石油石化企業電力系統電能質量的分析與探討

王家山

（中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101）

1 影響石油石化企業電力系統電能質量的因素

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

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

電壓偏差。電力系統運行電壓與系統標稱電壓的偏差相對值即為電壓偏差，一般以百分數的形式表示。導致電壓偏差的原因較多，主要是電力系統各元件流過故障電流或負荷電流時形成的電壓損失。線路、變壓器都可產生電壓降從而使用電設備端子處的電壓往往不同于額定的運行電壓，從而出現電壓偏差。電壓偏差帶來諸多不利影響：電壓降低之后，將會導致電動機的轉矩下降，同時還會增加電流，從而導致電動的線圈發熱，最終使得電動機溫度上升較快，嚴重時還會導致電動機被燒毀。電氣設備的特性與運行電壓之間有的呈線性關系，有的呈平方關系，還有的成立方關系：如同步電動機的最大轉矩、異步電動機的啟動電流與運行電壓之間即為線性關系；異步電動機的啟動轉矩和最大轉矩與運行電壓之間即為平方關系，電壓降低10%時轉矩降低19%，電壓升高10%時轉矩增大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。導致電壓波動和閃變的因素主要是電網中的負荷快速的變化和瞬時沖擊，往往出現在大型的用電設備啟動之后，這就會導致電網電壓損耗增加，出現電壓波動，從而影響電氣設備的正常運行。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。電力系統中得電流、電壓波形往往不是標準的正弦波，對其進行傅里葉級數分解，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。諧波的產生是由于石油石化企業在生產過程中采用的工業設備往往是非線性的，而且設備數量眾多。為了在滿足工藝流程控制要求的基礎上盡可能地節約電能，往往會采用變頻器、整流設備以及交流電焊設備等，這些設備在運行過程中又會生產諸多諧波電流，在電網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生不利影響。

負荷平衡。電力系統經常會出現三相不平衡問題。導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，不僅會導致電動機效率被降低、有效轉矩減小、縮短使用壽命，也會降低變壓器的使用率，嚴重時還會導致線路被燒斷，甚至用電設備損毀，不僅影響企業的經濟效益，還會影響整個電力系統的安全運行。

2 石油石化企業電力系統電能質量控制措施

2.1 保持系統頻率恒定

電力系統頻率變化的根源在于有功負荷的變化,如果電力系統的用戶負荷劇增，或者出現短路情況,就會導致頻率發生變化，電力系統一旦出現頻率變化，勢必對其安全運行帶來影響。為了確保電力系統高效安全的工作，必須在最短的時間內將該部分負荷切除，常用的做法是設置低頻減負裝置，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執行元件。一旦電力系統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，當將其整定至一定時限之后，執行元件就會動作，同時將裝置內安裝的各線路負荷切除，當整定的時間滿足后，電力系統的頻率就會恢復，同時減負裝置也會自動的返回。

2.2 抑制系統電壓偏差

石油石化企業的供配電系統，不僅具有較長的供電線路，而且變壓器的數量較多。如果在電壓偏差可能出現之時或者出現的初期，就迅速地介入調節，就能防患于未然。常見的調節電壓偏差調節技術主要有：①將電力線路電損降低；②對變壓分接頭進行調節。其主要原理是在將系統的阻抗合理減少的同時將導線的截面積增加，從而將系統變壓集輸減少，確保系統的三相平衡。此外，還應設置相應的無功補償裝置，從而有效地將系統抗阻降低，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，國家規范GB/T 12325—2008中對不同的系統標稱電壓（0.22 kV、≤20 kV、≥35 kV）的偏差限值均有明確的規定，確保符合這一規范的規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，需要在設計過程中有效地區分用電負荷。當用電負荷變化較大時，應確保接線的方式合理性，尤其是大型的電氣設備，必須將其單獨接地，同時對其供電電壓進行科學合理地確定，從而在增加供電容量的同時將系統阻抗減少，尤其是加大系統容量，利用SVC還能有效地抑制電壓波動閃變。

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

2.4 確保系統三相平衡

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并采用獨立變壓器供電。四是提高系統的電壓級別，從而提高系統承受不平衡負荷的能力。

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

3 結語

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