LNG接收站电能质量分析及治理措施探讨

中海浙江宁波液化天然气有限公司 徐菲菲 张 雷

液化天然气（LNG）接收站如果接收站突然中断供电时会引起连续性生产过程混乱，需长时间恢复，并可能引起火灾、爆炸、人身伤亡及设备损坏等重大事故或较大经济损失。根据GB-50052《供配电系统设计规范》规定，石化企业通常由双重电源供电，且要求供电系统应连续和稳定运行。目前LNG 接收站的供电电源一般都采用110kV 等级电源，双回路架空线供电。站内的电源供电方式都采用单母分段的接线方式，用母联备自投的方式进行电源切换。在外部电源尽失的情况下，启动事故发电机并断开正常母线段的进线开关，由事故发电机组向厂区内的特别重要负荷提供应急电源。

1 电能质量相关

电能质量指标。由于LNG 接收站设计按8760h/年连续运行考虑，设备基本无检修窗口期，所以优质的电能质量也对设备的可靠性和稳定性提供了基本保证。依据我国现已出台的电能质量评估指标国家标准，对电压偏差、电压波动和闪变、谐波畸变、三相不平衡、频率偏差以及暂态过电压和瞬态过电压的水平分别作出了相关规定，把电能质量各个单项指标划为五个等级，1～3级为电能合格，4、5级为电能不合格。

电能质量扰动源分析。接收站内的主要工艺设备有高低压泵、压缩机、海水泵、鼓风机、变频器等。变频器作为非线性负载，使用中会产生谐波。谐波可能引发谐振现象，导致部分敏感设备因过电流或过电压而损坏。同时也增大了继电保护等安全装置的误动作机率，或使设备因长时间过热运行缩短使用寿命。另外LNG 接收站使用的大功率高压电机的启动过程会对电网电压造成波动。电压波动主要会影响荧光灯，当电压在较大范围内持续波动时有闪烁感。也会对其他异步电动机的电流造成影响，出现过负荷或转速不稳现象，影响寿命。对电子计算机、监控和控制设备也会造成影响。

表1 110kV 电能质量监测数据表

2 电能质量分析

由于采用高压变频器等生产装置会产生谐波，接收站设计时在厂用变内增加了无功功率补偿装置。电气主接线方式为单母线分段，每段补偿电容3600kVar，分四步投（300+600+900+1800），四组电抗器CKSC-18/6-6%，CKSC-36/6-6%，CKSC-54/6-6%，CKSC-108/6-6%。根据2018年12月的电能质量监测数据（表1）发现电压总畸变率、各奇数次谐波电压畸变率、各偶数次谐波电压畸变率、谐波电流等均未超过国标标准的限制值，对照电能质量评估指标表，可划分到电能质量等级1级，可以说110kV 等级的电能质量优质。

针对380V 电压等级进行电能质量检测，采用FLUCK 435系列电能质量分析仪进行测试。如图1所示，可看出电压照明类负荷谐波测试记录，在晚间6点至早上7点间，有3、5、7次谐波，此谐波为大量LED 等非线性负载导致。图2是照明类负荷不平衡测试记录，与谐波增大的时间段一致，有谐波时不平衡电流也增大。

除谐波外，针对大功率高压电机的启动过程会对电网电压造成波动的情况进行电能质量的监测。根据国标GB/T 12326-2008《电能质量-电压波动和闪变》中对波动负荷产生的电力系统公共连接点的电压变动限值进行了规定。高压电机在启动过程中无功冲击负荷会造成电网电压波动，110kV 电压等级下，变动频率10＜r ≤100单个用户引起的系统公共连接点电压波动不得超过1.5%[2]。实际情况是如果有两台大功率电机同时启动，电压波动会超过限制。所以生产装置启停安排就显得尤为重要，合理安排启动顺序，避免两台同时启动的工况。

