的絕緣材料或附著物著火而發(fā)生火災。

②爆炸。精細化工企業(yè)生產裝置可能存在部分氣體或粉塵屬于爆炸性物質，供配電系統需要考慮爆炸危險區(qū)域，根據工藝、物料確定釋放源位置以及主要介質特性來確定爆炸性氣體釋放源的級別，防爆設計不到位則電氣設備存在引發(fā)爆炸的危險。

③雷擊及靜電。如果防雷、防靜電設施不完備、損壞或未按規(guī)定要求裝設避雷針（帶）時，變配電及輸電設施容易遭受雷擊，雷擊產生的電火花易引燃周圍的可燃物質而引起火災和爆炸事故。

④觸電。電氣設備外殼缺少接地裝置或接地裝置損壞，配電盤前未設防護橡膠墊，可能發(fā)生觸電事故。非電氣人員違規(guī)作業(yè)，或電氣作業(yè)人員不按操作規(guī)程，違規(guī)操作電氣設備，可能發(fā)生觸電事故。生產區(qū)內的變配電設備無帶電指示、未進行安全隔離、安全防護設施不齊全或損壞，可能發(fā)生觸電事故。電氣線路敷設不規(guī)范、亂搭亂扯，且漏點保護失效，人員誤接觸，可能發(fā)生觸電事故。

(3)設備故障

①高壓配電裝置故障。高壓配電裝置故障產生的主要原因如下：高壓設備環(huán)境絕緣不符合當地污穢等級，陰雨季節(jié)造成外絕緣閃絡事故；斷路器拒分、拒合和誤動；避雷設施故障引起雷電波侵入或操作過電壓，造成設備損壞；開關設備遮斷容量不足造成開關設備損壞；母線與設備接頭接觸不良，發(fā)熱超溫熔焊引發(fā)事故。

②繼電保護故障。繼電保護裝置的不正確動作（拒動、誤動）引起本設備及其相鄰設備跳閘，嚴重的造成停電事故。繼電保護裝置選型不匹配、制造缺陷、定值問題、調試問題、維護不良和人員“三誤”都可能造成繼電保護誤動或拒動，將可能導致重大設備損壞、全場停電等重大事故。

(4)安全管理

若安全管理組織機構不健全，無安全管理人員及安全管理職責，對供配電安全管理不到位，可能影響供配電安全性。若安全操作規(guī)程缺失或不完善，安全教育與培訓不到位，人員對電力系統操作不熟，可能誤操作影響供配電安全性。出現供配電安全事故，事故應急預案無效，人員無法進行有效應急處置，可能會導致事故擴大及損失加大。電力系統的安全設施設計、施工、監(jiān)理應由取得相應設計資質的單位進行，不規(guī)范的設計、施工、監(jiān)理等管理，可能會導致電力系統的初始設計安裝錯誤。

3.精細化工企業(yè)供配電系統設計

在精細化工企業(yè)供配電系統設計過程中，供配電系統安全性以及可靠性是首要前提，同時兼顧運轉效率，做到提高運轉安全性和確保負荷的穩(wěn)定度。

(1)用電負荷

①負荷等級。精細化工企業(yè)DCS用電、SIS系統用電及氣體報警系統用電負荷等級為一級負荷中的重要負荷，事故處理設施的供電電源為一級負荷，重要公用設施、危險工藝生產設備、消防設施用電負荷等級為二級，其余設施用電為三級負荷。自動化儀表控制系統、安全儀表系統（SIS）、可燃氣體和有毒氣體探測報警系統采用UPS不間斷電源供電。事故處理設施的用電、消防用電、重要公用設施用電、重點工藝生產設備用電除來自企業(yè)變配電室外，另設柴油發(fā)電機作為消防用電的應急備用電源，配電箱處設置雙電源自動切換裝置。

②負荷計算。精細化工企業(yè)的供配電系統設計過程中，應先確定總的供電容量，應根據所有設備的額定功率進行計算，按照滿負荷生產確定，合理選擇變壓器容量，兼顧經濟性和實用性。常用的計算方法如需要系數法、利用系數法、單位面積功率法、單位指標法、單位產品耗電量法等計算方法。正確的負荷計算，能幫助合理選擇電氣設備，選擇進線開關、電表流程、進線電纜截面，可以確定線路損耗，確定補償電量。除此以外，核算短路電流也很重要，可以幫助選擇合適的校驗電氣設備，保證設備運行效率，而后選擇繼電保護設備。

(2)供配電設備

精細化工企業(yè)10kV配電裝置可采用金屬封閉的開關設備，并應注意以下幾點，且設置有響應的防護措施：防止斷路器誤操作，防止隔離開關誤操作，防止帶電掛接地線（合接地開關），防止帶接地線關（合）斷路器（隔離開關），防止誤入帶電間隔。

變壓器應按照相應的設計規(guī)范設置完善的變壓器保護裝置，如熔斷器、過電流繼電器等。變壓器中性點的接地線應采用兩根與主地網不同地點連接的接地線，應符合熱穩(wěn)定的要求。定期對運行中絕緣油中的氣體含量進行色譜檢測和微量水分的測定。

