董常龍 馬倩倩

（1.江西省天然氣管道有限公司 2.江西省天然氣集團有限公司）

0 引言

天然氣場站肩負著將天然氣分輸?shù)匠鞘腥細?、工廠、商業(yè)用戶等分輸任務，現(xiàn)代化天然氣場站都具備高度自動化的控制系統(tǒng)，自動完成天然氣分輸任務，天然氣場站的電氣系統(tǒng)是決定著自動化控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，一旦電氣系統(tǒng)供電中斷或發(fā)生故障，自動控制系統(tǒng)將無法正常開展調(diào)節(jié)控制，將會造成天然氣供氣中斷、管道壓力失控等后果，影響工業(yè)生產(chǎn)、居民生活，嚴重時可能造成火災爆炸等嚴重事故，因此，可靠的電氣系統(tǒng)是天然氣穩(wěn)定供應的可靠保障。根據(jù)天然氣場站的特點和生產(chǎn)工況，要強化場站電氣系統(tǒng)的可靠性保障、防爆設計施工及防雷管理，才能實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定供電，保障場站的平穩(wěn)運行。

1 天然氣場站電氣系統(tǒng)的特殊性

天然氣具有易燃易爆的特點，大多數(shù)天然氣場站都建在偏離市區(qū)的遠郊、山區(qū)地段，同時，天然氣場站需要全天候供氣，具有持續(xù)生產(chǎn)的特點，因此，天然氣場站的電氣系統(tǒng)與普通工廠的電氣系統(tǒng)存在較大差異。一是連續(xù)生產(chǎn)，電氣系統(tǒng)不能停電，要24小時提供穩(wěn)定電源供應，需要電氣系統(tǒng)可靠性運行；二是天然氣場站屬于爆炸危險區(qū)域，普通電氣設備在使用中易產(chǎn)生火花、高溫遇到天然氣泄漏等情況將導致火災爆炸，天然氣場站需要使用具備防爆功能的電氣設備；三是天然氣場站設備多處于室外布置，容易遭受雷電侵擾，造成電氣設備損壞，影響電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要做好電氣系統(tǒng)防雷保護工作。

2 天然氣場站電氣系統(tǒng)組成及可靠性措施

2.1 天然氣場站電氣系統(tǒng)組成

天然氣場站供電系統(tǒng)一般包括電網(wǎng)公司提供的外部供電系統(tǒng)和天然氣場站設置的發(fā)電機、UPS等內(nèi)部供電系統(tǒng)組成。外部供電主要由高壓架空線路或高壓埋地線路、高壓開關(guān)柜、變壓器、低壓配電柜等組成；內(nèi)部供電主要由發(fā)電機、UPS主機、UPS蓄電池、雙電源切換開關(guān)等設備組成。一般外部供電系統(tǒng)為主供電線系統(tǒng)，內(nèi)部供電系統(tǒng)為備用供電系統(tǒng)，只有當主電發(fā)生故障或長時間停電的情況下，備用供電系統(tǒng)才啟動使用。

2.2 天然氣場站電氣系統(tǒng)可靠性影響因素

天然氣場站是輸氣管道對接終端的轉(zhuǎn)運樞紐，管道內(nèi)的天然氣通過場站源源不斷地輸送給工商業(yè)用戶及千家萬戶，因此，天然氣場站運行具有連續(xù)性、不可間斷性。為確保天然氣場站連續(xù)運行，場站電氣系統(tǒng)也要具備連續(xù)性和不可間斷性，場站電氣系統(tǒng)一旦發(fā)生故障或供電中斷，場站控制系統(tǒng)停機，各設備供電失電，無法正常運行，輕則造成供氣中斷，重則造成火災爆炸等事故。因此，天然氣場站電氣系統(tǒng)要具備扎實的可靠性，確保天然氣場站的穩(wěn)定供電。一般影響天然氣場站電氣系統(tǒng)可靠性的因素主要有供電設備可靠性、電氣系統(tǒng)管理、人員素質(zhì)、電氣系統(tǒng)運行環(huán)境等因素。

2.3 提高天然氣場站電氣系統(tǒng)可靠性的措施

天然氣場站電氣系統(tǒng)可靠性影響著場站的安全運行，為確保天然氣場站電氣系統(tǒng)安全可靠運行，可通過提高供電設備可靠性、加強電氣系統(tǒng)管理、強化人員培訓、改善電氣系統(tǒng)運行環(huán)境等措施強化供電保證。對于提高設備可靠性：一是通過設計2套UPS來實現(xiàn)UPS冗余供電，在其中一套UPS發(fā)生故障時，不斷電的情況下自動切換到另外一臺UPS上來保證控制系統(tǒng)、電子系統(tǒng)供電；二是PLC機柜、ESD機柜、計量機柜等關(guān)鍵控制設備采用雙電源獨立供電方式；三是設置發(fā)電機后備電源裝置，在長時間停電時，UPS電量不足以提供長時間供電的情況下，可使用發(fā)電機供電來提供保障。在電氣系統(tǒng)管理方面，可通過配備專業(yè)電工人員，安排專業(yè)電工或?qū)I(yè)隊伍定期做好現(xiàn)場設備維護，確保電氣系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。加強人員培訓方面可通過開展電氣專業(yè)知識培訓，強化電氣系統(tǒng)操作人員水平來提高電氣系統(tǒng)運行保障能力。改善電氣系統(tǒng)運行環(huán)境主要通過使電氣系統(tǒng)提高合適的溫度、濕度等運行環(huán)境，降低電氣設備周邊電磁干擾，做好電氣系統(tǒng)防雷使用適合防爆環(huán)境的防爆電氣設備來確保電氣系統(tǒng)正常運行。

