辽宁省石化职业技术学院南校区电气实践报告

辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 1 页 共 32 页 辽宁省石化职业技术学院南校区电气实践报告 前言 本实践报告是变电所电气部分设计。它主要包括变电所负荷的计算及无功功率的补偿；供电方案的选择；短路电流计算；电气设备的选择。其中供电方案的选择是电气设计中最为重要的一环，文中通过对两种主接线的经济性、可靠性以及优缺点的比较，得出最适合本所要求的主接线；短路计算是设备选择的基础，短路点的选择，以及元件参数的计算，每一步都需要严密、谨慎，不能有一丝一毫的马虎大意，否则可能对设备的选择造成极大的影响；电气设备主要是针对高压电气设备而言，（包括母线、高压断路器、隔离开关 、电流互感器、电压互感器等）。 通过这次实践使我理论联系实际学到了许多书本上没有的知识。 实习单位： 中国石油锦州石化公司 本人于 2012年十月份开始到中国石油锦州石化公司进行实习。在热电厂进行学习工作。锦州石化公司是中国石油天然气股份有限公司下属的炼油化工骨干企业。地处辽西走廊，南临渤海湾，所在的锦州市是辽西地区的中心城市，京沈、京哈、京大铁路和京沈高速公路通过市区，海、陆、空交通十分便利。 公司前身始建于 1938 年，生产出新中国第一滴人造石油、第一块合成顺丁橡胶，是我国顺丁橡胶成套生产技术诞生地和润滑油添 加剂的科研生产基地。公司特色产品有异丙醇、针状焦、煅烧焦、润滑油添加剂、稀土顺丁橡胶等。公司原油加工能力接近 650 万吨/年，现有生产装置 85套。现有员工一万余人，其中专业技术人员总数三千余人。公司重视并积极加强企业文化建设，确定“以人为本、尊重科学、不懈努力、永不满足”的管理哲学，树立“尊重、爱护、发挥、发展”的人才理念；逐步形成了良好的内外部发展环境。 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 2 页 共 32 页 实习目的： 实习是学生大学学习中的实践环节。实习是每一个大学毕业生必须拥有的一段经历，它使我们在实践中了解社会，让我们学到了很多在课堂上根本就学不到的知识 ，也打开了视野，增长了见识，为我们以后进一步走向社会打下坚实的基础。通过实习是我第一次更直接接触企业，进一步了解企业实际，全面深刻地认识企业的实际运营过程、活动过程中存在的问题和改革的难点问题，并通过撰写实践报告，使我学会综合应用所学知识，提高分析和解决企业问题的能力，能更好的走进社会并融入社会，通过理论联系实际，巩固所学的知识，提高处理实际问题的能力，为实践报告的顺利进行做好充分的准备，并为自己能顺利与社会环境接轨做准备，深入了解社会并运用社会，创造应有的价值。并查阅资料为实践报告作准备。 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 3 页 共 32 页 第一章 负荷计算与无功功率补偿 厂计算负荷的确定 逐级计算法确定工厂的计算负荷 逐级计算法是指从工厂的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算负荷为止。一般工业企业的供电系统如图 1 图 1负荷计算用供电系统图 确定用电设备组的计算负荷 先将车间用电设备按工作制不同分为若干组，求出各用电设备组的设备容量视具体情况用需要系数法或二项式系数法确定各用电设备组的计算负荷，如上图中 1 点（以下各点负荷均与此表示方法类同。 确定车间变压器低压母线上的计算负荷 如上图中的 2 点，将各低压用电设备组的计算负荷总和乘以同时系数1K, 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 4 页 共 32 页 若在车间变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器，其容量为2减去无功补偿容量，即 确定车间变压器高压侧的计算负荷 如上图 3 点，将变压器低压侧的计算负荷加上该变压器的功率损耗（ 2、 2），即得变压器高压侧的计算负荷，即 该负荷值用于选择车间变电所高压侧进线导线截面。 若求计算负荷时车间变压器的容量和型号尚未确定， 、 的近似公式进行计算。 确定车间变电所高压母线上的计算负荷 当车间变电所的高压母线上接有多台电力变压器时，将车间变压器高压侧计算负荷相加， P Q 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 5 页 共 32 页 确定总降压变电所出线上的计算负荷 可得到总降压变电所 610由于工厂厂区范围不大，且高压线路中电流较小，故在高压线路中产生的功率损耗较小，在负荷计算中可以忽略不计，所以有 P Q S 确定总降压变电所低压母线上的计算负荷 将总降压变电所各 610线上的计算负荷（加后乘以相同系数 2K ， 如果根据技术经济比较结果，决定在总降压变电所 610次母线侧采用高压电容器进行无功功率补偿，减去无功功率补偿容量6 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 6 页 共 32 页 确定全厂总计算负荷 将总降压变电所低压母线上 的计算负荷（上主变压器的功率损耗（ 1、 1），即可求得工厂总的计算负荷， 为申请用电之用。 