對煉化企業(yè)中心控制室內(nèi)應(yīng)急電源后備電池供電時(shí)間的分析和探討

1、4 。煉化企業(yè)應(yīng)急電源后備電池的應(yīng)用情況分析對 CCR內(nèi)應(yīng)急電源供電時(shí)間的分析與探討楊懋渠 1，范景昌2（ 1.中國石油遼陽石化公司，遼寧遼陽111003；2.中國昆侖工程有限公司，北京100037）摘要 : 中心控制室（ CCR）是大型煉化企業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)施。按規(guī)范的要求保障對CCR 可靠供電的同時(shí)，還需要對CCR 失去全部外部電源后，對裝置生產(chǎn)運(yùn)行的影響程度進(jìn)行分析，以確保生產(chǎn)安全。通常應(yīng)采取多種方案，確保CCR 內(nèi)一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的不間斷供電。文中提出了保證重要負(fù)荷的不間斷供電的3 種方案， 并比較其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性，從中確定最優(yōu)方案。關(guān)鍵詞： 中心控制室；應(yīng)急電源；后備電池；供電時(shí)間；

2、一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷煉化企業(yè)的中心控制室（ Central ControlRoom，簡稱 CCR）內(nèi)的主要設(shè)備為采暖與通風(fēng)設(shè)備、儀表設(shè)備、 電氣設(shè)備 等，其中儀表設(shè)備是CCR的核心1 。 相關(guān)規(guī)范 2 3 規(guī)定了儀表電源應(yīng)采用UPS的若干類場所4 。采 用 UPS 供電的負(fù)荷均為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。 在石油化工裝置電力設(shè)計(jì)規(guī)范SH/T3038-2017 ）中對一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷做出規(guī)定：一級負(fù)荷中當(dāng)生產(chǎn)裝置工作電源突然中斷時(shí)，為確保安全停車，避免引起爆炸、火災(zāi)、中毒、人員傷亡、關(guān)鍵設(shè)備損壞，或事故一旦發(fā)生能及時(shí)處理，防止事故擴(kuò)大，保證關(guān)鍵設(shè)備，搶救及撤離工作人員，而不允許中斷供電的負(fù)

3、荷，應(yīng)視為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。 對一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電做出規(guī)定：一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷， 除由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，不得將其他負(fù)荷接入應(yīng)急電源供電系統(tǒng)。并明確直流蓄電池裝置、UPS電源裝置、 EPS電源裝置、快速自起動的發(fā)電裝置和從生產(chǎn)裝置外引入的獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路可作為應(yīng)急電源，應(yīng)急電源的供電時(shí)間應(yīng)按生產(chǎn)技術(shù)要求的允許停車過程時(shí)間確定2。1 總變、裝置變和對CR、 CCR的供電在大型煉化企業(yè)中，主要生產(chǎn)裝置均配套設(shè)置專用的變（配）電所（簡稱“裝置變”）和 CR（控制室）或 FAR（現(xiàn)場機(jī)柜室） 。裝置變的供電電壓等級一般為6（ 10） kV，中、低壓主接線為

4、單母線分段（設(shè)置備自投），由上級總變（配）電所（簡稱“總變”）中相同電壓等級的不同配電母線分別供電（即雙重電源）。在總變內(nèi)，每 2 臺 35（ 66）（ 110） kV/6 （10） kV 主變組成 1 個(gè)供電分區(qū)，其二次側(cè)主接線亦為單母線分段，部分應(yīng)用場所尚需設(shè)置備自投裝置3 。CCR內(nèi)用電設(shè)備大部分屬一、二級用電負(fù)荷，所需電源的電壓等級為380 V/220 V，在 CCR所在建筑物設(shè)置變配電室，裝設(shè)2 臺 6（ 10） /0.4 kV變壓器及相應(yīng)低壓配電柜等電氣設(shè)備，其兩路6（ 10） kV 電源分別引自附近裝置變或總變相同電壓等級的不同母線段；每臺變壓器容量及供電線路均應(yīng)滿足單獨(dú)為整棟建

