石化企业电能质量分析

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1、石化企业电能质量分析石化企业电能质量分析本文由 lyyl_21cn 贡献pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。石化电气专题石化企业电能质量分析2009-07-01 1 石油化工的行业背景 1.1 行业背景 大型石油化工企业，是国民经济的支柱产业，资源资金技术密集，产业关联度高，经济 总量大，产品广泛应用于国民经济、人民生活、国防科技等各个领域，对促进相关产业升级 和拉动经济增长具有举足轻重的作用。 我国是石化产品生产和消费大国。进入 21 世纪以来，石化产业保持快速增长，产业规 模不断扩大，综合实力逐步提高。工业增加值年均增长 20%左右，

2、拉动国民经济增长约 1 个百分点。成品油、乙烯、合成树脂、化肥、农药等产品产量位居世界前列。相继建成了 14 个千万吨级炼油、3 个百万吨级乙烯生产基地。 石化工业的规模实现跨越式发展，我国跻身于世界石化生产大国的前列。2007 年，我 国炼油能力 4.2 亿吨年，乙烯能力 998.5 万吨年，合成树脂能力 3300 万吨年，合成橡 胶能力 165.8 万吨年，均居世界第二位；合成纤维能力 2674 万吨年，居世界第一位。 2007 年实际加工原油 3.27 亿吨， 生产汽、 柴油 1.95 亿吨， 煤、 乙烯产量达 1027.8 万吨。 2007 年乙烯当量消费量为 2112 万吨，需求满足

3、率为 48.7%。我国是世界第六大石油生产国和第 二大石油消费国。2007 年原油产量 18666 万吨，石油消费量 37073 万吨。2007 年石油净进 口量达 18348 万吨，石油对外依存度为 49.5%。 石化企业的生产介质为高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害、强腐蚀性。生产特点为 点多、链长、面广、生产工艺连续性强，自动化程度高，装置之间关联程度复杂，涉及的专 业和设备种类繁多。 石化生产以石油为原料，原油占总成本的 90，产品有：汽油、柴油、航空煤油、石 脑油、液化气、石油焦、沥青、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯等五十多个；年产值巨大，以广州 石化为例，2008 年的产值为 525 亿元

4、，平均每天有 1.438 亿的产品被生产出来并销售出厂. 1.2 国务院石化产业调整和振兴规划规划目标 20092011 年，石化产业保持平稳较快增长。经过三年调整和振兴，到 2011 年，产业 结构趋于合理，发展方式明显转变，综合实力显著提高。 （1）产量保持稳步增长。到 2011 年，原油加工量达到 40500 万吨，成品油、乙烯产量 分别达到 24750 万吨、1550 万吨。化肥产量达到 6250 万吨，钾肥产量达到 400 万吨，高浓 度化肥比重提高到 80%；在原料产地生产的化肥比重提高到 60%。 （2）产品结构显著改善。2009 年车用汽油全部达到国标准，2010 年车用柴油全

5、部达 到国标准，2011 年轻质油品收率达到 75%，高端石化产品自给率明显提高。 （3）技术进步明显加快。丁基橡胶等产业化技术取得突破，千万吨级以上炼油、百万吨级乙烯、大型粉煤制合成氨等成套技术装备实现本地化，煤制油、烯烃、乙二醇等示范工 程建成投产。 （4）节能减排取得成效。到 2011 年，石化产业单位工业增加值能耗下降 12%以上，污 水、二氧化硫和粉尘等污染物排放量减少 6%以上，吨原油加工耗标准油低于 63 千克，吨 乙烯耗标准油低于 640 千克，吨氨综合能耗低于 1.8 吨标准煤。 （5）产业布局趋于合理。成品油“北油南运”的状况得到改善。长三角、珠三角、环渤 海地区产业集聚度

