长输成品油管道自动阀室UPS电源故障原因浅析

袁 君

（贵州省航电开发投资公司，贵州贵阳550002）

1 成品油管道

1.1 成品油管道的概况

2005年，某石油化工有限公司建成一条东起广东茂名，西至云南昆明的成品油管道，其当时是国内最长、施工条件艰巨、输送工艺最为复杂的一条管道，也是采用自动化技术最为先进的管道，是一条集中控制、分输下载的管道。管道途经5个省市区，地理条件多变，经过的地方有高山、丘陵、河流、湖泊、农田、村庄、城市、公路、铁路、自然旅游区等等，由于地理环境复杂，管道可能会发生泄漏、爆管等事故，影响重大。

由于成品油管道所处环境以及运行的特殊性，做好管道的安全运行和安全保护工作十分必要，而在管道上设置自动阀室，在管道发生事故时采取分段隔离措施就是主要的一种方法。

1.2 成品油管道的隐患

（1）人为破坏，比如打孔盗油，在管道上方植树建房；

（2）技术性损坏，比如输油操作不当产生压力、流量变化，引起上下游输油站憋压，产生水击等现象；

（3）自然因素，比如山体滑坡、垮塌、洪水、火山、地震、海啸等；

（4）战争等因素。

2 确保长输成品油管道正常运行的措施

2.1 前期施工的管控

成品油管道施工过程的质量控制至关重要，特别是前期的勘查、设计、施工等环节。原材料采购和设备安装，施工过程等方面的监管等，是影响管道后期能否正常运行的主要因素。

2.2 后期的运行维护

运行人员的技术水平是影响管道运行的一个因素，比如启停泵工作，油品的分输下载，发生甩站事故时应急处理操作不当，都可能引发管线发生水击与憋压爆管事件。

维护人员的技能也是一个因素，如设备维护保养不到位，导致管道保护措施存在缺陷，发生事故时，管道的保护程序不能自动启动，必须通过现场人为操作才能完成。比如阀门的开关，如果能远程自动控制，就减少了路上耽搁与人为操作的时间，风险降低，损失减小。

2.3 确保站外设备完好性

为了保证阀室正常工作，供电正常是必要条件，UPS电源就是作为后备电源来解决阀室供电难题的。

UPS电源（Uninterruptible Power System）的用途是在外部供电电源停电或发生故障后，通过蓄电池进行逆变，提供持续、稳定、不间断的电源给设备供电，让设备能正常工作，当外部供电恢复正常后，UPS设备则恢复正常的市电供电。

UPS按工作原理分，有后备式、在线式和在线互动式。由于工作环境及工作条件的需求，该自动阀室所用UPS为在线式（On-Line UPS）。作为农电网的补充与后备，为了保证阀室供电质量，在电源进线处加装一隔离变压器，再将电源接入UPS设备。

3 阀室UPS故障现象

3.1 故障现象与原因剖析

该阀室的UPS自投用以来一直存在故障，所谓“自动阀室”，其控制方式从来没有自动过，管线上自动阀门的控制状态一直都是处于“手动”位置，也就是“M”位；从未处于“A”位置，也就是自动位[1]，因为UPS电源总是有以下几个故障显示：

（1）在远方输油站中控画面上总显示一个“UPS故障”报警信号；

（2）UPS连接电池的线路对地有3～5 V的交流电压；

（3）UPS主机上有一个故障指示灯；

（4）通过人工模拟断市电，UPS主机不能自动转换为蓄电池给设备供电。

经分析，原因可能如下：UPS自身有问题；RTU信息数据采集有误；受阳极地床电位的影响；地方电网供电问题；设备接地方式不对。

3.2 分析处理过程

（1）假设UPS有故障，用新的、同规格型号的UPS换上，都出现上述问题。据了解，该自动阀室于2005年投用，在2006年阀室内一电源控制箱发生过短路燃烧现象，当时由于人员巡检到位，处理及时，未造成事故。所以将UPS有故障这一原因排除。

（2）RTU（Remote Terminal Unit）信息数据采集有误。RTU中文名为远程测控终端，用于控制与数据采集，具有遥测、遥信、遥调、遥控“四遥”功能，是SCADA控制系统基本组成单元。由于阀室其他信息在中控与站控画面显示未见异常，可以排除RTU信息数据采集有误故障和通信异常故障。

（3）成品油管道是金属管道，埋地敷设，容易受潮腐蚀，为保证管道使用年限，对管道作了相应保护，采用3层PE保护防腐蚀是一种，也就是物理保护；另一种是化学保护，即电化学保护。电化学保护采用阴极保护方法，也就是通过阳极地床来为管道保护工作提供牺牲阳极的电流，阳极地床又称为辅助阳极，是在外加电流阴极保护系统中将保护电流引入土壤的导电体。通过辅助阳极把保护电流送入土壤，经土壤流入被保护的管道，使管道表面发生阴极极化（防止电化学腐蚀），电流再由管道流入电源负极形成一个回路，这一回路形成一个电解池，管道在回路中为负极，处于还原反应状态，防止腐蚀，而辅助阳极进行氧化反应，遭受腐蚀。

