精细化工企业供配电系统安全设计

＊靳建超 刘梅 梁荣兴 周沙沙 刘迪

（山东安和安全技术研究院有限公司 山东 256600）

精细化工作为化工产业的重要组成，是现代化产业体系的重要链条之一。精细化工行业相比传统化工行业，存在以下特点：产品及物料品种繁多、产品更新快，技术投入高，需要不断进行技术开发；产品产量低、质量稳定，单位附加值高，对原辅材料要求高；生产工艺安全性要求高，危险工艺较多；大多以间歇方式小批量生产，规模小，设备投资费用低。基于上述特点，精细化工企业供配电系统易受到停电、安全事故（火灾、爆炸、触电等）、设备故障、安全管理等问题影响，安全问题凸显。因此，本文通过精细化工企业供配电系统调研，并提出供配电系统的安全设计显得尤为重要。

1.精细化工企业供配电系统特点

(1)企业概况

滨州市某精细化工企业主要生产原料药及医药中间体，企业建设有生活办公区、医药生产区、医药储存区、公用工程区，本项目供电电源来自工业园园区供电所，引一路10kV架空电力线进入厂区，在厂区内埋地敷设接入变电室内。变电室设1台1000kVA和1台500kVA变压器，经变压器降压至0.4kV后，通过埋地电缆向厂区各单体配电室，配电室设置GGD型配电柜，配出的回路采用放射式敷设至各用电设备。根据企业工艺生产要求及国家标准《供配电系统设计规范》[1]、《建筑设计防火规范》[2]的相关规定，企业生产用电、办公生活用电、消防用电负荷（室外消防水量为25L/s）为三级负荷；常规仪表系统、可燃气体报警和火灾报警系统用电负荷为一级负荷。

(2)供配电系统特点

①可靠性。可靠性是指元件、设备和系统等在规定的时间内，规定的条件下，完成规定功能的能力。可靠性工程就是研究影响元件、设备和系统可靠性的各种必然因素，以达到控制元件、设备和系统可靠性的目的[3]。电力系统的可靠性，既表现在设备设施的故障率低、运行平稳、费用成本低，可表现在其更新、扩容的稳定和便捷性。

精细化工企业生产系统、储存系统、公辅系统、办公生产系统等都需要供配电的保障，负荷应能满足企业最大生产负荷，并能根据企业生产项目的新改扩等情况通过改造进行有效的扩容。

②安全性。如电力系统发生安全问题，必然导致企业停工停产，反应终止、设备故障，严重时危险源不可控则造成火灾、爆炸等安全事故发生，给企业带来严重的人员及经济损失，对周边企业单位等社会环境造成一定的影响。

精细化工企业供配电系统设计应针对防雷、接地、防爆、防腐蚀等进行安全设计，保障其安全运行。例如某精细化工企业存在危险工艺，部分生产设备选用带有蓄电池的应急电源系统（EPS），企业设置柴油发电机作为应急电源系统。当电力故障或事故状态断电等情况下，转为蓄电池供电保障危险反应完成后安全停车。

③双路电。精细化工企业多涉及“两重点一重大”，供电设计应有两个电源供电，两个电源之间可以切换，在其中一个电源失电的情况下可以投切到另一个电源供电。

同一个供电单位引来的两条电缆进线，属于双回路供电。引自不同的供电单位，一个供电电源失效后，另一个可以保证供电可靠性，两个电路都是相对独立的，属于双电源。现阶段，精细化工企业多自备应急发电机，作为企业的可靠供电备用电源。

④维护维修及事故应急。电力系统需实时监控，电工作业人员需周期性和特殊情况下进行维护，建立监测及维护档案，对信息及时记录，做到问题预警及及时处理。

精细化工企业电力系统维修专业性强，要求维修人员经过专业培训，人员需配备高压电工、低压电工、防爆电工等专业证书。维修作业需要落实审批流程、配备专业工具及防护用品、按操作规程有序作业。

电力设施事故应急多为电气火灾事故引起，接事故报告后应按照应急预案落实应急救援措施，成立应急救援组织机构，配备应急救援人员及物资，落实预警、信息上报、应急响应等一系列过程，救援完成后进行后期处置。

2.影响供配电安全性的因素

(1)停电

停电因素较多，以电气火灾为主，供电线路故障占电气火灾原因的六成以上。造成电气线路故障的原因以外力破坏原因居首位，设备老化原因次之，其次是设备调试和缆线质量原因[4]。外力破坏如埋地电缆动土时容易造成电缆破坏，电缆随意布设而造成生产生活过程中的破坏。