5、筑物內(nèi)全部用電設(shè)備供電的要求，其二次側(cè)0.4 kV 為單母線分段（設(shè)置備自投） 。為 CR（或 FAR）和 CCR內(nèi)儀表和控制系統(tǒng)供電的UPS的主電源和旁路電源均來自裝置變或CCR建筑物變配電室的不同低壓母線段，符合儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)范（ HG/T 20509-2014 ）和石油化工儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)范（ SH/T 3082-2003 ）的有關(guān)規(guī)定， UPS后備電池的供電時(shí)間不小于30 min 。此外，石油化工控制室設(shè)計(jì)規(guī)范（ SH/T 3006-2012 ）明確了控制室應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明系統(tǒng)，并規(guī)定應(yīng)急電源應(yīng)在正常供電中斷時(shí)可靠供電2030 min ，應(yīng)急照明系統(tǒng)往往采用EPS集中供電， EPS 交流電

6、源均來自裝置變或CCR建筑物變配電室的不同母線段2 裝置失電引起的事故停車在煉化企業(yè)中，供電電源突然中斷將會直接導(dǎo)致生產(chǎn)裝置進(jìn)入事故停車狀態(tài)。對這種事故停車狀態(tài)，需要注意 2 個(gè)問題：1）不同類型生產(chǎn)裝置由于中斷供電導(dǎo)致事故停車所造成的影響和引發(fā)的后果是不同的。有的生產(chǎn)裝置停、開車比較容易，物料無需排放，事故停車造成的損失相對不大；有的生產(chǎn)裝置在事故停車時(shí)需要大量排放物料，否則會引起嚴(yán)重的后果，恢復(fù)生產(chǎn)需要的時(shí)間也較長，事故停車造成的損失較大；有的生產(chǎn)裝置在事故停車時(shí)將造成多套生產(chǎn)裝置波動和停車，打亂正常的工藝生產(chǎn)秩序，整個(gè)工藝系統(tǒng)恢復(fù)生產(chǎn)需要較長的時(shí)間，企業(yè)遭受嚴(yán)重的損失。1（ 2）為了確保

7、生產(chǎn)裝置安全停車，避免發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒、人員傷亡、關(guān)鍵設(shè)備損壞等情況，以及在發(fā)生各種類型生產(chǎn)、 設(shè)備事故時(shí)能夠及時(shí)處理事故、 防止事故擴(kuò)大， 確保生產(chǎn)裝置退守至安全狀態(tài)，保證人身和設(shè)備安全，就必須保證該生產(chǎn)裝置中的部分設(shè)備用電不能中斷，該類用電負(fù)荷即為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。大型煉化企業(yè)一般是由多套生產(chǎn)裝置組成，上、下游裝置之間在工藝流程上一般存在緊密聯(lián)系。供電5系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)各企業(yè)間及各生產(chǎn)裝置之間用電負(fù)荷的相互依存關(guān)系。供電方式與應(yīng)急電源后備電池供電時(shí)間3.1總變、裝置變和CCR之間的供電方式假設(shè)某煉化企業(yè)的生產(chǎn)A 區(qū)由 N 套裝置和相應(yīng)的公用與輔助生產(chǎn)設(shè)施組成，其生產(chǎn)管控由1 座

8、CCR來執(zhí)行。總變、裝置變和CCR之間的供電方式可分為4 種情況：A 類供電方式：由1個(gè)總變供電， CCR電源直接取自總變，見圖1；B 類供電方式：由1個(gè)總變供電， CCR電源取自某裝置變，見圖2；C 類供電方式：由2個(gè)總變供電， CCR電源直接取自某總變，見圖3；D 類供電方式：由2個(gè)總變供電， CCR電源取自某裝置變，見圖4。圖 1 A 類供電方式圖 2 B類供電方式圖 3 C 類供電方式圖 4 D 類供電方式圖中的帶箭頭實(shí)線表示供電、帶箭頭虛線表示控制與信號。圖14 表述了總變、裝置變、生產(chǎn)裝置、FAR和 CCR之間的電源關(guān)系和控制與信號關(guān)系。在不設(shè)置CCR情況下總變、裝置變、生產(chǎn)裝置和