3 天然氣場站電氣系統(tǒng)的防爆要求

3.1 天然氣場站的電氣防爆原因

天然氣屬于易燃易爆的氣體，在天然氣場站運行過程中設備泄漏、檢修放空等場景下，天然氣設備周邊將積存大量天然氣，同時，天然氣管道閥門的電動執(zhí)行機構(gòu)、溫度變送器、壓力變送器及流量計等儀表及各類傳感器等電氣設備都需要電力供應，在供電過程，電氣設備的供電線路常存在接觸不良等因素導致端子發(fā)熱、產(chǎn)生電火花等點火能，在天然氣濃度達到爆炸極限時，如遇到電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的電火花會點燃天然氣，造成火災爆炸事故，造成人身傷亡和財產(chǎn)損失。因此，天然氣場站的電氣系統(tǒng)要設計為專用的防爆電氣設備，確保天然氣場站的安全運行。

3.2 天然氣場站爆炸危險區(qū)域的劃分

根據(jù)爆炸性混合物出現(xiàn)的頻次、存在的時間及通風條件，常將爆炸性區(qū)域分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)，按照天然氣場站運行情況、現(xiàn)場設備及生產(chǎn)特點，天然氣場站內(nèi)一般沒有天然氣大量長時間聚集的情況，只有在螺紋密封不嚴、設備故障、管道腐蝕穿孔情況下才會偶爾出現(xiàn)天然氣泄漏，且一般出現(xiàn)天然氣泄漏時，現(xiàn)場值班運行人員都會及時進行故障處理，杜絕天然氣長時間大量積存。因此，一般天然氣場站按照2區(qū)來劃分，但考慮到閥室、發(fā)電機房等部分密閉場所通風不暢，可能存在天然氣長期集聚的現(xiàn)象，部分場所可劃為1區(qū)。

3.3 天然氣場站電氣系統(tǒng)防爆設備的選型

天然氣場站電氣系統(tǒng)防爆設備的選型要根據(jù)天然氣場站爆炸危險區(qū)的分析及劃分來選定，按照天然氣場站運行情況、現(xiàn)場設備及生產(chǎn)特點，天然氣場站一般按照2區(qū)來劃分，部分密閉場所可劃為1區(qū)。按照防爆電氣設備的分類、功能及應用分區(qū)，天然氣場站常選用本質(zhì)型、隔爆型、增安型等類型。其中隔爆型主要用于防爆開關(guān)、防爆照明燈、防爆指示燈、防爆按鈕及防爆配電箱等設備；本質(zhì)型主要用于現(xiàn)場的溫度變送器、壓力變送器及流量計等儀表及各類傳感器、調(diào)節(jié)器及通訊設備；增安型主要用于現(xiàn)場防爆撓性管、防爆接線盒、防爆接線箱等電氣連接設備。

3.4 天然氣場站電氣系統(tǒng)防爆設備安裝要求

在天然氣場站爆炸性環(huán)境內(nèi)，低壓電力、照明線路采用的絕緣導線和電纜的額定電壓應高于或等于工作電壓，中性線的額定電壓應與相線電壓相等，并應在同一護套或保護管內(nèi)敷設。在爆炸危險區(qū)內(nèi)，除在配電盤、接線箱或采用金屬導管配線系統(tǒng)內(nèi)，無護套的電線不應作為供配電線路。在1區(qū)內(nèi)應采用銅芯電纜，除本質(zhì)安全電路外，在2區(qū)內(nèi)宜采用銅芯電纜，當采用鋁芯電纜時，其截面不得小于16mm2，且與電氣設備的連接應采用銅-鋁過渡接頭。敷設在爆炸性粉塵環(huán)境20區(qū)、21區(qū)以及在22區(qū)內(nèi)有劇烈振動區(qū)域的回路，均應采用銅芯絕緣導線或電纜。當電纜或?qū)Ь€的終端連接時，電纜內(nèi)部的導線如果為絞線，其終端應采用定型端子或接線鼻子進行連接。鋁芯絕緣導線或電纜的連接與封端應采用壓接、熔焊，當與設備（照明燈具除外）連接時，應采用銅-鋁過渡接頭。架空電力線路不得跨越爆炸性氣體環(huán)境，架空線路與爆炸性氣體環(huán)境的水平距離不應小于桿塔高度的1.5倍。在特殊情況下，采取有效措施后，可適當減少距離。

