袁 君

（貴州省航電開發(fā)投資公司，貴州貴陽(yáng)550002）

1 成品油管道

1.1 成品油管道的概況

2005年，某石油化工有限公司建成一條東起廣東茂名，西至云南昆明的成品油管道，其當(dāng)時(shí)是國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)、施工條件艱巨、輸送工藝最為復(fù)雜的一條管道，也是采用自動(dòng)化技術(shù)最為先進(jìn)的管道，是一條集中控制、分輸下載的管道。管道途經(jīng)5個(gè)省市區(qū)，地理?xiàng)l件多變，經(jīng)過(guò)的地方有高山、丘陵、河流、湖泊、農(nóng)田、村莊、城市、公路、鐵路、自然旅游區(qū)等等，由于地理環(huán)境復(fù)雜，管道可能會(huì)發(fā)生泄漏、爆管等事故，影響重大。

由于成品油管道所處環(huán)境以及運(yùn)行的特殊性，做好管道的安全運(yùn)行和安全保護(hù)工作十分必要，而在管道上設(shè)置自動(dòng)閥室，在管道發(fā)生事故時(shí)采取分段隔離措施就是主要的一種方法。

1.2 成品油管道的隱患

（1）人為破壞，比如打孔盜油，在管道上方植樹建房；

（2）技術(shù)性損壞，比如輸油操作不當(dāng)產(chǎn)生壓力、流量變化，引起上下游輸油站憋壓，產(chǎn)生水擊等現(xiàn)象；

（3）自然因素，比如山體滑坡、垮塌、洪水、火山、地震、海嘯等；

（4）戰(zhàn)爭(zhēng)等因素。

2 確保長(zhǎng)輸成品油管道正常運(yùn)行的措施

2.1 前期施工的管控

成品油管道施工過(guò)程的質(zhì)量控制至關(guān)重要，特別是前期的勘查、設(shè)計(jì)、施工等環(huán)節(jié)。原材料采購(gòu)和設(shè)備安裝，施工過(guò)程等方面的監(jiān)管等，是影響管道后期能否正常運(yùn)行的主要因素。

2.2 后期的運(yùn)行維護(hù)

運(yùn)行人員的技術(shù)水平是影響管道運(yùn)行的一個(gè)因素，比如啟停泵工作，油品的分輸下載，發(fā)生甩站事故時(shí)應(yīng)急處理操作不當(dāng)，都可能引發(fā)管線發(fā)生水擊與憋壓爆管事件。

維護(hù)人員的技能也是一個(gè)因素，如設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)不到位，導(dǎo)致管道保護(hù)措施存在缺陷，發(fā)生事故時(shí)，管道的保護(hù)程序不能自動(dòng)啟動(dòng)，必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人為操作才能完成。比如閥門的開關(guān)，如果能遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，就減少了路上耽擱與人為操作的時(shí)間，風(fēng)險(xiǎn)降低，損失減小。

2.3 確保站外設(shè)備完好性

為了保證閥室正常工作，供電正常是必要條件，UPS電源就是作為后備電源來(lái)解決閥室供電難題的。

UPS電源（Uninterruptible Power System）的用途是在外部供電電源停電或發(fā)生故障后，通過(guò)蓄電池進(jìn)行逆變，提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源給設(shè)備供電，讓設(shè)備能正常工作，當(dāng)外部供電恢復(fù)正常后，UPS設(shè)備則恢復(fù)正常的市電供電。

UPS按工作原理分，有后備式、在線式和在線互動(dòng)式。由于工作環(huán)境及工作條件的需求，該自動(dòng)閥室所用UPS為在線式（On-Line UPS）。作為農(nóng)電網(wǎng)的補(bǔ)充與后備，為了保證閥室供電質(zhì)量，在電源進(jìn)線處加裝一隔離變壓器，再將電源接入U(xiǎn)PS設(shè)備。

3 閥室UPS故障現(xiàn)象

3.1 故障現(xiàn)象與原因剖析

該閥室的UPS自投用以來(lái)一直存在故障，所謂“自動(dòng)閥室”，其控制方式從來(lái)沒有自動(dòng)過(guò)，管線上自動(dòng)閥門的控制狀態(tài)一直都是處于“手動(dòng)”位置，也就是“M”位；從未處于“A”位置，也就是自動(dòng)位[1]，因?yàn)閁PS電源總是有以下幾個(gè)故障顯示：

（1）在遠(yuǎn)方輸油站中控畫面上總顯示一個(gè)“UPS故障”報(bào)警信號(hào)；

（2）UPS連接電池的線路對(duì)地有3～5 V的交流電壓；

（3）UPS主機(jī)上有一個(gè)故障指示燈；

（4）通過(guò)人工模擬斷市電，UPS主機(jī)不能自動(dòng)轉(zhuǎn)換為蓄電池給設(shè)備供電。

經(jīng)分析，原因可能如下：UPS自身有問(wèn)題；RTU信息數(shù)據(jù)采集有誤；受陽(yáng)極地床電位的影響；地方電網(wǎng)供電問(wèn)題；設(shè)備接地方式不對(duì)。