图1 LNG 接收站内380V 系统电能质量分析测试数据图

图2 照明类负荷不平衡测试数据图

上述都是电力系统正常运行情况下的电能质量监测情况，但由于LNG 接收站来自同一个变电所的同塔双回路架空线供电，可记录的事件仍有雷击和晃电的情况出现，会造成短时的电压暂降。电压暂降主要是由于自然原因和外网故障，虽然出现的次数很少，但是往往影响的设备面大，对生产装置会造成大面积停车，不论是设备的可靠性和恢复生产的经济损失都往往较大。

例如2016年12月4日6点24分进线厚液1847线电流异常，电压降为0，持续时间1.1s。事后故障排除发现当时厚液1847外线线路C 相接地故障，上级变接地距离一段保护动作，动作后自动重合闸重新合闸，厚液1847线1.1s 后重新恢复供电。故障原因是厚液1847架空线受雷击影响。之后12月7日雷击天气，进线厚中1845线在13点56分和14点28分也出现两次晃电事件，影响到了负载交流UPS 和变频器运行，出现熔丝烧毁和断路器分闸保护动作。

3 电能治理措施

首先电能质量分析需掌握供电网络运行状态，对电能质量开展实时监测，在详细分析电能质量数据的基础上，通过相关软件计算与分析排除虚假的谐波干扰，开展合理的设计和改造，除设计和投运前需进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询，运营阶段也要结合运行负荷的特点开展滤波装置或无功补偿装置的调试和现场测试，了解效果并总结经验教训[3]。目前LNG 接收站除电力监控系统外，一般还安装电能能源管理系统，对电能质量进行实时监控，主要是当各指标超限时发出报警提示，更好的掌握电能质量数据，为电能质量分析打好了基础。

第二，LNG 接收站一般都采用单母线分段的接线形式、母联备自投的方式进行电源切换。但备自投动作所需时间较长，即使动作成功电动机也已或接近停止运行，为了在电动机转速开始下降时就能迅速切换至备用电源，从而保证电动机的连续工作，所以引入安装了可快速切换和同期捕捉功能的无扰动快速切换装置，简称快切。快切装置最早应用于发电厂，采用该装置后可提高切换时间，如失去快速切换机会，则装置自动转为同期判别或是残压判别的慢速切换，提高故障时切换的成功率，保障运行设备的安全。经过实践，出现上述110kV 系统晃电的情况下快切装置可快速切换到备用电源，电动机由于机械惯性保持转动，切换动作时间短，不影响电机的连续运行。

第三，除快切装置，LNG 接收站由于全年8760小时连续性生产的要求，还设置有110kV 系统同期装置。在生产运行过程中，因电源故障或上级变电站检修等情况，往往需要进行倒闸操作。首先由生产人员确认故障或检修段的设备停机，再有电仪人员对生产设备进行断电，然后通过母联开关合闸由另一段电源供电。此过程不仅需要中断外输，为了尽快回复生产，还需电仪人员进行大量的倒闸操作及停送电工作。增加同期装置后，在需检修倒闸操作时可直接“合环”操作，不需工艺进行任何作业，无需中断外输，操作简易。也是提高供电可靠性和高质量的一项重要举措。

第四，LNG 接收站内的高压变频器，即使在安装有快切装置的情况下，但在电能质量合格的情况下变频器室敏感负载仍出现变频器停运的情况。在实际运行的情况经验总结下，在变频器的控制电源前端增加30kVA 交流UPS 装置，在二次控制回路中增加了抗“晃电”功能，保证变频器的连续运行。

此外常规的设置无功补偿装置，就地进行无功功率补偿。无功补偿装置可改善电能质量、提高功率因素，这是公认最有效的措施。目前中压6kV 系统和低压400V系统分别都进行了补偿，在总变补偿2x3000kVar，使系统功率因数达到供电局要求的数值0.92。

综上，电能质量治理是一项与时俱进的工作，目前还有零序谐波治理的措施和装置、低压系统设置欠电压再启动功能的微机综合保护装置（MCU）等措施可以进一步研究，持续提供企业稳定生产的能力。