石油石化企业电力系统电能质量的分析与探讨

王家山

（中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101）

1 影响石油石化企业电力系统电能质量的因素

提升电能质量，对于石油石化企业而言，主要是确保各电气设备能够正常的工作，运行在额定参数之下，既不会对周围设备产生干扰，又能延长使用寿命。但是现实状态与理想环境存在着很大的差异。为了更好地加强电能质量的控制，就必须对其影响因素进行分析，影响因素主要表现在以下几个方面：

频率偏差。频率偏差是衡量电力系统电能质量的主要指标，主要是由有功功率不平衡引起的；一旦频率出现偏差，就会导致电动机的转速出现变化，进而导致其功率降低并增加励磁电流，导致无功功率增加。我国的工频为50 Hz，国家标准规定，电力系统在正常运行条件下频率偏差限值为±0.2 Hz，系统容量较小时，可放宽至±0.5Hz，超过此限值即为频率偏差超标，会对电力系统和各用电设备产生不利影响。

电压偏差。电力系统运行电压与系统标称电压的偏差相对值即为电压偏差，一般以百分数的形式表示。导致电压偏差的原因较多，主要是电力系统各元件流过故障电流或负荷电流时形成的电压损失。线路、变压器都可产生电压降从而使用电设备端子处的电压往往不同于额定的运行电压，从而出现电压偏差。电压偏差带来诸多不利影响：电压降低之后，将会导致电动机的转矩下降，同时还会增加电流，从而导致电动的线圈发热，最终使得电动机温度上升较快，严重时还会导致电动机被烧毁。电气设备的特性与运行电压之间有的呈线性关系，有的呈平方关系，还有的成立方关系：如同步电动机的最大转矩、异步电动机的启动电流与运行电压之间即为线性关系；异步电动机的启动转矩和最大转矩与运行电压之间即为平方关系，电压降低10%时转矩降低19%，电压升高10%时转矩增大21%；金属卤化物灯的光通量与运行电压之间即为立方关系，电压降低10%时光通量降低27%，电压压升高10%时光通量升高38%。

电压波动和闪变。导致电压波动和闪变的因素主要是电网中的负荷快速的变化和瞬时冲击，往往出现在大型的用电设备启动之后，这就会导致电网电压损耗增加，出现电压波动，从而影响电气设备的正常运行。电压闪变与电压波动的概念类似，不同之处即为闪变是快速的电压波动，两者变化的快慢程度有所不同。

高次谐波。电力系统中得电流、电压波形往往不是标准的正弦波，对其进行傅里叶级数分解，可得到基波（一般为50Hz）和其他频率的波形，不同于基波的波形即为谐波。谐波的产生是由于石油石化企业在生产过程中采用的工业设备往往是非线性的，而且设备数量众多。为了在满足工艺流程控制要求的基础上尽可能地节约电能，往往会采用变频器、整流设备以及交流电焊设备等，这些设备在运行过程中又会生产诸多谐波电流，在电网电阻的作用下形成谐波电压降，最终生成谐波，谐波对差动保护、计量精度、自动装置以及继电保护等均会产生不利影响。

负荷平衡。电力系统经常会出现三相不平衡问题。导致三相不平衡的原因主要是由于三相负荷不对称，单相负荷没有均匀地分布在ABC三相上。三相负荷失衡，不仅会导致电动机效率被降低、有效转矩减小、缩短使用寿命，也会降低变压器的使用率，严重时还会导致线路被烧断，甚至用电设备损毁，不仅影响企业的经济效益，还会影响整个电力系统的安全运行。

2 石油石化企业电力系统电能质量控制措施

2.1 保持系统频率恒定

电力系统频率变化的根源在于有功负荷的变化,如果电力系统的用户负荷剧增，或者出现短路情况,就会导致频率发生变化，电力系统一旦出现频率变化，势必对其安全运行带来影响。为了确保电力系统高效安全的工作，必须在最短的时间内将该部分负荷切除，常用的做法是设置低频减负装置，常见的低频减负装置中包含：①测量频率的原件；②测量时间的元件；③执行元件。一旦电力系统频率降低到频率测量元件的整定值，此时测量元件就会动作，而且将时间元件启动，当将其整定至一定时限之后，执行元件就会动作，同时将装置内安装的各线路负荷切除，当整定的时间满足后，电力系统的频率就会恢复，同时减负装置也会自动的返回。

2.2 抑制系统电压偏差

石油石化企业的供配电系统，不仅具有较长的供电线路，而且变压器的数量较多。如果在电压偏差可能出现之时或者出现的初期，就迅速地介入调节，就能防患于未然。常见的调节电压偏差调节技术主要有：①将电力线路电损降低；②对变压分接头进行调节。其主要原理是在将系统的阻抗合理减少的同时将导线的截面积增加，从而将系统变压集输减少，确保系统的三相平衡。此外，还应设置相应的无功补偿装置，从而有效地将系统抗阻降低，将电压的损失减少到最低。

另一方面，要确保供电电压要符合偏差限值的要求，国家规范GB/T 12325—2008中对不同的系统标称电压（0.22 kV、≤20 kV、≥35 kV）的偏差限值均有明确的规定，确保符合这一规范的规定也是抑制电压偏差的重要方法。

2.3 抑制电压波动与闪变

为了更好地抑制电压波动与闪变，需要在设计过程中有效地区分用电负荷。当用电负荷变化较大时，应确保接线的方式合理性，尤其是大型的电气设备，必须将其单独接地，同时对其供电电压进行科学合理地确定，从而在增加供电容量的同时将系统阻抗减少，尤其是加大系统容量，利用SVC还能有效地抑制电压波动闪变。

国家标准GB/T 12326—2008中对电压波动和闪变的限值均有明确的规定，通过各种手段使电力系统符合这一规定即为满足要求。

2.4 确保系统三相平衡

一是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。二是采用大容量的平衡变压器，它具有降压和换相的功能。三是对于严重不对称负荷，尽量接在短路容量较大的系统并采用独立变压器供电。四是提高系统的电压级别，从而提高系统承受不平衡负荷的能力。

用电设备种类众多，尽量选用三相对称的设备，能从根源上改善这一问题；另外，加装三相不平衡调节装置也是改善这一问题的有效方法。

3 结语

综上所述，影响石油石化企业电力系统电能质量的因素较多较复杂，如能在工程设计之初就加以重视，确保设计文件从根源上保证高质量的用电，能起到事半功倍的效果，结合建设、运行、供电各方面的力量共同确保电力系统安全高效的运行，为石油石化企业的安全生产保驾护航。