提高化工厂供配电稳定性的继电保护配置研究

一、引言

化工厂生产过程具有连续性强、工艺复杂、对电力依赖度高的特点，供配电系统一旦出现故障，不仅会导致生产中断，造成巨大的经济损失，还可能引发安全事故，危及人员生命安全。继电保护作为供配电系统的 “安全卫士”，能够在系统发生故障时迅速动作，切除故障部分，保证非故障部分的正常运行，从而提高供配电系统的稳定性。因此，合理配置继电保护装置对于化工厂而言意义重大。

二、影响化工厂供配电稳定性的因素

2.1 内部因素

化工厂内部存在大量大功率用电设备，如压缩机、泵类、反应釜等，这些设备的启动和运行会对供配电系统产生较大的冲击。设备启动时的瞬时大电流可能导致电压波动，影响其他设备的正常工作；设备运行过程中若出现故障，如短路、过载等，会直接影响供配电系统的稳定性。此外，化工厂内部的配电线路复杂，线路老化、绝缘损坏等问题也可能引发短路、接地等故障，影响供配电系统的稳定运行。

2.2 外部因素

外部电网的波动是影响化工厂供配电稳定性的重要因素之一。外部电网可能因雷击、短路、设备故障等原因出现电压骤降、骤升、断电等情况，这些波动会通过输电线路传递到化工厂的供配电系统，影响系统的正常运行。同时，自然灾害如地震、洪水、台风等也可能对化工厂的供配电设施造成破坏，导致供配电系统故障。

三、提高化工厂供配电稳定性的继电保护配置方案

3.1 不同电压等级的继电保护配置

3.1.1 高压侧（110kV 及以上）

对于化工厂 110kV 及以上的高压侧供配电系统，应配置主保护和后备保护。主保护通常采用纵联差动保护，它能够快速、灵敏地反映线路或设备的内部故障，动作时间短，可靠性高。后备保护则包括过电流保护、零序电流保护等，当主保护拒动时，后备保护能够及时动作，切除故障。此外，还应配置过电压保护和低电压保护，以应对电压异常情况。3.1.2 中压侧（10kV-35kV）

中压侧供配电系统的继电保护配置应根据负荷的重要程度和系统的运行特点进行设计。对于重要的电动机、变压器等设备，应配置差动保护作为主保护，过电流保护、过负荷保护作为后备保护。对于一般的配电线路，可配置过电流保护和零序电流保护。同时，为了防止电动机因断相运行而损坏，应在电动机回路中配置断相保护。

3.1.3 低压侧（0.4kV）

低压侧供配电系统的负荷主要是各种生产设备和照明设施，其继电保护配置相对简单。对于低压电动机，应配置过载保护、短路保护和缺相保护。过载保护能够在电动机过载时及时动作，防止电动机因过热而损坏；短路保护则能在发生短路故障时迅速切断电源，保护设备和线路；缺相保护可避免电动机因缺相运行而烧毁。对于低压配电线路，可配置断路器作为短路保护和过载保护装置。此外，在低压配电系统中还应配置漏电保护装置，以保障人身安全。

3.2 关键设备的继电保护配置

3.2.1 变压器​

变压器是化工厂供配电系统中的重要设备，其继电保护配置至关重要。除了上述中高压侧提到的差动保护、过电流保护等，还应配置瓦斯保护。瓦斯保护是变压器内部故障的主保护之一，它能够反映变压器油箱内的各种故障，如绕组短路、铁芯过热等。当变压器内部发生轻微故障时，瓦斯保护发出信号；当发生严重故障时，瓦斯保护动作，断开变压器的电源。

3.2.2 电动机

化工厂中有大量的电动机，如泵类电动机、风机电动机等，这些电动机的正常运行直接影响生产的连续性。对于重要的电动机，除了配置上述的差动保护、过电流保护、断相保护外，还应配置温度保护。温度保护通过监测电动机绕组的温度，当温度超过设定值时，发出报警信号或切断电动机电源，防止电动机因过热而损坏。例如，某化工厂的大型压缩机电动机配置了温度保护装置，当电动机绕组温度过高时，保护装置及时动作，停止电动机运行，避免了电动机的烧毁。

3.2.3 电容器​

电容器在化工厂供配电系统中用于无功补偿，提高功率因数。为了保证电容器的安全运行，应配置过电流保护、过电压保护和失压保护。过电流保护可防止电容器因过电流而损坏；过电压保护能在电压过高时切断电容器电源；失压保护则在系统失压时将电容器从系统中切除，防止系统恢复供电时产生过大的合闸涌流。

3.3 特殊区域的继电保护配置

在化工厂的防爆区域，由于存在易燃易爆气体或粉尘，供配电设备的继电保护配置应符合防爆要求。所选用的继电保护装置应具有防爆性能，能够在危险环境中安全运行。同时，防爆区域的配电线路应采用穿管敷设或电缆沟敷设，并做好密封处理，防止易燃易爆物质进入线路。此外，在防爆区域还应配置接地保护，确保设备的金属外壳接地良好，避免因静电火花引发爆炸事故。

四、继电保护配置的效果与优化

4.1 配置效果

合理的继电保护配置能够显著提高化工厂供配电系统的稳定性。当系统发生故障时，继电保护装置能够迅速、准确地动作，切除故障部分，避免故障扩大，减少停电时间和范围。例如，某化工厂在配置了完善的继电保护装置后，一次因外部电网波动导致的电压骤降事故中，低电压保护装置及时动作，切除了部分非重要负荷，保证了重要生产设备的正常运行，减少了经济损失。同时，继电保护装置还能够对设备的运行状态进行监测，及时发现设备的潜在故障，为设备的维护和检修提供依据，提高设备的可靠性和使用寿命。

4.2 优化方向

随着化工行业的发展和技术的进步，对化工厂供配电系统的稳定性提出了更高的要求，继电保护配置也需要不断优化。一方面，应采用智能化的继电保护装置，这些装置具有更高的灵敏度、更快的动作速度和更强的通信功能，能够实现对供配电系统的实时监测和远程控制，提高系统的自动化水平。另一方面，应加强继电保护系统的网络化建设，实现各保护装置之间的信息共享和协同工作，提高系统的可靠性和安全性。此外，还应定期对继电保护装置进行校验和维护，确保其性能良好，动作可靠。

五、结论

化工厂供配电系统的稳定性是保障生产安全和效率的关键，而合理的继电保护配置是提高供配电稳定性的重要手段。通过根据不同电压等级、关键设备和特殊区域的特点，配置相应的继电保护装置，能够在系统发生故障时迅速动作，切除故障，保证系统的正常运行。同时，不断优化继电保护配置，采用智能化、网络化的技术，加强设备的维护和管理，能够进一步提高化工厂供配电系统的稳定性和可靠性，为化工厂的安全生产提供有力保障。在未来的发展中，应持续关注继电保护技术的新进展，将其应用于化工厂供配电系统中，不断提升系统的性能。

参考文献

[1] 王雯 . 化工厂供配电设计的技术要点 [J]. 中国设备工程 ,2022,(24):202-204.

[2] 葛峻臣 . 化工厂中电气节能设计的相关问题探析 [J]. 建材与装饰 ,2019,(23):105-106.

[3] 姚娜 . 化工厂电气节能措施 [J]. 自动化应用 ,2014,(06):111-112.