3.2 分析處理過(guò)程

（1）假設(shè)UPS有故障，用新的、同規(guī)格型號(hào)的UPS換上，都出現(xiàn)上述問(wèn)題。據(jù)了解，該自動(dòng)閥室于2005年投用，在2006年閥室內(nèi)一電源控制箱發(fā)生過(guò)短路燃燒現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)由于人員巡檢到位，處理及時(shí)，未造成事故。所以將UPS有故障這一原因排除。

（2）RTU（Remote Terminal Unit）信息數(shù)據(jù)采集有誤。RTU中文名為遠(yuǎn)程測(cè)控終端，用于控制與數(shù)據(jù)采集，具有遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控“四遙”功能，是SCADA控制系統(tǒng)基本組成單元。由于閥室其他信息在中控與站控畫面顯示未見異常，可以排除RTU信息數(shù)據(jù)采集有誤故障和通信異常故障。

（3）成品油管道是金屬管道，埋地敷設(shè)，容易受潮腐蝕，為保證管道使用年限，對(duì)管道作了相應(yīng)保護(hù)，采用3層PE保護(hù)防腐蝕是一種，也就是物理保護(hù)；另一種是化學(xué)保護(hù)，即電化學(xué)保護(hù)。電化學(xué)保護(hù)采用陰極保護(hù)方法，也就是通過(guò)陽(yáng)極地床來(lái)為管道保護(hù)工作提供犧牲陽(yáng)極的電流，陽(yáng)極地床又稱為輔助陽(yáng)極，是在外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中將保護(hù)電流引入土壤的導(dǎo)電體。通過(guò)輔助陽(yáng)極把保護(hù)電流送入土壤，經(jīng)土壤流入被保護(hù)的管道，使管道表面發(fā)生陰極極化（防止電化學(xué)腐蝕），電流再由管道流入電源負(fù)極形成一個(gè)回路，這一回路形成一個(gè)電解池，管道在回路中為負(fù)極，處于還原反應(yīng)狀態(tài)，防止腐蝕，而輔助陽(yáng)極進(jìn)行氧化反應(yīng)，遭受腐蝕。

因?yàn)閁PS設(shè)備本體做了接地，而大地又是一個(gè)大的容體，陽(yáng)極地床的工作電源與UPS的電源工作路徑不同，所以陽(yáng)極地床的電位應(yīng)無(wú)法影響UPS設(shè)備運(yùn)行。

（4）地方電網(wǎng)供電問(wèn)題，也就是供電方式存在問(wèn)題。在我國(guó)，10 kV供電線路中性點(diǎn)不接地，只有在10 kV變?yōu)?.4 kV的情況下，從變壓器中性點(diǎn)引出零線，有的地方同時(shí)也作為地線，或零線、地線共用，這就是農(nóng)電網(wǎng)的電氣接線方式。作為自動(dòng)閥室，其供電線路利用地方電網(wǎng)，即供電電壓為220 V的交流供電線路。

低壓供電系統(tǒng)采用一根相線（火線），零線接入戶，但閥室內(nèi)的供電電源接入后，其供電性質(zhì)因接地工作可能就改變了，變成了施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電供電模式，比如TN-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)。這里從閥室的接地情況來(lái)分析，UPS故障可能就是以上三種系統(tǒng)的供電模式引起的。

（5）設(shè)備接地方式：作為一個(gè)獨(dú)立的閥室，估計(jì)當(dāng)時(shí)施工單位對(duì)其接地工作是沒有做全面的考慮與分析的，也可能是設(shè)計(jì)單位沒有要求做或偷工減料了，所以閥室內(nèi)沒有專用的接地網(wǎng)，即接地點(diǎn)；有一條接地線，也就是防雷引下線，而不是室內(nèi)設(shè)備安裝的專用接地線。

那么作為自動(dòng)閥室內(nèi)的用電設(shè)備，按照石油化工設(shè)備用電要求和規(guī)范，一要做好防火防爆工作，二要做好防雷接地工作。自動(dòng)閥室內(nèi)電源設(shè)備、通信設(shè)備、自動(dòng)控制及儀表自動(dòng)化設(shè)備都處于一個(gè)房間內(nèi)，只有管道與閥門單獨(dú)處于另一個(gè)房間。在這個(gè)單獨(dú)的電氣設(shè)備室內(nèi)，未設(shè)專用接地網(wǎng)，再加工作電源為220 V的農(nóng)用電源，沒有設(shè)置保護(hù)接地和工作接地網(wǎng)，就共用防雷接地網(wǎng)[2]。