9、CR之間的供電方式和控制與信號關(guān)系，簡稱為E 類供電方式，見圖5。圖 5 E 類供電方式由于現(xiàn)有的大、中型煉化企業(yè)往往多次實(shí)施技術(shù)改造項(xiàng)目，經(jīng)常會出現(xiàn)圖3 和圖 4 的供電方式。23.2全停電與事故停車及其風(fēng)險(xiǎn)識別在圖 1 和圖 5 中， CR、LCR（現(xiàn)場控制室）或 FAR的電源（含UPS）均取自裝置變。當(dāng)某裝置變發(fā)生全停電時(shí)，相應(yīng)的生產(chǎn)裝置進(jìn)入事故停車過程，由UPS來保障安全完成生產(chǎn)裝置的事故停車過程，而其他生產(chǎn)裝置是否受到影響完全取決于工藝流程之間的聯(lián)系和全停電原因及其持續(xù)時(shí)間長短。當(dāng)總變發(fā)生全停電時(shí)，由其供電的全部生產(chǎn)裝置均進(jìn)入事故停車過程。經(jīng)歷了事故停車過程的生產(chǎn)裝置進(jìn)入了一個(gè)相對安

10、全狀態(tài)，各個(gè)崗位人員等待恢復(fù)供電和重新開車，即使相關(guān)UPS和 EPS的后備電池失去供電能力也不會引發(fā)安全問題。在圖 15 所示的幾種典型供電方式中，當(dāng)全廠供電系統(tǒng)發(fā)生故障（即圖中所示的各個(gè)總變均全停電）時(shí)，由其供電的全部生產(chǎn)裝置均進(jìn)入事故停車過程。之后，經(jīng)歷了事故停車過程的生產(chǎn)裝置均進(jìn)入了一個(gè)相對安全狀態(tài)。當(dāng)圖 2 中裝置變11 發(fā)生全停電，或圖3 中總變 1 發(fā)生全停電，或圖4 中裝置變11 發(fā)生全停電，或圖4 中總變 1 發(fā)生全停電，由其供電的生產(chǎn)裝置均直接進(jìn)入事故停車過程，在工藝流程之間聯(lián)系不緊密的情況下，其他生產(chǎn)裝置即使是發(fā)生了短暫的生產(chǎn)波動之后也仍會維持較為平穩(wěn)的生產(chǎn)狀態(tài)或物料循環(huán)狀

11、態(tài)；在上列幾種全停電發(fā)生時(shí)CCR失去了全部外部電源，其內(nèi)部的采暖與通風(fēng)設(shè)備停運(yùn)、UPS與 EPS后備電池進(jìn)入放電狀態(tài)并為相關(guān)的一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷供電，以確保CCR內(nèi)人員能夠監(jiān)視事故停車裝置和管控未發(fā)生事故停車的生產(chǎn)裝置。但是，CCR內(nèi) UPS與 EPS后備電池的供電時(shí)間有一個(gè)限度（例如僅為30 min ），如果在這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)不能恢復(fù)CCR的外部電源且不采取相應(yīng)的停電應(yīng)對措施，CCR將進(jìn)入完全失電狀態(tài)，其中的控制系統(tǒng)與生產(chǎn)裝置的所有聯(lián)系會徹底中斷，從而使在運(yùn)生產(chǎn)裝置進(jìn)入非受控狀態(tài)，在這種情況下極易出現(xiàn)安全問題。由此可見，全停電的持續(xù)時(shí)間是開展相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評估工作的關(guān)鍵。電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

