煤化工企业供电系统主网结构的可靠性分析

关荣根

（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥 230041）

煤化工企业在我国的经济发展中占有十分重要的地位，是我国科技水平以及整体经济实力的重要标志。随着化工企业向大型化和长周期运行发展，企业生产装置对供电可靠性要求越来越高，因此传统的电气系统主接线、电气设施已不能满足先进生产工艺要求，需要得到进一步的优化以确保其合理、安全地运行。

1 供电系统特点及要求

大型煤化工企业的显著特点是原料及产品绝大多数具有易燃、易爆、有毒等特性；其生产工艺连续性强，设备种类繁多，技术复杂，自动化程度高，稍有不慎就有可能发生破坏性巨大的事故；煤化工企业的生产区域大容量的高压电动机数量众多，供电系统容量大；整个企业的电网结构复杂，发电、供电、配电系统共有，电压等级多；大容量的高压电机的启动，需连续不断地运作，在系统短时停电后电机再启动将会对系统的可靠性造成巨大冲击。简言之，化工企业供电系统一般具有如下特征：

（1）负荷密度大，化工装置布置相对较为集中。

（2）负荷容量大，整个化工厂的供电负荷可达几百兆瓦甚至几千兆瓦。

（3）负荷种类多，性质复杂，包含照明、通讯、消防系统、机泵、阀门等等。

（4）负荷等级高，一般为一级负荷和二级负荷，其中部分为一级负荷中特别重要负荷。

（5）自备发电厂，单机容量可达数十或数百MW，总发电量可达系统负荷总量。

因此，对于该类企业供电的可靠性、连续性以及安全性都有较高要求。对煤化工企业的电气系统开展可靠性研究极为重要，可大幅度提高设计、生产、使用、维护的可靠性，提高供电系统的运行能力[1]。

另外，随着企业的发展，常常需要对一些装置进行扩建，相应的供电系统也需扩容改造。目前，化工企业的现状为早期供电系统发展不尽相同，原有电气设备技术陈旧，故障率高，供电系统结构落后。针对此现状，需对潜在隐患逐步开始治理，提高电网的可靠性。对于较长历史的化工企业，更需要进一步深层次优化电网结构，使其与企业增长和安全生产同步发展。

2 主网结构可靠性的故障树方法

假设某企业内热电站有两条35kV的联络线，并在站内设置了量为3MW的发电机以及10MVA的变压器各两台，35kV进线电压以及发电机送出的10kV电源采用两段母线进行供电，两段母线之间采用断路器和隔离开关进行联络，如图1所示。

以对重要负荷的供电中断为顶事件，在四种不同的主接线形式下，建立故障树[2]，利用故障树原理求得相应的顶事件概率。

（1）方式一：35kV母线及10kV母线均分段运行

由图2可知：

假设所有事件是相互独立的，则顶事件的概率为：

（2）方式二：35kV母线并列运行，10kV母线分段运行

图1 热电站对重要负荷供电的主接线图

图2 运行方式一的故障树

图3 运行方式二的故障树

图4 运行方式三的故障树

由图3可知：

假设所有基本事件都独立，则顶事件（重要负荷供电中断）概率为：

（3）方式三：35kV母线分段运行，10kV母线并列运行

图5 运行方式四的故障树

由图4可知：

假设所有基本事件都独立，则顶事件概率为：

（4）方式四：35kV和10kV母线均并列运行

由图5可知：

假设所有基本事件都独立，则顶事件概率为：

3 顶事件概率分析

分别比较式（1）和（2），（3）和（4）可以得到：

为了比较PT2和PT3的大小，假设事件X和事件Z发生的概率相等，即PX=PZ，则不难得到：

通过以上分析可以发现：在以上四种运行方式当中，运行方式一的重要负荷供电可靠性最低，运行方式四的供电可靠性最高，运行方式二以及运行方式三的可靠性介于两者中间。当2#电源中断供电的概率与2#发电机中断供电的概率相等时，方式三的重要负荷供电可靠性高于方式二。

通过以上对不同主接线方式的故障比较分析，采用顶概率计算的方式选择最优的配电方案，从而提高了热电站对于重要负荷的供电可靠性。

4 结论

本文结合煤化工企业的供电特点，以热电站为例，对其供配电系统主接线方式进行了理论研究，并选择了最优接线方式。在实际供电系统的主接线运行方式的选择中仍需要考虑其接线的经济性以及对短路电流的限制等因素[3]，结合多方面因素选择适合该企业的供电系统的主接线方式，以保证企业生产活动的正常、持续进行。

[1]刘德洲.石油工程供配电系统运行的可靠性研究[J].电子技术与软件工程，2015（15）：170-171，245.

[2]孙艺新，基于故障树方法的供电可靠性灰色关联分析[J].中国电力，2016（5）：14-19，156.

[3]潘阳，裴莹莹，浅谈石油化工企业供配电系统设计[J].科技与创新，2016（4）：86-88.