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石化企業電能質量分析
大型石油化工企業，是國民經濟的支柱產業，資源資金技術密集，產業關聯度高，經濟總量大，產品廣泛應用于國民經濟、人民生活、國防科技等各個領域，對促進相關產業升級和拉動經濟增長具有舉足輕重的作用。
我國是石化產品生產和消費大國。進入21世紀以來，石化產業保持快速增長，產業規模不斷擴大，綜合實力逐步提高。工業增加值年均增長20%左右，拉動國民經濟增長約1個百分點。成品油、乙烯、合成樹脂、化肥、農藥等產品產量位居世界前列。
石化企業的生產介質為高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有害、強腐蝕性。生產特點為點多、鏈長、面廣、生產工藝連續性強，自動化程度高，裝置之間關聯程度復雜，涉及的專業和設備種類繁多。
1 石化企業電力系統的特點
（1）工藝的特殊性對供電可靠性要求很高，電力系統稍有不慎就可能引發化工裝置很嚴重的安全事故和很大的環境破壞事故。
（2）企業內部電網一般包括輸電、發電、配電三個環節
（3）配電的可靠性要求非常高
對連續運行的石化企業來說，僅幾個周波的電力系統故障就能造成大量生產裝置停工，甚至引起災難性的后果。(毫秒級、經濟損失－－非計劃停車、誘發安全事故、導致環境污染)。
（4）負荷相對平穩及三相相對平衡
石化企業的負荷是相對平穩的，日負荷曲線的變化很小，生產裝置運行正常后，負荷幾乎數周甚至數月不變。
（5）大型石化企業供電系統容量一般在200ＭＶＡ以上，用電負荷150MW以上。
自發電能力強自備發電機容量一般在200ＭＷ以上；同外電網連接電壓等級高，一般為
（6）異步電動機為主
石化企業的負荷主要是以大型異步電動機拖動的風機、壓縮機以及隔爆或增安型異步電動機拖動的機泵為主。電動機占總用電負荷的85％以上。同時也有少量的同步電機。
（7）一定數量的非線性負荷，如變頻器、UPS、直流電源、整流變壓器、可控硅控制的電加熱器
（8）大型電動機啟動
煉油催化主風機和乙烯聚合造粒機等大型電動機的啟動雖然次數很少，但啟動時間卻較長，對母線電壓影響較大，是大型石化企業供配電系統的關鍵問題之一。
（9）有大量異步電動機的運行，一般采用電力電容器組對其功率因數進行有效的補償。電力電容器組安裝在主變電所、多區域配電所或多區域變電所內。
（10）電力網結構復雜，雙母線或雙母線分段；供電電壓等級多，220kV、110kV、35kV、
10kV、6kV、380V等多個電壓等級；變配電站多而分布很散高壓輸電線路縱橫交錯，電纜配電系統龐大。
（11）化工的用電負荷大部分為一級用電負荷，有相當一部分分為一級負荷中的重要負荷，配備有UPS、EPS或事故柴油發電機作為安保電源。特大型石化企業還配備有用于緊急黑啟動的外部熱備用電源。
2.質量指標
一個理想的電力系統應以恒定的頻率和正弦波形，按規定的電壓水平對用戶供電。在實際情況下，由于電能在輸送過程中受到各種因素的干擾和影響，到達用戶的電壓和頻率會偏離規定值，原本應為正弦波的電能波形也發生畸變。電能質量不僅取決于發電、輸電和配電系統本身，而且伴隨著現代工業化的迅速發展，接入公用電網的半導體換流器和非線性負荷也明顯干擾或降低配電網中的電能質量。
對于電能質量指標，石化行業同其他行業并無特別之處，只是石化裝置對供電要求更為苛刻一些，所以石化供電系統電能質量具有其普遍性的特征。衡量電能質量的主要指標有：
（1）電壓偏差（voltagedeviation）：是電壓下跌(電壓跌落)和電壓上升(電壓隆起）的總稱。
（2）頻率偏差（friquencydeviation）：對頻率質量的要求全網相同，不因用戶而異，對于該項偏差標準都有相關規定。
（3）電壓三相不平衡（unbalance）：表現為電壓的最大偏移與三相電壓的平均值超過規定的標準。
（4）諧波和間諧波（harmonics&inter-hamonics）：含有基波整數倍頻率的正弦電壓或電流稱為諧波。含有基波非整數倍頻率的正弦電壓或電流稱為間諧波，小于基波頻率的分數次諧波也屬于間諧波。
（5）電壓波動和閃變（fluctuation&flicker）：電壓波動是指在包絡線內的電壓的有規則變動，或是幅值通常不超出0.9－1.1倍電壓范圍的一系列電壓隨機變化。閃變則是指電壓波動對照明燈的視覺影響。