需要系数法确定全厂的计算负荷 将全厂用电设备的总容量不包括备用设备容量）乘以工厂需要系数可得到全厂的有功计算负荷30P， 即 30式中， 然后再根据工厂的功率系数，求出全厂的无功计算负荷30 年产量估算企业的计算负荷 将工厂年产量 A 乘以单位产品耗电量 a ，即可得工厂的年耗电量，即 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 7 页 共 32 页 求出年耗电量后，除以工厂的年最大负荷利用小时数，就可求得工厂的有功计算负荷，即 各类工厂的单位产品耗电量和年最大负荷利用小时数可查有关设计手册。 厂的功率因数与无功功率补偿 厂的功率因数 瞬时功率因数 瞬时功率因数是指某一瞬间的功率因数，可由功率因数表 (相位表 )直接读出，或由电压表、电流表和功率表在同一时刻的读数按下式求出： 式中， P 为功率表读数（ U 为电压表读数（ I 为电流表读数（ A）。 瞬时功率因数用来了解和分析工厂或车间无功功率的变化情况，以便采取相应的补偿措施，并为今后进行同类设计提供参考资料。 均权 功率 因数 均权 功率 因数是指在某一规定时间内功率因数的平均值，可根据有功电能表和无功电能表的读数按下式进行计算： 22c o 式中， 某一时间内消耗的有 功电能（ h）；q h）。 最大负荷时的功率因数 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 8 页 共 32 页 最大负荷时的功率因数是指在负荷计算中按有功计算负荷30 3030P我国供电营业规则规定： 100 及以上高压供电用户，其功率因数不应低于 他电力用户的功率因数不应低 于 达不到以上要求，应装设必要的无功补偿设备，否则要加收电费。这里所指的功率因数，即为最大负荷时的功率因数。 功功率补偿 由于一般的企业都存在着大量的感性负荷，如感应电动机、变压器、电抗器、电焊机等，因此工厂供电系统除要供给有功功率外，还需要供给大量的无功功率。然而，在供电系统输送的有功功率一定的情况下，无功功率增大，将使负载的功率因数降低，从而使电力系统内电气设备的容量不能得到充分利用，并增加输电线路的功率因数损耗、电能损耗及电压损耗，严重影响用户的电压质量。为此，必须设法提高用户 的功率因数。 提高功率因数的方法 提高功率因数的方法很多，可分为两大类，即提高自然功率因数的方法和功率因数的人工补偿法。 提高自然功率因数的方法 不加任何补偿设备，采取措施减少供电系统中无功功率的需要量。 提高功率因数的补偿法 用户在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、采用提高自然功率因数的措施后仍不能达到规定的功率因数要求时，必须考虑装设无功功率补偿设备对功率因数进行人工补偿。根据补偿的无功功率性质，可分为稳态无功补偿设备和动态无功补偿设备两大类。 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 9 页 共 32 页 第二章 供电方案的确定 电电压的选择 出方案 由于地区变电所仅能提供 35 10的一种电压，所以将两种电压的优缺点扼要分析如下。 方案一：采用 35压供电的特点 供电电压较高，线路的功率损耗及电能损耗小，年运行费用较低； 电压损失小，调压问题容易解决； 对 以减少提高功率因数补偿设备的投资； 需建设总降压变电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积； 根据运行统计数据， 35空线路的故障比率比 10空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高；有利于工厂进一步扩展 。 方案二：采用 10压供电的特点 不需投资建设工厂总降压变电所，并少占土地面积； 工厂内不装设主变压器，可简化接线，便于运行操作； 减轻维护工作量，减少管理人员； 供电电压较 35，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大； 要求 值高，要增加补偿设备的投资； 线路的故障率比35供电可靠性不如 35 案一 正常运行时以 35邻厂 10第 10 页 共 32 页 路作为备用电源。