石油石化企業(yè)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的分析與探討

王家山

（中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101）

1 影響石油石化企業(yè)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的因素

提升電能質(zhì)量，對于石油石化企業(yè)而言，主要是確保各電氣設(shè)備能夠正常的工作，運行在額定參數(shù)之下，既不會對周圍設(shè)備產(chǎn)生干擾，又能延長使用壽命。但是現(xiàn)實狀態(tài)與理想環(huán)境存在著很大的差異。為了更好地加強電能質(zhì)量的控制，就必須對其影響因素進行分析，影響因素主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

頻率偏差。頻率偏差是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的主要指標(biāo)，主要是由有功功率不平衡引起的；一旦頻率出現(xiàn)偏差，就會導(dǎo)致電動機的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)變化，進而導(dǎo)致其功率降低并增加勵磁電流，導(dǎo)致無功功率增加。我國的工頻為50 Hz，國家標(biāo)準規(guī)定，電力系統(tǒng)在正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2 Hz，系統(tǒng)容量較小時，可放寬至±0.5Hz，超過此限值即為頻率偏差超標(biāo)，會對電力系統(tǒng)和各用電設(shè)備產(chǎn)生不利影響。

電壓偏差。電力系統(tǒng)運行電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的偏差相對值即為電壓偏差，一般以百分數(shù)的形式表示。導(dǎo)致電壓偏差的原因較多，主要是電力系統(tǒng)各元件流過故障電流或負荷電流時形成的電壓損失。線路、變壓器都可產(chǎn)生電壓降從而使用電設(shè)備端子處的電壓往往不同于額定的運行電壓，從而出現(xiàn)電壓偏差。電壓偏差帶來諸多不利影響：電壓降低之后，將會導(dǎo)致電動機的轉(zhuǎn)矩下降，同時還會增加電流，從而導(dǎo)致電動的線圈發(fā)熱，最終使得電動機溫度上升較快，嚴重時還會導(dǎo)致電動機被燒毀。電氣設(shè)備的特性與運行電壓之間有的呈線性關(guān)系，有的呈平方關(guān)系，還有的成立方關(guān)系：如同步電動機的最大轉(zhuǎn)矩、異步電動機的啟動電流與運行電壓之間即為線性關(guān)系；異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩與運行電壓之間即為平方關(guān)系，電壓降低10%時轉(zhuǎn)矩降低19%，電壓升高10%時轉(zhuǎn)矩增大21%；金屬鹵化物燈的光通量與運行電壓之間即為立方關(guān)系，電壓降低10%時光通量降低27%，電壓壓升高10%時光通量升高38%。

電壓波動和閃變。導(dǎo)致電壓波動和閃變的因素主要是電網(wǎng)中的負荷快速的變化和瞬時沖擊，往往出現(xiàn)在大型的用電設(shè)備啟動之后，這就會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓損耗增加，出現(xiàn)電壓波動，從而影響電氣設(shè)備的正常運行。電壓閃變與電壓波動的概念類似，不同之處即為閃變是快速的電壓波動，兩者變化的快慢程度有所不同。

高次諧波。電力系統(tǒng)中得電流、電壓波形往往不是標(biāo)準的正弦波，對其進行傅里葉級數(shù)分解，可得到基波（一般為50Hz）和其他頻率的波形，不同于基波的波形即為諧波。諧波的產(chǎn)生是由于石油石化企業(yè)在生產(chǎn)過程中采用的工業(yè)設(shè)備往往是非線性的，而且設(shè)備數(shù)量眾多。為了在滿足工藝流程控制要求的基礎(chǔ)上盡可能地節(jié)約電能，往往會采用變頻器、整流設(shè)備以及交流電焊設(shè)備等，這些設(shè)備在運行過程中又會生產(chǎn)諸多諧波電流，在電網(wǎng)電阻的作用下形成諧波電壓降，最終生成諧波，諧波對差動保護、計量精度、自動裝置以及繼電保護等均會產(chǎn)生不利影響。

負荷平衡。電力系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)三相不平衡問題。導(dǎo)致三相不平衡的原因主要是由于三相負荷不對稱，單相負荷沒有均勻地分布在ABC三相上。三相負荷失衡，不僅會導(dǎo)致電動機效率被降低、有效轉(zhuǎn)矩減小、縮短使用壽命，也會降低變壓器的使用率，嚴重時還會導(dǎo)致線路被燒斷，甚至用電設(shè)備損毀，不僅影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，還會影響整個電力系統(tǒng)的安全運行。