4 天然氣場站電氣系統(tǒng)防雷技術(shù)及措施

4.1 雷電對電氣系統(tǒng)的危害

常見電氣系統(tǒng)的雷電危害有直擊雷、雷電波浸入和過電壓。常見的降雨過程中的雷電即為直擊雷，直擊雷可短時間內(nèi)釋放出大量的電能，可瞬時摧毀電氣系統(tǒng)、電子系統(tǒng)，導致停電、控制系統(tǒng)失效，造成天然氣場站失電、閥門關(guān)閉、供氣中斷等事故，嚴重的可造成火災爆炸等惡劣事件；雷電波浸入常指雷電對暴露在室外的電纜進行放電，造成電纜連接的各電氣設備遭受雷擊損害；雷電波浸入常由雷電過程中產(chǎn)生的感應磁場，也就是感應雷，它會因為在電氣設備周邊產(chǎn)生很強烈的磁場造成周圍電氣設備、電子系統(tǒng)破壞，造成控制系統(tǒng)失效，各壓力變送器、溫度變送器等電子儀表及各傳感器瞬間破壞，給天然氣供氣生產(chǎn)造成嚴重隱患。

4.2 常見電氣系統(tǒng)的雷電防護系統(tǒng)組成

電氣系統(tǒng)的雷電防護系統(tǒng)常由外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置組成。外部防雷裝置的防雷原理主要將直擊雷中釋放的大量雷電流通過接線器、引下線和接地裝置引入到大地中，達到釋放電流的目的，從而保護電氣系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。內(nèi)部防雷裝置主要通過等電位連接、屏蔽、接地及電浪涌保護等裝置大大降低雷電波浸入或過電壓形成的電磁效應而保護電氣系統(tǒng)關(guān)鍵部件免受侵害。

4.3 電氣系統(tǒng)防雷措施

按照電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及空間分布情況，電氣系統(tǒng)防雷措施常有高壓防雷措施、間隙保護措施及避雷器保護措施。高壓防雷措施主要針對室外架空線路，在架空線路設立幾處絕緣性能相對較差的點，在有雷電波侵入時，較高的電壓會擊穿設立的幾處絕緣性能相對較差的點，通過接地裝置將雷電流引入大地，從而保護電氣系統(tǒng)安全運行；間隙保護措施常指將變壓器中性點間隙接地裝置，在有電弧發(fā)生時會隨著電流減小自行熄滅；避雷器措施常指直接雷釋放的大量電能通過避雷器泄入大地，保護設備免受直接雷的侵擾。因此，對雷電活動強烈地區(qū)的天然氣電氣系統(tǒng)以及經(jīng)常發(fā)生雷擊故障的桿塔和線段，應加強雷電防護，可采取降低接地電阻、架設接閃線、增加絕緣子或架設耦合地線等措施。

4.4 電子系統(tǒng)防雷措施

電子系統(tǒng)防雷主要通過電涌保護器進行防護，對于電磁干擾防護要求較高的場所，應結(jié)合被保護設備的重要性、建筑物特征及雷電環(huán)境因素確定電涌保護配置方案，一般電涌保護器選用組合型，安裝位置在配電斷路器的負荷側(cè)。低壓電源側(cè)的配電裝置裝設一組電涌能量承受能力符合Ⅰ級試驗、電壓保護水平不大于2.5kV的電涌保護器作為第一級保護。重要電氣、電子設備的配電箱以及建筑物的總電源配電箱，裝設一組電壓保護水平不大于2.5kV的電涌保護器作為第二級保護。在重要電氣、電子設備輸入端裝設一組電壓保護水平不大于1.5kV的設備級電涌保護器作為第三級保護。露天電氣設備的配電回路，若斷路器經(jīng)常處于斷開狀態(tài)，電涌保護器安裝在斷路器電源側(cè)。各級電涌保護器電壓保護水平應低于其保護范圍內(nèi)被保護設備的沖擊耐受水平，并留有裕度。

5 結(jié)束語

天然氣場站運行過程中需要提供穩(wěn)定的電力供應，一旦電氣系統(tǒng)故障，容易引發(fā)供氣中斷、火災爆炸等事故，因此，天然氣場站的電氣系統(tǒng)要具備可靠性、防爆性及防雷性。本文結(jié)合天然氣場站的特點，結(jié)合現(xiàn)在的電氣系統(tǒng)現(xiàn)狀，系統(tǒng)探討了天然氣場站電氣系統(tǒng)在可靠性、防爆性及防雷等方面的技術(shù)要求及建議，為從事天然氣相關(guān)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)提供電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行可借鑒的經(jīng)驗，強化天然氣場站電氣系統(tǒng)的設計、建設及運行管理，確保天然氣場站電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為社會提供穩(wěn)定的天然氣能源保障，促進社會的經(jīng)濟發(fā)展，改善人民生活水平，實現(xiàn)國家共同富裕。