精细化工企业的仪表控制因涉及“两重点一重大”等情况，普遍使用DCS控制和SIS控制系统，不间断电源装置（UPS）普遍配备，不间断电源装置可在停电时带来应急临时供电。

(2)安全事故

①火灾。电缆、电力输送线、变压器等变配电及输电设施，当存在设备选型不当、材质不合格、安装质量不好等情况时，可能发生短路或漏电，或由于过载使用等情况，均可能导致电气设施过度发热，引发变配电及输电设施的绝缘材料或附着物着火而发生火灾。

②爆炸。精细化工企业生产装置可能存在部分气体或粉尘属于爆炸性物质，供配电系统需要考虑爆炸危险区域，根据工艺、物料确定释放源位置以及主要介质特性来确定爆炸性气体释放源的级别，防爆设计不到位则电气设备存在引发爆炸的危险。

③雷击及静电。如果防雷、防静电设施不完备、损坏或未按规定要求装设避雷针（带）时，变配电及输电设施容易遭受雷击，雷击产生的电火花易引燃周围的可燃物质而引起火灾和爆炸事故。

④触电。电气设备外壳缺少接地装置或接地装置损坏，配电盘前未设防护橡胶垫，可能发生触电事故。非电气人员违规作业，或电气作业人员不按操作规程，违规操作电气设备，可能发生触电事故。生产区内的变配电设备无带电指示、未进行安全隔离、安全防护设施不齐全或损坏，可能发生触电事故。电气线路敷设不规范、乱搭乱扯，且漏点保护失效，人员误接触，可能发生触电事故。

(3)设备故障

①高压配电装置故障。高压配电装置故障产生的主要原因如下：高压设备环境绝缘不符合当地污秽等级，阴雨季节造成外绝缘闪络事故；断路器拒分、拒合和误动；避雷设施故障引起雷电波侵入或操作过电压，造成设备损坏；开关设备遮断容量不足造成开关设备损坏；母线与设备接头接触不良，发热超温熔焊引发事故。

②继电保护故障。继电保护装置的不正确动作（拒动、误动）引起本设备及其相邻设备跳闸，严重的造成停电事故。继电保护装置选型不匹配、制造缺陷、定值问题、调试问题、维护不良和人员“三误”都可能造成继电保护误动或拒动，将可能导致重大设备损坏、全场停电等重大事故。

(4)安全管理

若安全管理组织机构不健全，无安全管理人员及安全管理职责，对供配电安全管理不到位，可能影响供配电安全性。若安全操作规程缺失或不完善，安全教育与培训不到位，人员对电力系统操作不熟，可能误操作影响供配电安全性。出现供配电安全事故，事故应急预案无效，人员无法进行有效应急处置，可能会导致事故扩大及损失加大。电力系统的安全设施设计、施工、监理应由取得相应设计资质的单位进行，不规范的设计、施工、监理等管理，可能会导致电力系统的初始设计安装错误。

3.精细化工企业供配电系统设计

在精细化工企业供配电系统设计过程中，供配电系统安全性以及可靠性是首要前提，同时兼顾运转效率，做到提高运转安全性和确保负荷的稳定度。

(1)用电负荷

①负荷等级。精细化工企业DCS用电、SIS系统用电及气体报警系统用电负荷等级为一级负荷中的重要负荷，事故处理设施的供电电源为一级负荷，重要公用设施、危险工艺生产设备、消防设施用电负荷等级为二级，其余设施用电为三级负荷。自动化仪表控制系统、安全仪表系统（SIS）、可燃气体和有毒气体探测报警系统采用UPS不间断电源供电。事故处理设施的用电、消防用电、重要公用设施用电、重点工艺生产设备用电除来自企业变配电室外，另设柴油发电机作为消防用电的应急备用电源，配电箱处设置双电源自动切换装置。

②负荷计算。精细化工企业的供配电系统设计过程中，应先确定总的供电容量，应根据所有设备的额定功率进行计算，按照满负荷生产确定，合理选择变压器容量，兼顾经济性和实用性。常用的计算方法如需要系数法、利用系数法、单位面积功率法、单位指标法、单位产品耗电量法等计算方法。正确的负荷计算，能帮助合理选择电气设备，选择进线开关、电表流程、进线电缆截面，可以确定线路损耗，确定补偿电量。除此以外，核算短路电流也很重要，可以帮助选择合适的校验电气设备，保证设备运行效率，而后选择继电保护设备。

(2)供配电设备

精细化工企业10kV配电装置可采用金属封闭的开关设备，并应注意以下几点，且设置有响应的防护措施：防止断路器误操作，防止隔离开关误操作，防止带电挂接地线（合接地开关），防止带接地线关（合）断路器（隔离开关），防止误入带电间隔。

