電力系統(tǒng)電能質(zhì)量分析與探討
1影響電能質(zhì)量因素
電能質(zhì)量是指供電電氣設(shè)備在正常情況下不中斷和不干擾用戶的情況下能正常工作,一些因素會使電能波形偏離對稱正弦,由此便產(chǎn)生了電能質(zhì)量問題,影響電能質(zhì)量的主要原因有以下幾種:
1)頻率偏差。它是衡量電能質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。例如,頻率發(fā)生變化可以使異步電動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,導(dǎo)致電動機的功率下降,異步電動機的勵磁電流增加,引起無功功率的增大。
2)電壓偏差。主要是由負(fù)荷電流或故障電流在電力系統(tǒng)各個元件上流過時產(chǎn)生的電壓損失而引起的。對電動機而言,電壓降低會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩下降,電流增加使電動機線圈發(fā)熱引起電動機的溫度上升,嚴(yán)重時甚至燒毀電動機。
3)電壓波動和閃變。電壓的波動和閃變是指在電網(wǎng)中瞬時的變化,是由于負(fù)荷急劇變化沖擊而引起的,如大型電動機的啟動、電弧焊機的使用等。電壓的波動和閃變使電網(wǎng)的電壓損耗相應(yīng)地變動,導(dǎo)致電氣設(shè)備不能正常工作。
4)高次諧波產(chǎn)生與危害。油田和石化企業(yè)的工業(yè)設(shè)備功率大、數(shù)量多,為了節(jié)約電能和滿足工藝流程的控制要求,在生產(chǎn)中使用了大量的各種整流設(shè)備、變頻器、交流電焊機等,這些設(shè)備的運行產(chǎn)生了大量的諧波電流,通過電網(wǎng)在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生諧波電壓降,從而導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生。諧波過電壓對變壓器的差動保護(hù)、線路距離保護(hù)、電能計量精度、通信質(zhì)量、繼電保護(hù)和自動裝置等都有影響。
5)供電系統(tǒng)三相不平衡。供電系統(tǒng)的三相不平衡是由三相負(fù)荷不對稱造成的,如工業(yè)上使用的電弧爐、電焊機,大量的單相負(fù)荷等都會導(dǎo)致三相負(fù)荷的不對稱。電力系統(tǒng)三相不平衡不僅會降低電動機效率,減小有效轉(zhuǎn)矩,而且能縮短電動機壽命,同時還可導(dǎo)致變壓器使用率的下降。三相不平衡負(fù)荷運行還可燒斷線路,或直接燒壞用電設(shè)備,對于用戶影響很大,嚴(yán)重地影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
2提高電能質(zhì)量方法
2.1電力系統(tǒng)頻率調(diào)整
電力系統(tǒng)的頻率變化主要是有功負(fù)荷發(fā)生變化而引起的。在油田、石化企業(yè)電力系統(tǒng)中導(dǎo)致頻率發(fā)生改變的主要是電力系統(tǒng)發(fā)生了短路,或者是用電負(fù)荷突然增加;所以,必須在極短的時間內(nèi)切除部分負(fù)荷有效恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常工作。目前最有效的方法可采用通過設(shè)置低頻減負(fù)裝置瞬間切除非重要負(fù)荷,低頻減負(fù)裝置由頻率測量、時間測量、執(zhí)行元件組成。當(dāng)系統(tǒng)的頻率下降到頻率測量元件的整定值時,測量元件動作同時啟動時間元件。整定到一定的時限后,執(zhí)行元件動作并切除裝置所安裝的線路負(fù)荷;在整定時限到達(dá)之前,待電力系統(tǒng)的頻率恢復(fù)減負(fù)裝置將自動返回。
2.2電壓偏差調(diào)節(jié)
在油田、石化企業(yè)電力用戶的供配電系統(tǒng)中,供電線路長,變壓器數(shù)量多。電壓偏差調(diào)節(jié)應(yīng)考慮從降低電力線路的電壓損失和調(diào)節(jié)變壓器的分接頭兩方面入手,合理減少系統(tǒng)阻抗,增大導(dǎo)線截面或電纜的截面積,減少系統(tǒng)的變壓級數(shù),盡量保持系統(tǒng)三相平衡,設(shè)置無功補償裝置來降低系統(tǒng)阻抗和減少電壓損失。
2.3電壓的波動和閃變抑制
在設(shè)計時對用電負(fù)荷進(jìn)行區(qū)分,對變化較大的用電負(fù)荷采取合理的接線方式。大型電氣設(shè)備需單獨接地,選擇合適的供電電壓,增大供電容量減少系統(tǒng)阻抗,并加大系統(tǒng)短路容量;同時,還可采用靜止無功功率補償裝置(SVC),目前在大慶油田已使用了兩套,對電壓的波動閃變起到了良好的作用。
2.4高次諧波抑制
安裝無源電力諧波濾波器,它由電容器、電抗器和電阻器組成。一般有單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器和高通濾波器。單調(diào)諧濾波器用來濾除低頻單次諧波,雙調(diào)諧濾波器可以同時吸收兩種諧波。在小的容量裝置中可以選擇單調(diào)諧濾波器,在大的容量裝置中可以選擇雙調(diào)諧濾波器。安裝有源電力諧波濾波器,它由靜態(tài)功率變送器構(gòu)成,其主要功能是高次諧波電流的檢測、調(diào)節(jié)和控制,有良好的補償效果和通用性。它也是一種向電網(wǎng)注入補償諧波電流,以抵消負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流的濾波裝置。設(shè)負(fù)荷電流iL為方型波,所含的諧波分量為iH,有源濾波器產(chǎn)生一個與振幅相等、相位相反電流iF,則與iL綜合后電流側(cè)的電流iS就變成正弦波。
2.5系統(tǒng)三相不平衡的解決方法
電力系統(tǒng)三相不平衡的主要原因是單相負(fù)荷分配不合理,可以采取以下的應(yīng)對措施:
1)采用電抗器和電容器組成的電流平衡裝置,在單相負(fù)荷較大的一相分別接入純阻性負(fù)荷,感性電納、容性電納,使三相負(fù)荷達(dá)到平衡。
2)采用大容量的平衡變壓器,它具有降壓和換相功能的特殊接線的變壓器。
3)對于不對稱比較嚴(yán)重的負(fù)荷,盡量接在短路容量較大的系統(tǒng)并采用獨立變壓器供電。
4)加大負(fù)荷接入點的短路容量,如提高系統(tǒng)的電壓級別來提高系統(tǒng)承受不平衡負(fù)荷的能力。
3結(jié)論
加強電力系統(tǒng)的運行和管理,在實際工作中加大對設(shè)備負(fù)荷的調(diào)查分析力度,經(jīng)常對以上各種指標(biāo)進(jìn)行測試,及時發(fā)現(xiàn)問題并做好對電力系統(tǒng)頻率的調(diào)整,電壓偏差的調(diào)節(jié),電壓波動和閃變、供電系統(tǒng)三相不平衡、高次諧波的抑制等工作,不僅可以改善和提高電能質(zhì)量,節(jié)約電能,而且對于企業(yè)的安全生產(chǎn)和提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的意義。
作者:劉江輝 張倩 單位:大慶油田工程有限公司 大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司
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責(zé)任編輯:電力交易小郭
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