6、进一步提高，建成 34 个 2000 万吨级炼油、200 万吨级乙烯生产基地。 （6）抓紧组织实施好“十一五”规划内在建的 6 套炼油、8 套乙烯装置重大项目，力争 2011 年全部建成投产。在现有基础上，通过实施上述项目，形成 20 个千万吨级炼油基地、 11 个百万吨级乙烯基地。炼油和乙烯企业平均规模分别提高到 600 万吨和 60 万吨。 （7）统筹重大项目布局。 坚持保护生态环境、发展循环经济、立足现有企业、靠近消费市场、方便资源吞吐、淘 汰落后产能的原则，按照一体化、园区化、集约化、产业联合的发展模式，统筹重大项目布 做好新建重大炼油乙烯项目论证和区域环境影响评价等 局， 严格控制炼

7、油乙烯项目新布点。 工作。近期重点做好利用境外资源在国内合作加工的炼化项目前期工作，选择 23 个条件 好的现有大型炼化企业进行扩建。 结合中缅原油管线的进展情况， 适时开展西南地区炼化项 目的布局研究。 2 石化企业的电力系统的特点 2.1 工艺的特殊性对供电可靠性要求很高，电力系统稍有不慎就可能引发化工装置很严 重的安全事故和很大的环境破坏事故。 2.2 企业内部电网一般包括输电、发电、配电三个环节 2.3 配电的可靠性要求非常高 对连续运行的石化企业来说，仅几个周波的电力系统故障就能造成大量生产装置停工， 甚至引起灾难性的后果。(毫秒级、经济损失非计划停车、诱发安全事故、导致环境污 染)

8、。 2.4 负荷相对平稳及三相相对平衡 石化企业的负荷是相对平稳的，日负荷曲线的变化很小，生产装置运行正常后，负荷几 乎数周甚至数月不变。 2.5 大型石化企业供电系统容量一般在 200以上，用电负荷 150MW 以上。 自发电能力强自备发电机容量一般在 200以上；同外电网连接电压等级高，一般为220kV，联络回路数为 2 个及以上。 2.6 异步电动机为主 压缩机以及隔爆或增安型异步电 石化企业的负荷主要是以大型异步电动机拖动的风机、 动机拖动的机泵为主。电动机占总用电负荷的 85以上。同时也有少量的同步电机。 2.7 一定数量的非线性负荷，如变频器、UPS、直流电源、整流变压器、可控硅控

9、制的 电加热器 2.8 大型电动机启动 炼油催化主风机和乙烯聚合造粒机等大型电动机的启动虽然次数很少， 但启动时间却较 长，对母线电压影响较大，是大型石化企业供配电系统的关键问题之一。 电 2.9 有大量异步电动机的运行， 一般采用电力电容器组对其功率因数进行有效的补偿。 力电容器组安装在主变电所、多区域配电所或多区域变电所内。 2.10 电力网结构复杂，双母线或双母线分段；供电电压等级多，220kV、110kV、35kV、 10kV、6kV、380V 等多个电压等级；变配电站多而分布很散高压输电线路纵横交错，电缆 配电系统庞大。2.11 化工的用电负荷大部分为一级用电负荷，有相当一部分分为一

10、级负荷中的重要负 荷，配备有 UPS、EPS 或事故柴油发电机作为安保电源。特大型石化企业还配备有用于紧急 黑启动的外部热备用电源。 2.12 新建的石化电网自动化水平高，继电保护配置先进 2.13 有企业自备热电厂 大型石化企业都具有企业自己的热电厂， 其规模与企业的规模及地域的需求有关， 有些 通常仅能为本企业提供一 规模大的热电厂除满足本企业的用电需求外还可向电力系统售电， 定负荷及保安电源。 石化企业的热电厂的主要作用是为企业内供汽， 因此汽轮机多以背压式、 生产装置 抽汽背压式或抽汽凝汽式为主。 一旦电力系统发生故障造成石化企业大面积停电， 通常大型石化企业的热电厂既是企 会立即停止