根据全厂计算负荷情况 , 47430 S，且只有少数的负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故拟厂内总降压变电所装设一台容量为 5000 A 的变压器，型号为 5型，电压为 35/10电工设计手册或产品样本，其有关技术参数为：变压器空载损耗 P，变压器短路损耗 5， 变压器短路电压占额定电压的百分值 7，变压器空载电流占额定电流的百分值 %0I=压器的功率损耗 ： 有功功率损耗 2300 无功功率损耗 23002300 100%100% 有功功率损耗 22300 无功功率损耗 v 35 0 0 04 4 7 41 0 071 0 0 01 0 0%1 0 0%22300230035路功率等于全厂计算负荷与变压器功率损耗之和。 9 4 9 3030 v a 4 74 4 31 9 0 4 3030 v a 2223023030 7 1/c o s 3030 7173/ 3030 考虑到本厂负荷的增长是逐渐的，为了节约有色金属消耗量，辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 11 页 共 32 页 按允许发热条件选择导线截面，因未采用经济电流密度选择导线截面。查电工设计手册或产品样本，选择钢芯铝铰线 允许电流为 7030 满足要求。该导线单位长度电阻 ，单位长度电抗 。查电工设计手册，经过计算， 35电的投资费用 表 2 1。 表 235投资费用 目 说 明 单 价 数 量 费用 / 万元 线路综合投资 元/压器综合投资 5 10 万元 1 台 10 35路器 000 元 1 台 雷器及互感器 元 各 1 台 加投资 3I230 元/ 计 压器电能损耗费： 2)(8 7 6 0 300 年运行费用 表 2宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 12 页 共 32 页 表 235电的年运行费用 目 说 明 费用 /万元 线路折旧费 按线路投资为 5%计 气设备折旧费 按设备投资的 8%计， 路电能损耗费 13 02301 压器 电能损耗费 2300 )(8 7 6 0本电价费 按变压器安装容量每 1，7 元 /月计费， 每年有效生产时间为10 个月 35 合计 方案二 采用 10压供电，厂内不设总降压变电所，即不装设变压器，故无变压器损耗问题。此时， 10空线路计算电流： 3030 而 30=4049/4474= 不符合要求。 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 13 页 共 32 页 为使两个方案比较在 同一基础上进行，也按允许发热条件选择导线截面。选择 芯铝铰线，其允许载流量为 275A,0R=X= 10路电压损失为（线路长度 l=6 0030030 /)11( =（ 4049 6 904 6 = 100=310101535 100= 5% 不符合要求。 10电的投资费用 表 2路综合投资： 6 = 元 附加投资： 130230 6 10 表 210电的投资费用 目 说 明 单 价 数 量 费用 /万元 线路综合投资 加投资 3I 230元 / 计 路折旧费： 5% = 元 线路电能损耗费 302301 103 6 2300 310 =辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 14 页 共 32 页 年运行费用 表 2 表 210电的年运行费用 目 说 明 费用 /万元 线路折旧费 以线路投资的 5%计，% 路电能损耗费 1F =300 计 上述各表中，变压器全年空载工作时间为 8760h；最大负荷利用小时000h；最大负荷损耗小时可由000 查工业与民用配电手册 - 系曲线，得出=2300h；为电度电价 35， = /（ 10， =（ 。 由上述分析计算可知，方案一较方案二的投资费用及年运行费用均少。而且方案二以 10电压损失达到了极为严重的程度 ,无法满足二级负荷长期正常运行的要求。因此 ,选用方案一 ,即采用 35压供电 ,建设厂内总降压变电所 ,不论从经济上还是从技术上来看 ,都是合 理的。 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 15 页 共 32 页 第三章 短路电流计算 各元件电抗（用标幺制法计算） 设基准容量 100基准电压 71 , 而基准电流 0322 电力系统电抗 当 1000)3(m a 0 01 0 0)3(m a x.*m a 5 0 0)3(m a 01 0 0)3(m a x.