12、技術(shù)規(guī)程（ DL/T 5044-2014 ）規(guī)定 ，與電力系統(tǒng)連接的發(fā)電廠，廠用交流電源事故停電時(shí)間應(yīng)按l h計(jì)算；有人值班的變電站，全站交流電源事故停電時(shí)間應(yīng)按l h計(jì)算；并做出如下解釋，與電力系統(tǒng)連接的發(fā)電廠和有人值班的變電站，在全廠（站）事故停電時(shí)，一般在30 min左右即可恢復(fù)廠（站）用電，為保證事故處理有充裕的時(shí)間，計(jì)算上述蓄電池容量時(shí)按lh的事故放電負(fù)荷計(jì)算。由此可見，即使將大、中型煉化企業(yè)內(nèi)總變和裝置變均按有人值班考慮，當(dāng)裝置變或總變發(fā)生全站事故停電時(shí)，從確保工藝生產(chǎn)和管理均應(yīng)處于受控狀態(tài)的角度來看，CCR內(nèi) UPS與 EPS后備電池30min的供電時(shí)間也是值得商榷的。因此，在一

13、些情況下，CCR外部電源接引點(diǎn)的確定與應(yīng)急電源后備電池供電時(shí)間為 30 min 這 2 個(gè)因素在CCR失去全部外部電源時(shí)會帶來一定的安全風(fēng)險(xiǎn)5 。3.3風(fēng)險(xiǎn)防控措施為確保 CCR內(nèi)一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的不間斷供電，需對識別出的風(fēng)險(xiǎn)采取必要的防控措施。對圖24 中的 3 類供電方式而言，具體方案為：方案一：即增設(shè)第3 路電源方案。主要思路是為CCR增設(shè)第 3 路電源，保證CCR在非全廠供電系統(tǒng)故障時(shí)能夠不失去外部電源，以保證對CCR內(nèi)一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷進(jìn)行不間斷供電。對于圖2，該電源應(yīng)引自附近其他裝置變或總變；對于圖3 和圖 4，該電源應(yīng)引自其他總變或由其他總變供電的裝置變。方案二：即延長

14、后備電池供電時(shí)間方案。主要思路是延長CCR內(nèi) UPS與 EPS后備電池的供電時(shí)間。方案三：即增設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組方案。主要思路是不改變CCR內(nèi) UPS與 EPS后備電池的供電時(shí)間 （30 min ），但增設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組，以保證對CCR內(nèi)一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷進(jìn)行不間斷供電。其中，第 3 路電源方案是非全廠供電系統(tǒng)故障時(shí)確保CCR不會失去外部電源的方案，而延長后備電池供電時(shí)間方案和增設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組方案均屬于CCR一旦失去外部電源后的應(yīng)對方案。鑒于這種特點(diǎn)，需要考慮 2 個(gè)問題：一是后備電池供電時(shí)間延長至何種程度較為適宜，二是CCR失去全部外部電源后空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)停運(yùn)超過30min 是否會導(dǎo)致控制系統(tǒng)因

15、溫、濕度的變化而發(fā)生故障。就延長后備電池供電時(shí)間而言，在現(xiàn)行規(guī)范（規(guī)程）中尚無明確規(guī)定將其延長到何種程度較為合理，建議參照 電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（ DL/T 5044-2014 ）中廠（站）蓄電池容量的計(jì)算方法來處理，即認(rèn)為CCR內(nèi) UPS與 EPS的交流電源側(cè)事故停電時(shí)間為1 h 、其后備電池的供電時(shí)間也為1h。當(dāng)然，上述“事故停電時(shí)間為1 h ”是按照直接或通過裝置變?yōu)镃CR供電的總變發(fā)生全站停電這一最嚴(yán)重情況考慮的， 1 h 中包括在此情況下為 CCR內(nèi) UPS與 EPS恢復(fù)供電而進(jìn)行的所有停送電操作所需的時(shí)間。盡管按最不利的情況選擇 UPS與 EPS的事故停電時(shí)間，但是 C