3.石化供電系統諧波的產生和抑制。
諧波的產生
在理想的干凈供電系統中，電流和電壓都是正弦波的。在線性元件(電阻、電感及電容)
的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。
在實際的供電系統中，由于有非線性負荷的存在，當電流流過與所加電壓不成線性關系的負荷時，就形成非正弦波電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整數倍或分數倍。
供電網諧波來自三方面：
（1）發電源質量不高產生的諧波
發電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵芯也很難做到絕對平衡從而抑制飽和，發電源在運行時多多少少會產生一些諧波，但一般很少。
（2）.輸配電系統產生諧波
輸配電系統中主要是電力變壓器產生諧波，由于變壓器鐵芯的飽和，磁化曲線的非線性，加上設計變壓器時考慮其經濟性，其工作磁密度選擇在磁化曲線的近飽和段上，實際運行時鐵芯容易進入飽和區，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵芯的飽和程度有關。鐵芯的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達額定電流的0.5%。
（3）石化用電設備產生的諧波
晶閘管整流設備：
石化企業廣泛使用電脫鹽、電除塵、電解槽、電加熱器、開關電源、UPS等許多晶閘管整流設備，給電網造成了大量的諧波。如果整流裝置為單向整流電路，在接感性負載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達基波的30%;如果整流裝置為三相全控橋6脈沖整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器，也有11
次及以上奇次諧波電流。經統計表明：有整流裝置產生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。
變頻裝置：
變頻裝置常用于石化裝置的風機、水泵等驅動設備中，由于采用了相位控制，諧波成分很復雜，除含有整數次諧波外，還含有分數次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調速的發展，對電網造成的諧波也越來越多。
氣體放電光源：
石化行業大量使用的熒光燈、高壓汞燈、高壓納燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源，會給電網造成奇次諧波電流。
3. 造成當前石化行業電能質量問題的主要原因
——電力負荷構成的變化。目前，石化企業大量使用非線性負荷：大規模電力電子應用裝置（節能裝置、變頻設備等）、大功率的電力拖動設備、直流輸出裝置、化工整流設備及其他非線性負荷。
——存在很多快速變化的沖擊性負荷：如大型馬達和馬達群組等。
——大量諧波注入電網含有非線性、沖擊性負荷的新型電力設備在實現功率控制和處理的同時，都不可避免的產生非正弦波形電流，向電網注入諧波電流，使公共連接點的電壓波形嚴重畸變，負荷波動性和沖擊性導致電壓波動、瞬時脈沖等各種電能質量干擾。
4.供電系統中的諧波危害
石化行業電力事故發生的可能性將逐步表現為由電能質量不合格所引起。
（1）增加了發、輸、供和用電設備的附加損耗，使設備發熱，降低設備的效率和利用率。由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數倍，高頻電流流過導體時，因集膚效率的作用，使導體對諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設備功率損耗、電能損耗、使導體的發熱嚴重。
①對電動機的影響
諧波對電動機的危害主要是產生附加損耗和轉矩。由于集膚效應、磁滯、渦流等隨著頻率的增高而使在電動機的鐵芯和繞組中產生的附加損耗增加.諧波電流產生的諧波轉矩對電動機的平均轉矩的影響不大，但諧波會產生顯著的脈沖轉矩，可能出現電機轉軸扭曲振動的問題。這種振蕩力矩是電機的轉子元件發生扭振,會縮短電動機使用壽命，甚至損壞。
