石油石化企业电力系统电能质量的分析与探讨

刘江辉 张倩

（1.大庆油田工程有限公司；2.大庆油田有限责任公司天然气分公司）

1 影响电能质量因素

电能质量是指供电电气设备在正常情况下不中断和不干扰用户的情况下能正常工作，一些因素会使电能波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题，影响电能质量的主要原因有以下几种：

1）频率偏差。它是衡量电能质量的一项重要指标。例如，频率发生变化可以使异步电动机的转速发生变化，导致电动机的功率下降，异步电动机的励磁电流增加，引起无功功率的增大。

2）电压偏差。主要是由负荷电流或故障电流在电力系统各个元件上流过时产生的电压损失而引起的。对电动机而言，电压降低会导致转矩下降，电流增加使电动机线圈发热引起电动机的温度上升，严重时甚至烧毁电动机。

3）电压波动和闪变。电压的波动和闪变是指在电网中瞬时的变化，是由于负荷急剧变化冲击而引起的，如大型电动机的启动、电弧焊机的使用等。电压的波动和闪变使电网的电压损耗相应地变动，导致电气设备不能正常工作。

4）高次谐波产生与危害。油田和石化企业的工业设备功率大、数量多，为了节约电能和满足工艺流程的控制要求，在生产中使用了大量的各种整流设备、变频器、交流电焊机等，这些设备的运行产生了大量的谐波电流，通过电网在电网阻抗上产生谐波电压降，从而导致谐波的产生。谐波过电压对变压器的差动保护、线路距离保护、电能计量精度、通信质量、继电保护和自动装置等都有影响。

5）供电系统三相不平衡。供电系统的三相不平衡是由三相负荷不对称造成的，如工业上使用的电弧炉、电焊机，大量的单相负荷等都会导致三相负荷的不对称。电力系统三相不平衡不仅会降低电动机效率，减小有效转矩，而且能缩短电动机寿命，同时还可导致变压器使用率的下降。三相不平衡负荷运行还可烧断线路，或直接烧坏用电设备，对于用户影响很大，严重地影响企业的经济效益。

2 提高电能质量方法

2.1 电力系统频率调整

电力系统的频率变化主要是有功负荷发生变化而引起的。在油田、石化企业电力系统中导致频率发生改变的主要是电力系统发生了短路，或者是用电负荷突然增加；所以，必须在极短的时间内切除部分负荷有效恢复电力系统的正常工作。目前最有效的方法可采用通过设置低频减负装置瞬间切除非重要负荷，低频减负装置由频率测量、时间测量、执行元件组成。当系统的频率下降到频率测量元件的整定值时，测量元件动作同时启动时间元件。整定到一定的时限后，执行元件动作并切除装置所安装的线路负荷；在整定时限到达之前，待电力系统的频率恢复减负装置将自动返回。

2.2 电压偏差调节

在油田、石化企业电力用户的供配电系统中，供电线路长，变压器数量多。电压偏差调节应考虑从降低电力线路的电压损失和调节变压器的分接头两方面入手，合理减少系统阻抗，增大导线截面或电缆的截面积，减少系统的变压级数，尽量保持系统三相平衡，设置无功补偿装置来降低系统阻抗和减少电压损失。

2.3 电压的波动和闪变抑制

在设计时对用电负荷进行区分，对变化较大的用电负荷采取合理的接线方式。大型电气设备需单独接地，选择合适的供电电压，增大供电容量减少系统阻抗，并加大系统短路容量；同时，还可采用静止无功功率补偿装置（SVC），目前在大庆油田已使用了两套，对电压的波动闪变起到了良好的作用。

2.4 高次谐波抑制

安装无源电力谐波滤波器，它由电容器、电抗器和电阻器组成。一般有单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器。单调谐滤波器用来滤除低频单次谐波，双调谐滤波器可以同时吸收两种谐波。在小的容量装置中可以选择单调谐滤波器，在大的容量装置中可以选择双调谐滤波器。

安装有源电力谐波滤波器，它由静态功率变送器构成，其主要功能是高次谐波电流的检测、调节和控制，有良好的补偿效果和通用性。它也是一种向电网注入补偿谐波电流，以抵消负荷所产生的谐波电流的滤波装置。设负荷电流iL 为方型波，所含的谐波分量为iH ，有源滤波器产生一个与振幅相等、相位相反电流iF ，则与iL 综合后电流侧的电流iS 就变成正弦波。

2.5 系统三相不平衡的解决方法

电力系统三相不平衡的主要原因是单相负荷分配不合理，可以采取以下的应对措施：

1）采用电抗器和电容器组成的电流平衡装置，在单相负荷较大的一相分别接入纯阻性负荷，感性电纳、容性电纳，使三相负荷达到平衡。

2）采用大容量的平衡变压器，它具有降压和换相功能的特殊接线的变压器。

3）对于不对称比较严重的负荷，尽量接在短路容量较大的系统并采用独立变压器供电。

4）加大负荷接入点的短路容量，如提高系统的电压级别来提高系统承受不平衡负荷的能力。

3 结论

加强电力系统的运行和管理，在实际工作中加大对设备负荷的调查分析力度，经常对以上各种指标进行测试，及时发现问题并做好对电力系统频率的调整，电压偏差的调节，电压波动和闪变、供电系统三相不平衡、高次谐波的抑制等工作，不仅可以改善和提高电能质量，节约电能，而且对于企业的安全生产和提高企业的经济效益有着十分重要的意义。