11、用汽， 各发电动机很难保证此时的稳定运行。 业供配电系统的中心。 3 石化供电系统电能质量指标及分析 3.1 质量指标 按规定的电压水平对用户供电。 在实 一个理想的电力系统应以恒定的频率和正弦波形， 际情况下， 由于电能在输送过程中受到各种因素的干扰和影响， 到达用户的电压和频率会偏 离规定值，原本应为正弦波的电能波形也发生畸变。电能质量不仅取决于发电、输电和配电系统本身， 而且伴随着现代工业化的迅速发展， 接入公用电网的半导体换流器和非线性负荷 也明显干扰或降低配电网中的电能质量。 对于电能质量指标， 石化行业同其他行业并无特别之处， 只是石化装置对供电要求更为 苛刻一些，所以石化供电系统

12、电能质量具有其普遍性的特征。衡量电能质量的主要指标有： （1）电压偏差（voltagedeviation） ：是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起）的总 称。 （2）频率偏差（friquencydeviation） ：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，对 于该项偏差标准都有相关规定。 （3）电压三相不平衡（unbalance） ：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过 规定的标准。 （4）谐波和间谐波（harmonics如果整流装置为三相全控桥 6 脉冲 整流器，变压器原边及供电线路含有 5 次及以上奇次谐波电流;如果是 12 脉冲整流器，也有 11 次及以上奇次谐波电流。经统

13、计表明：有整流装置产生的谐波占所有谐波的近 40%，这 是最大的谐波源。 变频装置： 变频装置常用于石化装置的风机、水泵等驱动设备中，由于采用了相位控制，谐波成分 很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调 速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。 气体放电光源： 石化行业大量使用的荧光灯、 高压汞灯、 高压纳灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电 光源，会给电网造成奇次谐波电流。 6.2 造成当前石化企业电能质量问题主要原因 电力负荷构成的变化。目前，石化企业大量使用非线性负荷：大规模电力电子应用 、大功率的电力拖动设备、直流输出装置、化工整流设备及 装置（节

14、能装置、变频设备等） 其他非线性负荷。存在很多快速变化的冲击性负荷：如大型马达和马达群组等。 冲击性负荷的新型电力设备在实现功率控制和处理 大量谐波注入电网含有非线性、 的同时，都不可避免的产生非正弦波形电流，向电网注入谐波电流，使公共连接点的电压波 形严重畸变，负荷波动性和冲击性导致电压波动、瞬时脉冲等各种电能质量干扰。6.3 供电系统中的谐波危害 石化行业电力事故发生的可能性将逐步表现为由电能质量不合格所引起。 （1）增加了发、输、供和用电设备的附加损耗，使设备发热，降低设备的效率和利用 率。由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效率的作用， 使导体对谐波电流的有

15、效电阻增加，从而增加了设备功率损耗、电能损耗、使导体的发热严 重。 对电动机的影响 谐波对电动机的危害主要是产生附加损耗和转矩。由于集肤效应、磁滞、涡流等随着频 率的增高而使在电动机的铁芯和绕组中产生的附加损耗增加.谐波电流产生的谐波转矩对电 动机的平均转矩的影响不大， 但谐波会产生显著的脉冲转矩， 可能出现电机转轴扭曲振动的 问题。这种振荡力矩是电机的转子元件发生扭振,会缩短电动机使用寿命，甚至损坏。 对变压器的影响 特别是 3 次及其倍数次谐波对三角形连接的变压器， 会 谐波电流式变压器的铜耗增加， 在其绕组中形成环流，使绕组过热;对全星形连接的变压器。当绕组中性点接地，而该侧电 可能成

16、3 次谐波谐振， 使变压器附 网中分布电容较大或者装有中性点接地的并联电容器时。 加损耗增加。 对输电线路的影响 谐波电流使输电线路的电能损耗增加。 当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的 谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。 对电力电容器的影响 由于电容器对电力谐波阻抗很小， 谐波电流叠 含有电力谐波的电压加在电容器两端时， 加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆 炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。 （2）影响继电保护和自动装置的工作和可靠性 电力谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动， 使其 特别对于电磁式继电器来说， 动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。（3）影响电力测量和计量仪器的指示和计量准确性 （4）干扰通讯信息通的工作 电力线路上流过的幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合时， 会在邻近电力线的通 信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，影响通信线路通话的清晰度。