关于输油管道电力系统电能质量影响的探讨

王昊

中国石化销售股份有限公司华北分公司，中国·天津 300384

1 引言

电能质量（Power Quality）是指导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。

2 电能质量概念

电能质量包括四个方面的相关术语和概念：电压质量（Voltage quality）即用实际电压与额定电压间的偏差（偏差含电压幅值，波形和相位的偏差），反映供电企业向用户供给的电力是否合格；电流质量（Current quality）即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求，并使电流波形与供电电压同相位，以保证系统以高功率因数运行。

3 电能质量标准

电能质量标准分5 大类13 个指标，具体如下：

①频率偏差：包括在互联电网和孤立电网中的两种；②电压幅值：慢速电压变化（即电压偏差）、快速电压变化（电压波动和闪变）、电压暂降（是由于系统故障或干扰造成用户电压短时间（10ms～lmin）内下降到90%的额定值以下，然后又恢复到正常水平，会使用户的次品率增大或生产停顿）、短时断电（又称电压中断，是由于系统故障跳闸后造成用户电压完全丧失（3min，电压中断使用户生产停顿，甚至混乱）、长时断电、暂时工频过电压、瞬态过电压；③电压不平衡；④电压波形：谐波电压、间谐波电压（由较大的波动或冲击性非线性负荷引起，如大功率的交一交变频，间谐波的频率不是工频的整数倍，但其危害等同于整数次谐波）；⑤信号电压（在电力传输线上的高频信号，用于通信和控制）。

《电能质量电力系统频率允许偏差》中规定：电力系统频率偏差允许值为0.2Hz。当系统容量较大时，偏差值可放宽到+0.5Hz～-0.5Hz，标准中并没有说明系统容量大小的界限，而在《全国供用电规则》中有规定：“供电局供电频率的允许偏差：电网容量在3GW 及以下者为0.2Hz；电网容量在3GW 以上者为0.5Hz。”实际运行中，中国务跨省电力系统频率都保持在+0.1Hz～-0.1Hz 的范围内，这点在电网质量中最有保障[1]。

4 电能质量污染的治理

4.1 SVC 装置

近些年来发展起来的SVC 装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在非线性、冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。SVC 由可控支路和固定（或可变）电容器支路并联而成，主要有几种型式：①可控硅阀控制空芯电抗器型（称TCR 型）SVC，它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它具有反应时间快（5～20ms）、运行可靠、无级补偿、分相调节、能平衡有功、适用范围广、价格便宜等优点。②可控硅阀控制高阻抗变压器型（TCT 型），优点与TCR 型差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些[2]。由于有油，要求一级防火，只宜布置在一层平面或户外，容量在30Mvar 以上时价格较贵，不能得到广泛采用。③可控硅开关控制电容器型（TSC）：分相调节、直接补偿、装置本身不产生谐波、损耗小，但是它是有级调节，综合价格比较高。

4.2 无源滤波装置

该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于SVC 的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。

①单调谐滤波器：一阶单调谐滤波器的优点是滤波效果好、结构简单；缺点是电能损耗比较大，但随着品质因数的提高而减少，同时又随谐波次数的减少而增加，而电炉正好是低次谐波，主要是2～7 次，因此，基波损耗较大。二阶单调谐滤波器当品质因数在50 以下时，基波损耗可减少20%～50%，属节能型，滤波效果等效。

②高通（宽频带）滤波器，一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时，对5 次以上起滤波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。

4.3 有源滤波器

虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器，利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。

4.4 系统化综合补偿技术

系统化综合补偿技术是解决电能质量问题的“治本”途径。对于稳态时的电压质量问题有许多成熟的措施加以解决；但对于动态电能质量问题，依靠传统的无功补偿和常规的滤波装置则不能有效地解决，因为诸如电压跌落（sags）、浪涌（surge）、电压脉冲（impulse）与瞬时供电中断（outage）这类电能质量问题持续的时间很短、变化很快，并且有的电能质量问题还伴随着部分甚至全部的有功损失等情形。作为FACTS（基于电力电子技术的灵活交流输电系统）技术与配电系统应用的延伸——DFACTS 技术已成为改善电能质量的有力工具，该技术的核心器件IGCT，它比GTO 具有更快的开关频率，并且关断容量已达到一定规模，因此DFACTS 装置具有更快的响应特性。目前DFACTS 装置主要有：动态电压恢复器（DVR）、配电系统用静止无功补偿器（D-STATCOM）、固态切换开关（SSTS）等[3]。STATCOM在SVC 装置基础上，克服了由于呈恒阻抗特性，使得在电压低时，无法提供所需的无功支持，应付突发事件的能力较弱；而且占地面积大，过多的SVC 易引发系统振荡的弊端，STATCOM 的无功电流输出可在很大电压变化范围内恒定，在电压低时仍能提供较强的无功支撑，并且可从感性到容性全范围内连续调节，使得其无功输出相当于同容量SVC的1.4～2倍；因STATCOM 的灵活调压，还可以大大减少变压器分接头的切换次数，从而减少分接头故障次数，另外，STATCOM 还可以抑制电压闪变，提高系统暂态稳定水平，结合中国的国情和已有的技术，发展STATCOM 应是解决中国电压稳定问题的有效手段，并且也是DFACTS 技术发展的主要方向。

5 结语

随着电力电子与信息技术在石化各个领域的渗透应用，一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高，电能质量已成为长输管道输油站等用户关心的课题。当今威胁信息电力质量的主要干扰除了谐波、电压波动外，更多为人们所关注的将是电压暂降和短时断电、电压闪变等动态电能质量问题；我们应因地制宜，对症下药，在深入调研、现场实测、试验研究的基础上，运用FACTS 和电力新技术对电能质量进行系统化地综合补偿，这将是今后解决电能质量问题的最根本途径。