②對變壓器的影響
諧波電流式變壓器的銅耗增加，特別是3次及其倍數次諧波對三角形連接的變壓器，會在其繞組中形成環流，使繞組過熱;對全星形連接的變壓器。當繞組中性點接地，而該側電網中分布電容較大或者裝有中性點接地的并聯電容器時。可能成3次諧波諧振，使變壓器附加損耗增加。
③對輸電線路的影響
諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當注入電網的諧波頻率位于在網絡諧振點附近的諧振區內時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。
④對電力電容器的影響
含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網中造成電力諧波諧振，使故障加劇。
（2）影響繼電保護和自動裝置的工作和可靠性
特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統事故，嚴重威脅電力系統的安全運行。
（3）影響電力測量和計量儀器的指示和計量準確性
（4）干擾通訊信息通的工作
電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通信線路中產生干擾電壓，干擾通信系統的工作，影響通信線路通話的清晰度。
（5）對用電設備的危害
諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發生波動變化，并使機內的元件出現過熱，使計算機及數據處理系統出現錯誤。對于帶有啟動鎮流器和提高功率因數用電容器的熒光燈及汞燈來說，會因為在一定參數的配合下，形成某次諧波頻率下的諧振，使鎮流器或電容器因過熱而損壞。對于采用晶閘管的變頻裝置，諧波可能使晶閘管誤動作，或使控制回路誤觸發。
5. 石化供電系統抑制諧波的對策
諧波問題是關系到供電質量的重要問題，為減少石化系統的諧波問題，一般從管理上和技術措施上采取以下幾種方面的對策：
（1）貫徹性有關諧波的國家標準，加強諧波管理
我國于1998年12月14日發布了國家標準GB17625.1-1998《低壓電器及電子設備發出的諧波電流限值(設備諧波輸入電流小于等于16A)》。GB17625.1規定了標準接入公用低壓配電系統中的電氣、電子設備(每相輸出電流小于等于16A)可能產生的諧波的限值。只有經過實驗證實該電子產品注入系統的總體諧波電流水平低于16A的產品才容許接入供電系統。該標準規定了實驗電路和實驗電源的要求、對測量設備的要求和實驗條件的內容。
我國于1993年頒發的國家標準GB/T14549-1993《電能質量公用電網諧波》，該標準考慮了不同諧波源疊加計算的方法，規定了各級電網電壓諧波總畸變率和用戶諸如電網的諧波電流容許值，對限制公用電網中的諧波起到了積極的工作。
石化企業認真貫徹執行有關國家標準關于限制諧波的規定，就能從總體上控制供電系統中的諧波水平，保證供電系統供給優質的電力質量。
（2）三相整流變壓器采用Y/△或△/Y的接線形式，這樣可以消除3的整數倍次的電力諧波，從而使注入電網的諧波電流只有5、7、11……等次諧波
（3）裝設靜止無功補償裝置，對晶閘管控制的大型電動機啟動裝置等非線性設備，由于其負荷是沖擊性的，而且是隨機的，因此宜裝設能吸收動態諧波電流的靜止無功補償裝置，提高供電系統承受諧波的能力。
（4）對于大容量的電力設備，特別是大容量的電容器組，回路內增設限流裝置或串聯電抗器，以抑制電力諧波的產生。
（5）.對容量在100kVA及以上整流裝置和非線性設備的用戶，必須增設分流濾波裝置，就近吸收電力諧波。
（6）增加整流變壓器二次側的相數。
（7）選擇合理的供電電壓，并盡可能保持三相電壓平衡。
總之，電能質量不僅取決于發電、輸電和供電系統本身，而且伴隨著現代工業化的迅速發展，接入公用電網的半導體換流器和非線性負荷也明顯干擾或降低配電網中的電能質量。
電能質量的下降給電力系統和用電設備帶來嚴重的危害。一方面要嚴格限制諧波的發射水平。另一方面還要設法提高設備自身的抗諧波干擾的能力，改善諧波保護性能，做到真正意義上的電磁兼容。
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