室內(nèi)的保護(hù)接地情況是：兩塊接地銅排是人為加裝的，而且是用絕緣子支撐接于地表上的，在銅排上用一根總線將其接入防雷接地引下線，室內(nèi)只要有設(shè)備，都從外殼上拉一根線接到接地銅排上，這就是所謂“電氣行業(yè)內(nèi)用于保護(hù)接地的接地線”，十分不規(guī)范。

4 故障及現(xiàn)場(chǎng)處理情況

（1）拆除全部接地線，并對(duì)地面上的自制接地銅排進(jìn)行了拆卸。

（2）重新對(duì)設(shè)備的接地進(jìn)行引接，一根一根地對(duì)地連接，一根一根地檢測(cè)，沒有對(duì)地電壓的接上，不需要的接地設(shè)備拆除。拆至通信設(shè)備一個(gè)電源插板上的一根接地線時(shí)，對(duì)地電位正好是在3～5 V之間漂移跳動(dòng)，這根線是從一個(gè)三孔插的插孔內(nèi)引出來(lái)接地，將此接地線拆除后，一切故障消失。

（3）重新模擬對(duì)市電斷電，UPS主機(jī)可自動(dòng)給設(shè)備供電，再也不用對(duì)UPS進(jìn)行重啟。

5 結(jié)論分析

（1）從三孔插中引出接地線，且第三個(gè)孔插沒有使用，只是用一個(gè)兩孔插；通信設(shè)備本身已經(jīng)接地，這就使得通信設(shè)備既是保護(hù)接地又是保護(hù)接零。

（2）按臨時(shí)供電的幾種情況分析：

1）在TN供電系統(tǒng)中，如果將工作零線N重復(fù)接地，碰殼短路時(shí)，一部分電流就可能分流于重復(fù)接地點(diǎn)，會(huì)使保護(hù)裝置不能可靠動(dòng)作，更有甚者，會(huì)拒動(dòng)，使故障擴(kuò)大化。

2）在TN-S系統(tǒng)中，也就是三相五線制中，因N線與PE線是分開敷設(shè)并且相互絕緣的，同時(shí)與用電設(shè)備外殼相連接的是PE線而不是N線，因此最主要的是PE線的電位，而不是N線的電位，所以在TN-S系統(tǒng)中重復(fù)接地不是對(duì)N線的重復(fù)接地。如果將PE線和N線共同接地，由于PE線與N線在重復(fù)接地處相接，重復(fù)接地點(diǎn)與配電變壓器工作接地點(diǎn)之間的接線已無(wú)PE線和N線的區(qū)別，原由N線承擔(dān)的中性線電流變?yōu)橛蒒線和PE線共同承擔(dān)，并有部分電流通過(guò)重復(fù)接地點(diǎn)分流。這樣可認(rèn)為重復(fù)接地點(diǎn)前側(cè)已不存在PE線，只有由原PE線及N線并聯(lián)共同組成的PEN線，原TN-S系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)將喪失，所以在閥室內(nèi)造成了一種“PE線”和“N線”共同接地的情況。

（3）另一種情況是在接地工作中，銅排接地體和鍍鋅角鐵接地體混用。這種接法是不規(guī)范的，因?yàn)椴煌牧显谕寥乐谐尸F(xiàn)出的電位是不同的，鐵（Fe）為-0.44 V，銅（Cu）為0.337 V，如果兩種混用，正好產(chǎn)生0.777 V甚至更高的電位差，此電位差在電力系統(tǒng)中較微小，但對(duì)其他設(shè)備正常工作也會(huì)產(chǎn)生影響[3]。

（4）根據(jù)外部防雷裝置接地應(yīng)為防閃電感應(yīng)，內(nèi)部防雷裝置、電氣和電子系統(tǒng)等接地共用接地裝置的原理，接地裝置引入金屬管線做等電位連接。這就是說(shuō)，在設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)時(shí)，就必須考慮到與電網(wǎng)保護(hù)接地系統(tǒng)共用等電位連接。但保護(hù)接地、工作接地和防雷接地不能共用一個(gè)接地極，閥室內(nèi)卻共用“一組”接地體。如果防雷接地系統(tǒng)沒有組成一個(gè)接地環(huán)網(wǎng)的話，在單獨(dú)接地極的情況下，防雷與電網(wǎng)接地點(diǎn)是不能共用一組接地體的。

通過(guò)一系列分析可知，UPS故障是接地不規(guī)范引起的，在以后的工程建設(shè)中，應(yīng)按照法律、法規(guī)、規(guī)范、程序辦事，從源頭抓起，從設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等環(huán)節(jié)抓起，不將問(wèn)題遺留給建設(shè)單位或使用單位。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)處理，UPS電源故障已經(jīng)消除，中控室操作畫面也不再有這樣一個(gè)假信號(hào)，且UPS能正常切換供電，從而為長(zhǎng)輸成品油管道的安全運(yùn)行提供了一道堅(jiān)實(shí)的屏障。