[石化电气专题]石化企业电能质量分析

[石化电气专题]石化企业电能质量分析2009-07-011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，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、煤、柴油1.95亿吨，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，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2009～2011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Ⅲ标准，2010年车用柴油全部达到国Ⅲ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进一步提高，建成3－4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，统筹重大项目布局，严格控制炼油乙烯项目新布点。做好新建重大炼油乙烯项目论证和区域环境影响评价等工作。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2－3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)。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200ＭＶＡ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200ＭＷ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异步电动机为主石化企业的负荷主要是以大型异步电动机拖动的风机、压缩机以及隔爆或增安型异步电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。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。电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，通常仅能为本企业提供一定负荷及保安电源。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、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，生产装置会立即停止用汽，各发电动机很难保证此时的稳定运行。通常大型石化企业的热电厂既是企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质量指标一个理想的电力系统应以恒定的频率和正弦波形，按规定的电压水平对用户供电。在实际情况下，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）：表现为电压的昀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&inter-hamonics）：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。（5）电压波动和闪变（fluctuation&flicker）：电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9－1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。3.2六项电能质量国家标准GB/T12325—2003供电电压允许偏差GB/T12326—2000电压波动和闪变GB/T14549—1993公用电网谐波GB/T15543—1995三相电压允许不平衡度GB/T15945—1995电力系统频率允许偏差GB/T18481—2001暂时过电压和瞬态过电压3.3电能质量特点由于电能的特殊性，电能质量有以下几个特点：（1）电能质量的整体性：保证电能质量要靠多方努力。因此要求电力供应方、电力使用方、设备制造商等共同协作，制定统一和可操作的合适质量标准或单独的供电质量协议，或者按电力用户对电能质量的不同要求实行分级控制和管理。（2）电能质量的传播性：电力系统是一个复杂的网络，为电能提供了昀好的传输途径。电能传播速度快，电气污染波及面大，会大大降低相连系统的电能质量。（3）电能质量的动态性：电能从发电生产到用户消耗是一个整体，其流动始终处于动态平衡中，并且随着电网结构和负荷的改变而不断变换。在整个电力系统中，不同时刻、不同地点，电能质量指标往往是不同的，电能质量始终处在动态变换中。（4）电能质量的相关性：电能不易大量存储，其生产、输送、分配和转换过程直至消耗几乎是同时进行的。当系统处在各种运行状态时，电能质量一旦不达标，相关的设备就会受到不同程度的影响。（5）电能质量的潜在性：电能质量扰动复杂多变，事故诱发条件复杂，其质量的下降造成对系统用电设备的损害有时并不立即显现，为安全运行留下了隐患。（6）电能质量的复杂性：电能质量的多个指标作用于同一个系统时，综合给出电能质量的评判标准是非常困难的。目前尚没有一个准确和普遍认可的定量评估计算方法。4稳定石化电网频率的措施4.1频率变化对石化内部电网的影响石化企业大多有热电联产的自备热电站。自备热电站在降低能耗、提高效益及维持企业电网的有功平衡、电压稳定、紧急情况下起到一定的备用电源作用等方面发挥重要作用。但发电机组接入双星型、放射线、互为备用的石化双电网，在其中的一个同外电网解列形成孤网时，因为有频率下降的暂态过程，以及同另外一个健全电网同期问题，使得故障孤网迅速恢复遇到阻碍，延误系统恢复至正常状态的时间。在频率稳定方面，如果石化企业小电网同外电源（可以看成无穷大系统）联接的，那么石化电网的频率同外电网的频率是相同的，频率稳定问题是由大的电力系统去解决。假如因某种原因导致石化企业小电网同外电源解列而成孤网运行，而石化企业内部发电机所发有功功率小于总用电负荷，此时石化孤网的频率将不能稳定在额定频率而下降。系统频率下降---热电站给水泵、给粉机等辅机转速下降——给水泵、给粉机等辅机压力和流量低——进锅炉的燃料和水量少了很多——影响锅炉蒸汽出力下降——导致汽轮进汽量减少——发电机输入轴功率减少——孤网系统的频率进一步下降---恶性循环——昀后导致全系统频率崩溃。在发电机有功容量不足的石化小电网出现孤网的瞬间，根据孤网频率下降幅值及时切除部分负荷，可以有效解决频率稳定问题。根据电力系统稳定性原则而装设的自动低频减载装置是电力系统的第三道防线。DL428《电力系统自动低频减负荷工作技术规定》、DL497-92《电力系统自动低频减负荷工作管理规程》对自动低频减负荷方案制定及管理作出详细规定。频率是电力系统运行的一个重要质量指标，反映了电力系统有功功率的供需平衡状态。当全系统的发电总有功出力满足全系统负荷需求、并能随负荷的变化及时调整时，系统频率将保持额定值。如果总有功功率供大于求，频率上升，反之则下降。（1）频率对汽轮机的影响汽轮机设计时要求共振频率充分躲开额定转速，当转速偏离额定转速时，振动应力随频率偏离额定值的增大而显著增大，叶片安全持续运行时间随振动应力幅值的增大而显著缩短。（2）频率对发电机的影响《汽轮发电机的通用技术条件》GB-7064-86规定：发电机在额定功率因素电压变动