用電設備保護采用熱繼電器實現過載保護，當設備過負荷時運作，采用空氣斷路器實現過載后備保護和短路保護。電氣設備的電氣控制箱和配電箱前后的地板，鋪設絕緣板。配電室內備有絕緣手套、絕緣鞋、絕緣桿和驗電器等防護器具。在生產車間的應急疏散通道設置固定式應急照明，設置疏散指示照明，應急照明應自帶蓄電池，應急時間不少于30min。

(3)無功功率補償

供配電系統的設計過程中，無功功率補償是確保供電可靠運行的重要方法。采用無功功率補償可有效降低電力輸送的功率損耗，提高用電效率。無功功率補償常采用的方式分靜態(tài)和動態(tài)無功功率補償，補償裝置硬件包括CPU、A/D轉換器選型、微處理器監(jiān)控芯片、顯示器、模擬信號調理電路、輸出控制電路等。

精細化工企業(yè)常用的驅動設備如大型同步電動機，需要定機勵磁電流的形式，提供無功功率，從而達到優(yōu)化功率因數的目的。

(4)選址設計

參照《精細化工企業(yè)工程設計防火標準》[5]要求，精細化工企業(yè)20kV及以下變配電室距離甲、乙級廠房/露天裝置應不小于15m，距離丙類廠房/露天裝置不低于10m。距離甲類罐區(qū)、甲類倉庫不低于15m。

(5)防雷、防靜電及消防

①防雷、防靜電。變配電所、變配電室等建構筑物按三類防雷建筑設置防雷設施，防雷裝置包括防直擊雷的外部防雷裝置和內部防雷裝置，并采取防閃電電涌侵入的措施。外部防雷裝置利用屋面明敷接閃帶、接閃網及金屬屋面板（鋼板厚度不小于0.5mm）作為防雷接閃器；利用所有混凝土柱內主筋、鋼柱作為引下線；利用結構基礎（包括樁基）鋼筋網做接地極。柱子基礎的鋼筋網通過鋼屋架、鋼筋混凝土柱、屋面板等互相連成整體。

②消防。A.消火栓。室外消火栓設置明顯標識字樣，室外消火栓設有防撞、防凍措施，配有扳手、水龍帶、水槍，室外消火栓栓口朝向道路，距離道路2m設置室外地上式消火栓（SS100/65-1.6型）1個，保護半徑不大于150m。B.滅火器材的配置。供配電系統的火災類別主要為E（A）、A類，室外油浸式主變壓器的火災類別為B、E類，滅火器均采用磷酸銨鹽干粉滅火器，室內采用MF/ABC5手提式滅火器，兩具為一組，設置在專用滅火器箱內；室外采用MFT/ABC50推車式滅火器，放置在室外電氣設備周圍，主變壓器單獨配置兩臺推車式滅火器，并配置一臺存沙量不小于1.0m3的砂箱。

(6)其他安全設計

①高壓配電裝置的設計，屋外和屋外配電裝置的安全凈距要求及其他有關規(guī)程的要求進行設計。用電裝置及用電安全管理應嚴格按照國家、行業(yè)法律法規(guī)、程序和設計方案實施，不得使用國家、行業(yè)明令淘汰的電氣設備。

②高壓電氣設備的周圍應設置柵欄，遮攔或屏蔽裝置；對高壓開關柜、間隔門設置電氣閉鎖裝置，防止人員在帶電情況下誤入；各元件的控制回路均應設置保險，信號，監(jiān)視，跳閘等保護措施；電氣設備設計嚴格按照帶電部分最小安全凈距行；所有帶電設備部位都必須懸掛醒目的帶電危險警示標志。

③為保證用電設備的安全運行，除正確選用、安裝和使用外，對用電設備采取完善的保護措施，并經常檢查維護，對出現故障的電氣設備、裝置和線路及時進行檢修，并做好日常巡回檢查和定期檢修等工作。

④機電設備在正式送電前，做好檢查，重點檢查絕緣電阻、接地裝置等防護裝置，確保符合要求后才能使用。

⑤選用帶五防功能的高壓開關柜，對高壓開關應采取隔離保護措施，在電氣設備之間或設備操動機構間應加裝電氣和機械聯鎖裝置。

⑥緊急事故信號應在現場設置顯示裝置及聲光報警，設置自動聯鎖和自動跳閘、熔斷保護裝置。

4.結論

隨著化工行業(yè)發(fā)展，高經濟效益、高產品附加值、高技術投入、低人力成本的精細化工將在工業(yè)制造2025中具有較好的發(fā)展前景。通過本文研究，供配電系統安全性直接影響企業(yè)安全生產及經濟效益，供配電系統應依照國家規(guī)范設計要求設計，同時伴隨著技術革新，智能供電、遠程控制等技術的應用，后續(xù)供配電安全設計更加智能更加安全。