煤化工企業(yè)供電系統(tǒng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可靠性分析

關(guān)榮根

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥 230041）

煤化工企業(yè)在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有十分重要的地位，是我國(guó)科技水平以及整體經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。隨著化工企業(yè)向大型化和長(zhǎng)周期運(yùn)行發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)裝置對(duì)供電可靠性要求越來(lái)越高，因此傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)主接線、電氣設(shè)施已不能滿足先進(jìn)生產(chǎn)工藝要求，需要得到進(jìn)一步的優(yōu)化以確保其合理、安全地運(yùn)行。

1 供電系統(tǒng)特點(diǎn)及要求

大型煤化工企業(yè)的顯著特點(diǎn)是原料及產(chǎn)品絕大多數(shù)具有易燃、易爆、有毒等特性；其生產(chǎn)工藝連續(xù)性強(qiáng)，設(shè)備種類繁多，技術(shù)復(fù)雜，自動(dòng)化程度高，稍有不慎就有可能發(fā)生破壞性巨大的事故；煤化工企業(yè)的生產(chǎn)區(qū)域大容量的高壓電動(dòng)機(jī)數(shù)量眾多，供電系統(tǒng)容量大；整個(gè)企業(yè)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)電、供電、配電系統(tǒng)共有，電壓等級(jí)多；大容量的高壓電機(jī)的啟動(dòng)，需連續(xù)不斷地運(yùn)作，在系統(tǒng)短時(shí)停電后電機(jī)再啟動(dòng)將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的可靠性造成巨大沖擊。簡(jiǎn)言之，化工企業(yè)供電系統(tǒng)一般具有如下特征：

（1）負(fù)荷密度大，化工裝置布置相對(duì)較為集中。

（2）負(fù)荷容量大，整個(gè)化工廠的供電負(fù)荷可達(dá)幾百兆瓦甚至幾千兆瓦。

（3）負(fù)荷種類多，性質(zhì)復(fù)雜，包含照明、通訊、消防系統(tǒng)、機(jī)泵、閥門(mén)等等。

（4）負(fù)荷等級(jí)高，一般為一級(jí)負(fù)荷和二級(jí)負(fù)荷，其中部分為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。

（5）自備發(fā)電廠，單機(jī)容量可達(dá)數(shù)十或數(shù)百M(fèi)W，總發(fā)電量可達(dá)系統(tǒng)負(fù)荷總量。

因此，對(duì)于該類企業(yè)供電的可靠性、連續(xù)性以及安全性都有較高要求。對(duì)煤化工企業(yè)的電氣系統(tǒng)開(kāi)展可靠性研究極為重要，可大幅度提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、維護(hù)的可靠性，提高供電系統(tǒng)的運(yùn)行能力[1]。

另外，隨著企業(yè)的發(fā)展，常常需要對(duì)一些裝置進(jìn)行擴(kuò)建，相應(yīng)的供電系統(tǒng)也需擴(kuò)容改造。目前，化工企業(yè)的現(xiàn)狀為早期供電系統(tǒng)發(fā)展不盡相同，原有電氣設(shè)備技術(shù)陳舊，故障率高，供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)落后。針對(duì)此現(xiàn)狀，需對(duì)潛在隱患逐步開(kāi)始治理，提高電網(wǎng)的可靠性。對(duì)于較長(zhǎng)歷史的化工企業(yè)，更需要進(jìn)一步深層次優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使其與企業(yè)增長(zhǎng)和安全生產(chǎn)同步發(fā)展。

2 主網(wǎng)結(jié)構(gòu)可靠性的故障樹(shù)方法

假設(shè)某企業(yè)內(nèi)熱電站有兩條35kV的聯(lián)絡(luò)線，并在站內(nèi)設(shè)置了量為3MW的發(fā)電機(jī)以及10MVA的變壓器各兩臺(tái)，35kV進(jìn)線電壓以及發(fā)電機(jī)送出的10kV電源采用兩段母線進(jìn)行供電，兩段母線之間采用斷路器和隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，如圖1所示。

以對(duì)重要負(fù)荷的供電中斷為頂事件，在四種不同的主接線形式下，建立故障樹(shù)[2]，利用故障樹(shù)原理求得相應(yīng)的頂事件概率。

（1）方式一：35kV母線及10kV母線均分段運(yùn)行

由圖2可知：

假設(shè)所有事件是相互獨(dú)立的，則頂事件的概率為：

（2）方式二：35kV母線并列運(yùn)行，10kV母線分段運(yùn)行

圖1 熱電站對(duì)重要負(fù)荷供電的主接線圖

圖2 運(yùn)行方式一的故障樹(shù)

圖3 運(yùn)行方式二的故障樹(shù)

圖4 運(yùn)行方式三的故障樹(shù)

由圖3可知：

假設(shè)所有基本事件都獨(dú)立，則頂事件（重要負(fù)荷供電中斷）概率為：

（3）方式三：35kV母線分段運(yùn)行，10kV母線并列運(yùn)行

圖5 運(yùn)行方式四的故障樹(shù)

由圖4可知：

假設(shè)所有基本事件都獨(dú)立，則頂事件概率為：

（4）方式四：35kV和10kV母線均并列運(yùn)行

由圖5可知：

假設(shè)所有基本事件都獨(dú)立，則頂事件概率為：

3 頂事件概率分析

分別比較式（1）和（2），（3）和（4）可以得到：

為了比較PT2和PT3的大小，假設(shè)事件X和事件Z發(fā)生的概率相等，即PX=PZ，則不難得到：

通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)：在以上四種運(yùn)行方式當(dāng)中，運(yùn)行方式一的重要負(fù)荷供電可靠性最低，運(yùn)行方式四的供電可靠性最高，運(yùn)行方式二以及運(yùn)行方式三的可靠性介于兩者中間。當(dāng)2#電源中斷供電的概率與2#發(fā)電機(jī)中斷供電的概率相等時(shí)，方式三的重要負(fù)荷供電可靠性高于方式二。

通過(guò)以上對(duì)不同主接線方式的故障比較分析，采用頂概率計(jì)算的方式選擇最優(yōu)的配電方案，從而提高了熱電站對(duì)于重要負(fù)荷的供電可靠性。

4 結(jié)論

本文結(jié)合煤化工企業(yè)的供電特點(diǎn)，以熱電站為例，對(duì)其供配電系統(tǒng)主接線方式進(jìn)行了理論研究，并選擇了最優(yōu)接線方式。在實(shí)際供電系統(tǒng)的主接線運(yùn)行方式的選擇中仍需要考慮其接線的經(jīng)濟(jì)性以及對(duì)短路電流的限制等因素[3]，結(jié)合多方面因素選擇適合該企業(yè)的供電系統(tǒng)的主接線方式，以保證企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的正常、持續(xù)進(jìn)行。

[1]劉德洲.石油工程供配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（15）：170-171，245.

[2]孫藝新，基于故障樹(shù)方法的供電可靠性灰色關(guān)聯(lián)分析[J].中國(guó)電力，2016（5）：14-19，156.

[3]潘陽(yáng)，裴瑩瑩，淺談石油化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新，2016（4）：86-88.