因为UPS设备本体做了接地，而大地又是一个大的容体，阳极地床的工作电源与UPS的电源工作路径不同，所以阳极地床的电位应无法影响UPS设备运行。

（4）地方电网供电问题，也就是供电方式存在问题。在我国，10 kV供电线路中性点不接地，只有在10 kV变为0.4 kV的情况下，从变压器中性点引出零线，有的地方同时也作为地线，或零线、地线共用，这就是农电网的电气接线方式。作为自动阀室，其供电线路利用地方电网，即供电电压为220 V的交流供电线路。

低压供电系统采用一根相线（火线），零线接入户，但阀室内的供电电源接入后，其供电性质因接地工作可能就改变了，变成了施工现场临时用电供电模式，比如TN-S系统、TN-C系统、TN-C-S系统。这里从阀室的接地情况来分析，UPS故障可能就是以上三种系统的供电模式引起的。

（5）设备接地方式：作为一个独立的阀室，估计当时施工单位对其接地工作是没有做全面的考虑与分析的，也可能是设计单位没有要求做或偷工减料了，所以阀室内没有专用的接地网，即接地点；有一条接地线，也就是防雷引下线，而不是室内设备安装的专用接地线。

那么作为自动阀室内的用电设备，按照石油化工设备用电要求和规范，一要做好防火防爆工作，二要做好防雷接地工作。自动阀室内电源设备、通信设备、自动控制及仪表自动化设备都处于一个房间内，只有管道与阀门单独处于另一个房间。在这个单独的电气设备室内，未设专用接地网，再加工作电源为220 V的农用电源，没有设置保护接地和工作接地网，就共用防雷接地网[2]。

室内的保护接地情况是：两块接地铜排是人为加装的，而且是用绝缘子支撑接于地表上的，在铜排上用一根总线将其接入防雷接地引下线，室内只要有设备，都从外壳上拉一根线接到接地铜排上，这就是所谓“电气行业内用于保护接地的接地线”，十分不规范。

4 故障及现场处理情况

（1）拆除全部接地线，并对地面上的自制接地铜排进行了拆卸。

（2）重新对设备的接地进行引接，一根一根地对地连接，一根一根地检测，没有对地电压的接上，不需要的接地设备拆除。拆至通信设备一个电源插板上的一根接地线时，对地电位正好是在3～5 V之间漂移跳动，这根线是从一个三孔插的插孔内引出来接地，将此接地线拆除后，一切故障消失。

（3）重新模拟对市电断电，UPS主机可自动给设备供电，再也不用对UPS进行重启。

5 结论分析

（1）从三孔插中引出接地线，且第三个孔插没有使用，只是用一个两孔插；通信设备本身已经接地，这就使得通信设备既是保护接地又是保护接零。

（2）按临时供电的几种情况分析：

1）在TN供电系统中，如果将工作零线N重复接地，碰壳短路时，一部分电流就可能分流于重复接地点，会使保护装置不能可靠动作，更有甚者，会拒动，使故障扩大化。

2）在TN-S系统中，也就是三相五线制中，因N线与PE线是分开敷设并且相互绝缘的，同时与用电设备外壳相连接的是PE线而不是N线，因此最主要的是PE线的电位，而不是N线的电位，所以在TN-S系统中重复接地不是对N线的重复接地。如果将PE线和N线共同接地，由于PE线与N线在重复接地处相接，重复接地点与配电变压器工作接地点之间的接线已无PE线和N线的区别，原由N线承担的中性线电流变为由N线和PE线共同承担，并有部分电流通过重复接地点分流。这样可认为重复接地点前侧已不存在PE线，只有由原PE线及N线并联共同组成的PEN线，原TN-S系统所具有的优点将丧失，所以在阀室内造成了一种“PE线”和“N线”共同接地的情况。

（3）另一种情况是在接地工作中，铜排接地体和镀锌角铁接地体混用。这种接法是不规范的，因为不同材料在土壤中呈现出的电位是不同的，铁（Fe）为-0.44 V，铜（Cu）为0.337 V，如果两种混用，正好产生0.777 V甚至更高的电位差，此电位差在电力系统中较微小，但对其他设备正常工作也会产生影响[3]。

（4）根据外部防雷装置接地应为防闪电感应，内部防雷装置、电气和电子系统等接地共用接地装置的原理，接地装置引入金属管线做等电位连接。这就是说，在设计防雷系统时，就必须考虑到与电网保护接地系统共用等电位连接。但保护接地、工作接地和防雷接地不能共用一个接地极，阀室内却共用“一组”接地体。如果防雷接地系统没有组成一个接地环网的话，在单独接地极的情况下，防雷与电网接地点是不能共用一组接地体的。

通过一系列分析可知，UPS故障是接地不规范引起的，在以后的工程建设中，应按照法律、法规、规范、程序办事，从源头抓起，从设计、施工、监理等环节抓起，不将问题遗留给建设单位或使用单位。

6 结语

经过处理，UPS电源故障已经消除，中控室操作画面也不再有这样一个假信号，且UPS能正常切换供电，从而为长输成品油管道的安全运行提供了一道坚实的屏障。