2 石油石化企業(yè)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量控制措施

2.1 保持系統(tǒng)頻率恒定

電力系統(tǒng)頻率變化的根源在于有功負荷的變化,如果電力系統(tǒng)的用戶負荷劇增，或者出現(xiàn)短路情況,就會導(dǎo)致頻率發(fā)生變化，電力系統(tǒng)一旦出現(xiàn)頻率變化，勢必對其安全運行帶來影響。為了確保電力系統(tǒng)高效安全的工作，必須在最短的時間內(nèi)將該部分負荷切除，常用的做法是設(shè)置低頻減負裝置，常見的低頻減負裝置中包含：①測量頻率的原件；②測量時間的元件；③執(zhí)行元件。一旦電力系統(tǒng)頻率降低到頻率測量元件的整定值，此時測量元件就會動作，而且將時間元件啟動，當(dāng)將其整定至一定時限之后，執(zhí)行元件就會動作，同時將裝置內(nèi)安裝的各線路負荷切除，當(dāng)整定的時間滿足后，電力系統(tǒng)的頻率就會恢復(fù)，同時減負裝置也會自動的返回。

2.2 抑制系統(tǒng)電壓偏差

石油石化企業(yè)的供配電系統(tǒng)，不僅具有較長的供電線路，而且變壓器的數(shù)量較多。如果在電壓偏差可能出現(xiàn)之時或者出現(xiàn)的初期，就迅速地介入調(diào)節(jié)，就能防患于未然。常見的調(diào)節(jié)電壓偏差調(diào)節(jié)技術(shù)主要有：①將電力線路電損降低；②對變壓分接頭進行調(diào)節(jié)。其主要原理是在將系統(tǒng)的阻抗合理減少的同時將導(dǎo)線的截面積增加，從而將系統(tǒng)變壓集輸減少，確保系統(tǒng)的三相平衡。此外，還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的無功補償裝置，從而有效地將系統(tǒng)抗阻降低，將電壓的損失減少到最低。

另一方面，要確保供電電壓要符合偏差限值的要求，國家規(guī)范GB/T 12325—2008中對不同的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（0.22 kV、≤20 kV、≥35 kV）的偏差限值均有明確的規(guī)定，確保符合這一規(guī)范的規(guī)定也是抑制電壓偏差的重要方法。

2.3 抑制電壓波動與閃變

為了更好地抑制電壓波動與閃變，需要在設(shè)計過程中有效地區(qū)分用電負荷。當(dāng)用電負荷變化較大時，應(yīng)確保接線的方式合理性，尤其是大型的電氣設(shè)備，必須將其單獨接地，同時對其供電電壓進行科學(xué)合理地確定，從而在增加供電容量的同時將系統(tǒng)阻抗減少，尤其是加大系統(tǒng)容量，利用SVC還能有效地抑制電壓波動閃變。

國家標(biāo)準GB/T 12326—2008中對電壓波動和閃變的限值均有明確的規(guī)定，通過各種手段使電力系統(tǒng)符合這一規(guī)定即為滿足要求。

2.4 確保系統(tǒng)三相平衡

一是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。二是采用大容量的平衡變壓器，它具有降壓和換相的功能。三是對于嚴重不對稱負荷，盡量接在短路容量較大的系統(tǒng)并采用獨立變壓器供電。四是提高系統(tǒng)的電壓級別，從而提高系統(tǒng)承受不平衡負荷的能力。

用電設(shè)備種類眾多，盡量選用三相對稱的設(shè)備，能從根源上改善這一問題；另外，加裝三相不平衡調(diào)節(jié)裝置也是改善這一問題的有效方法。

3 結(jié)語

綜上所述，影響石油石化企業(yè)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的因素較多較復(fù)雜，如能在工程設(shè)計之初就加以重視，確保設(shè)計文件從根源上保證高質(zhì)量的用電，能起到事半功倍的效果，結(jié)合建設(shè)、運行、供電各方面的力量共同確保電力系統(tǒng)安全高效的運行，為石油石化企業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護航。