石油石化企業(yè)電力系統(tǒng)電能質量的分析與探討

劉江輝 張倩

（1.大慶油田工程有限公司；2.大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

1 影響電能質量因素

電能質量是指供電電氣設備在正常情況下不中斷和不干擾用戶的情況下能正常工作，一些因素會使電能波形偏離對稱正弦，由此便產(chǎn)生了電能質量問題，影響電能質量的主要原因有以下幾種：

1）頻率偏差。它是衡量電能質量的一項重要指標。例如，頻率發(fā)生變化可以使異步電動機的轉速發(fā)生變化，導致電動機的功率下降，異步電動機的勵磁電流增加，引起無功功率的增大。

2）電壓偏差。主要是由負荷電流或故障電流在電力系統(tǒng)各個元件上流過時產(chǎn)生的電壓損失而引起的。對電動機而言，電壓降低會導致轉矩下降，電流增加使電動機線圈發(fā)熱引起電動機的溫度上升，嚴重時甚至燒毀電動機。

3）電壓波動和閃變。電壓的波動和閃變是指在電網(wǎng)中瞬時的變化，是由于負荷急劇變化沖擊而引起的，如大型電動機的啟動、電弧焊機的使用等。電壓的波動和閃變使電網(wǎng)的電壓損耗相應地變動，導致電氣設備不能正常工作。

4）高次諧波產(chǎn)生與危害。油田和石化企業(yè)的工業(yè)設備功率大、數(shù)量多，為了節(jié)約電能和滿足工藝流程的控制要求，在生產(chǎn)中使用了大量的各種整流設備、變頻器、交流電焊機等，這些設備的運行產(chǎn)生了大量的諧波電流，通過電網(wǎng)在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓降，從而導致諧波的產(chǎn)生。諧波過電壓對變壓器的差動保護、線路距離保護、電能計量精度、通信質量、繼電保護和自動裝置等都有影響。

5）供電系統(tǒng)三相不平衡。供電系統(tǒng)的三相不平衡是由三相負荷不對稱造成的，如工業(yè)上使用的電弧爐、電焊機，大量的單相負荷等都會導致三相負荷的不對稱。電力系統(tǒng)三相不平衡不僅會降低電動機效率，減小有效轉矩，而且能縮短電動機壽命，同時還可導致變壓器使用率的下降。三相不平衡負荷運行還可燒斷線路，或直接燒壞用電設備，對于用戶影響很大，嚴重地影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2 提高電能質量方法

2.1 電力系統(tǒng)頻率調整

電力系統(tǒng)的頻率變化主要是有功負荷發(fā)生變化而引起的。在油田、石化企業(yè)電力系統(tǒng)中導致頻率發(fā)生改變的主要是電力系統(tǒng)發(fā)生了短路，或者是用電負荷突然增加；所以，必須在極短的時間內切除部分負荷有效恢復電力系統(tǒng)的正常工作。目前最有效的方法可采用通過設置低頻減負裝置瞬間切除非重要負荷，低頻減負裝置由頻率測量、時間測量、執(zhí)行元件組成。當系統(tǒng)的頻率下降到頻率測量元件的整定值時，測量元件動作同時啟動時間元件。整定到一定的時限后，執(zhí)行元件動作并切除裝置所安裝的線路負荷；在整定時限到達之前，待電力系統(tǒng)的頻率恢復減負裝置將自動返回。

2.2 電壓偏差調節(jié)

在油田、石化企業(yè)電力用戶的供配電系統(tǒng)中，供電線路長，變壓器數(shù)量多。電壓偏差調節(jié)應考慮從降低電力線路的電壓損失和調節(jié)變壓器的分接頭兩方面入手，合理減少系統(tǒng)阻抗，增大導線截面或電纜的截面積，減少系統(tǒng)的變壓級數(shù)，盡量保持系統(tǒng)三相平衡，設置無功補償裝置來降低系統(tǒng)阻抗和減少電壓損失。

2.3 電壓的波動和閃變抑制

在設計時對用電負荷進行區(qū)分，對變化較大的用電負荷采取合理的接線方式。大型電氣設備需單獨接地，選擇合適的供電電壓，增大供電容量減少系統(tǒng)阻抗，并加大系統(tǒng)短路容量；同時，還可采用靜止無功功率補償裝置（SVC），目前在大慶油田已使用了兩套，對電壓的波動閃變起到了良好的作用。

2.4 高次諧波抑制

安裝無源電力諧波濾波器，它由電容器、電抗器和電阻器組成。一般有單調諧濾波器、雙調諧濾波器和高通濾波器。單調諧濾波器用來濾除低頻單次諧波，雙調諧濾波器可以同時吸收兩種諧波。在小的容量裝置中可以選擇單調諧濾波器，在大的容量裝置中可以選擇雙調諧濾波器。

安裝有源電力諧波濾波器，它由靜態(tài)功率變送器構成，其主要功能是高次諧波電流的檢測、調節(jié)和控制，有良好的補償效果和通用性。它也是一種向電網(wǎng)注入補償諧波電流，以抵消負荷所產(chǎn)生的諧波電流的濾波裝置。設負荷電流iL 為方型波，所含的諧波分量為iH ，有源濾波器產(chǎn)生一個與振幅相等、相位相反電流iF ，則與iL 綜合后電流側的電流iS 就變成正弦波。

2.5 系統(tǒng)三相不平衡的解決方法

電力系統(tǒng)三相不平衡的主要原因是單相負荷分配不合理，可以采取以下的應對措施：

1）采用電抗器和電容器組成的電流平衡裝置，在單相負荷較大的一相分別接入純阻性負荷，感性電納、容性電納，使三相負荷達到平衡。

2）采用大容量的平衡變壓器，它具有降壓和換相功能的特殊接線的變壓器。

3）對于不對稱比較嚴重的負荷，盡量接在短路容量較大的系統(tǒng)并采用獨立變壓器供電。

4）加大負荷接入點的短路容量，如提高系統(tǒng)的電壓級別來提高系統(tǒng)承受不平衡負荷的能力。

3 結論

加強電力系統(tǒng)的運行和管理，在實際工作中加大對設備負荷的調查分析力度，經(jīng)常對以上各種指標進行測試，及時發(fā)現(xiàn)問題并做好對電力系統(tǒng)頻率的調整，電壓偏差的調節(jié)，電壓波動和閃變、供電系統(tǒng)三相不平衡、高次諧波的抑制等工作，不僅可以改善和提高電能質量，節(jié)約電能，而且對于企業(yè)的安全生產(chǎn)和提高企業(yè)的經(jīng)濟效益有著十分重要的意義。