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長(zhǎng)輸成品油管道自動(dòng)閥室UPS電源故障原因淺析

2018-02-17 03:41:51
機(jī)電信息 2018年21期
關(guān)鍵詞:閥室成品油陽(yáng)極

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。

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