变压器应按照相应的设计规范设置完善的变压器保护装置，如熔断器、过电流继电器等。变压器中性点的接地线应采用两根与主地网不同地点连接的接地线，应符合热稳定的要求。定期对运行中绝缘油中的气体含量进行色谱检测和微量水分的测定。

用电设备保护采用热继电器实现过载保护，当设备过负荷时运作，采用空气断路器实现过载后备保护和短路保护。电气设备的电气控制箱和配电箱前后的地板，铺设绝缘板。配电室内备有绝缘手套、绝缘鞋、绝缘杆和验电器等防护器具。在生产车间的应急疏散通道设置固定式应急照明，设置疏散指示照明，应急照明应自带蓄电池，应急时间不少于30min。

(3)无功功率补偿

供配电系统的设计过程中，无功功率补偿是确保供电可靠运行的重要方法。采用无功功率补偿可有效降低电力输送的功率损耗，提高用电效率。无功功率补偿常采用的方式分静态和动态无功功率补偿，补偿装置硬件包括CPU、A/D转换器选型、微处理器监控芯片、显示器、模拟信号调理电路、输出控制电路等。

精细化工企业常用的驱动设备如大型同步电动机，需要定机励磁电流的形式，提供无功功率，从而达到优化功率因数的目的。

(4)选址设计

参照《精细化工企业工程设计防火标准》[5]要求，精细化工企业20kV及以下变配电室距离甲、乙级厂房/露天装置应不小于15m，距离丙类厂房/露天装置不低于10m。距离甲类罐区、甲类仓库不低于15m。

(5)防雷、防静电及消防

①防雷、防静电。变配电所、变配电室等建构筑物按三类防雷建筑设置防雷设施，防雷装置包括防直击雷的外部防雷装置和内部防雷装置，并采取防闪电电涌侵入的措施。外部防雷装置利用屋面明敷接闪带、接闪网及金属屋面板（钢板厚度不小于0.5mm）作为防雷接闪器；利用所有混凝土柱内主筋、钢柱作为引下线；利用结构基础（包括桩基）钢筋网做接地极。柱子基础的钢筋网通过钢屋架、钢筋混凝土柱、屋面板等互相连成整体。

②消防。A.消火栓。室外消火栓设置明显标识字样，室外消火栓设有防撞、防冻措施，配有扳手、水龙带、水枪，室外消火栓栓口朝向道路，距离道路2m设置室外地上式消火栓（SS100/65-1.6型）1个，保护半径不大于150m。B.灭火器材的配置。供配电系统的火灾类别主要为E（A）、A类，室外油浸式主变压器的火灾类别为B、E类，灭火器均采用磷酸铵盐干粉灭火器，室内采用MF/ABC5手提式灭火器，两具为一组，设置在专用灭火器箱内；室外采用MFT/ABC50推车式灭火器，放置在室外电气设备周围，主变压器单独配置两台推车式灭火器，并配置一台存沙量不小于1.0m³的砂箱。

(6)其他安全设计

①高压配电装置的设计，屋外和屋外配电装置的安全净距要求及其他有关规程的要求进行设计。用电装置及用电安全管理应严格按照国家、行业法律法规、程序和设计方案实施，不得使用国家、行业明令淘汰的电气设备。

②高压电气设备的周围应设置栅栏，遮拦或屏蔽装置；对高压开关柜、间隔门设置电气闭锁装置，防止人员在带电情况下误入；各元件的控制回路均应设置保险，信号，监视，跳闸等保护措施；电气设备设计严格按照带电部分最小安全净距行；所有带电设备部位都必须悬挂醒目的带电危险警示标志。

③为保证用电设备的安全运行，除正确选用、安装和使用外，对用电设备采取完善的保护措施，并经常检查维护，对出现故障的电气设备、装置和线路及时进行检修，并做好日常巡回检查和定期检修等工作。

④机电设备在正式送电前，做好检查，重点检查绝缘电阻、接地装置等防护装置，确保符合要求后才能使用。

⑤选用带五防功能的高压开关柜，对高压开关应采取隔离保护措施，在电气设备之间或设备操动机构间应加装电气和机械联锁装置。

⑥紧急事故信号应在现场设置显示装置及声光报警，设置自动联锁和自动跳闸、熔断保护装置。

4.结论

随着化工行业发展，高经济效益、高产品附加值、高技术投入、低人力成本的精细化工将在工业制造2025中具有较好的发展前景。通过本文研究，供配电系统安全性直接影响企业安全生产及经济效益，供配电系统应依照国家规范设计要求设计，同时伴随着技术革新，智能供电、远程控制等技术的应用，后续供配电安全设计更加智能更加安全。