16、CR內(nèi) UPS與 EPS應(yīng)為總變和裝置變供電范圍內(nèi)3應(yīng)急電源之中的重要負(fù)荷，應(yīng)予以優(yōu)先恢復(fù)供電或采取必要措施優(yōu)先恢復(fù)供電。因此，按1 h 考慮 UPS與EPS后備電池供電時(shí)間在技術(shù)上較為合理、經(jīng)濟(jì)上較為適宜。石油化工控制室設(shè)計(jì)規(guī)范（ SH/T 3006-2012 ）要求控制室內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)符合“當(dāng)生產(chǎn)裝置停車檢修時(shí)， 仍應(yīng)保證空氣調(diào)節(jié)裝置正常運(yùn)行所需的水、電供應(yīng)” 的規(guī)定。 在相應(yīng)的條文釋義中說明了“當(dāng)全廠供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常各裝置需有序停車。在UPS的 30 min 后備時(shí)間內(nèi)，控制系統(tǒng)能夠確保裝置平穩(wěn)停車，而在30 min 內(nèi)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的停運(yùn)不會導(dǎo)致控制系統(tǒng)因溫、濕度的變化發(fā)生故

17、障?！?。因此，對于非全廠性供電系統(tǒng)故障導(dǎo)致CCR外部電源全部中斷的情況，當(dāng)外部電源全部中斷時(shí)間在30 min 以內(nèi)時(shí)，若從減少不必要的停、開車損失等方面考慮無需將所有裝置有序停車（即尚有部分裝置保持非停車狀態(tài)），而 CCR外部電源全部中斷時(shí)間超過30 min ，則“空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的停運(yùn)不會導(dǎo)致控制系統(tǒng)因溫、濕度的變化而發(fā)生故障”能否得到保證是需要進(jìn)行分析和考慮的，即應(yīng)核算1 h 內(nèi)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的停運(yùn)是否會導(dǎo)致控制系統(tǒng) 和 UPS因溫、濕度的變化而發(fā)生故障 （應(yīng)注意空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件 6 7 ），如存在風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施。在實(shí)際工作中，應(yīng)通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較的方法在方案一方案 三之中選出最佳方案。

18、4 結(jié)束語在確定大型煉化企業(yè)CCR內(nèi)應(yīng)急電源后備電池供電時(shí)間時(shí)，應(yīng)考慮CCR外部電源接引點(diǎn)的位置，同時(shí)分析其與后備電池供電時(shí)間之間的關(guān)系。在CCR失去全部外部電源時(shí)，若30 min的后備電池供電時(shí)間會給相關(guān)工藝生產(chǎn)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，則應(yīng)采取必要的措施（例如采用增設(shè)第3 路電源、延長后備電池供電時(shí)間或增設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組等方案）來消減風(fēng)險(xiǎn)。在確定哪一種措施較為合適時(shí)，應(yīng)采取技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較的方式確定最優(yōu)方案。參考文獻(xiàn)：王同堯，漢建德 . 石油化工控制室常見設(shè)計(jì)問題探討 J. 石油化工自動化， 2012（1）：1-4.HG/T 20509-2014 ，儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)范 SSH/T 3082-2003 ，石油

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21、iaoyang Petrochemical Company ， Liaoyang 1110032 China Kunlun Contracting and Engineering Corporation ，Beijing 100037AbstractCCR is the key facilities in the large and medium-sized oil refining and chemical company. In order to ensure production safety and avoid economic loss ，the influence degree should be considered and analyzed when CCR loses all of its external power supply at the same time, even if reliable power supply of CCR has already be designed in engineering according to standards and codes. In some4cases, the sources of CCR s external power supply and the powerl