*m a 1 5 7 0 0100101007100 300*3 N 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 16 页 共 32 页 3.2 三相短路电流计算 系统最大运行方式时，总电抗标幺值 2 5 7 7 m a 1(* k 系统最小运行方式时，总电抗标幺值 3 5 7 7 m a 1(* k 因此，系统最大运行方式 时，三相短路电流及短路容量各I 7 (* 11)3( (1)3()1()3( 1()3()1()3( S 8 (*1)3(而系统最小运行方式时，三相短路电流及短路容量各为 ( 3(1)3()1()3( )3()1()3( S 7 00)1(*1)3(3.3 三相短路电流计算 系统最大运行方式时 6 5 7 7 *m a 2(* k 系统最小运行方式时 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 17 页 共 32 页 7 5 7 7 *m i 2(* k 因此，三相短路电流及短路容量各为 I 7 (* 22)3( I 7 (* 22)3( 3(2)3(2)3()2()3( 2)3(2)3()2()3( 2()3()2()3( S 7 0 0)2(*2)3(上述短路电流计算结果，如下表 3示 短路计算点 运行方式 短路电流 /路容量 /（ ） I3k I3 I”(3) i3S3K 大 小 最大 小 宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 18 页 共 32 页 第四章 电气设备的选择 压断路器的选择 断路器及其操动机构应按下表所列的技术条件选择。 表 4断路器参数选择表 项 目 参 数 技术 条件 正常工作条件 电压、电流、频率、机械负荷 短路稳定性 动稳定电流、热稳定电流和持续时间 承受过电压能力 对地和断口间的绝缘水平、泄露比距 操作性能 开端电流、短路关合电流、操作循环、操作次数、操作相数、分合闸 时间及同期性、对过电压的限制、某些特需的开断电流、操动机构 环境 条件 环境 环境温度、日温差、最大风速、相对湿度、污秽、海拔高度、地震烈度 环境保护 噪音、电磁干扰 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 19 页 共 32 页 校验开断能力的量，在校验断路器的断流能力时，应用开断电流代替断流容量。一般取断路器实际开断时间（继电保护动作时间与断路器固有分闸时间之和）的短路电流作为校验条件。 0高压断路器的选择 60高压断路器得最大长期工作电流计算如下： 控制 20压器得断路器 a x 根据最大长期工作电流和网络额定电压，七台断路器选用000，其断路器的参数如表 4示。 表 460压断路器技术参数表 校验：根据系统设计要求 60继电保护动作时间为 3s，燃弧时间为 式中： 断路器固有分 闸时间； 断路器继电保护时间（取后备保护第二段保护时间）； 断路器触头开断燃弧时间； 0高压断路器的选择 型号 额定电压 额定电流 额定短路开断电流 额定短路关合电流 固有分闸时间 额定开断容量 1S 热稳定电流 000 60000A 75009宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 20 页 共 32 页 看断路器的规定可知， 3配电系统中，目前主要有 3种断路器：油断路器，磁吹断路器和真空断路器；而使用较多的为少油断路器。对于 66/10城市和农村变电所，以少油断路器的应用占着绝对的支配地位。尽管对 10压级近年来正在开发真空断路器和 路器，但是，这些断路器皆处于其发展的初期，由于产品的稳定性，价格能否经受生产考验等各方面的原因，使他们仍不能与少油断路器 相匹敌。 10的变压器二次侧总受断路器的最大长期工作电流计算如下： a x 根 据 最 大 长 期 工 作 电 流 和 网 络 的 电 压 断 路 器 选 为000 型少油断路器。 校验： 000 型少油断路器的固有分闸时间为 继电保护整定时间为 3s，则短路电流持续时间： 10他馈出线断路器也得选择，除了最大长期工作电流按每个回路的最大负荷电流计算外，其余参数均相同，且每个回路的最大负荷电流均小于变压器回路的电流，为 了计算方便也选用000 型。其技术参数如表 4示。 表 4少油断路器技术参数表 型号 额定电压 额定电流 额定短路开断电流 额定短路关合电流 固有分闸时间 额定开断容量 4S 热稳定电流 000 10000A 3050宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 21 页 共 32 页 离开关的选择 表 4隔离开关参数选择 项 目 参 数 技术条件 正常工作条件 电压、电流、频率、机械荷载 短路稳定电压 动稳定电流、热稳定电流和持 续时间 承受过电压 对地和断口之间的绝缘水平、泄露比距 操作性能 分合小电流、旁路电流和母线环流，操作机构 环境条件 环 境 环境温度、最大风速、覆冰厚度、相对温度、污秽、相对湿度、海拔高度、地震烈度 环境保护 电磁干扰 隔离开关的选择除了不校验开断电流以外，其余与断路器的选择相同。因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间。故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。 0 隔离开关 的选择 本设计方案 60其设置 16 组隔离开关，为了便于储备元件均选用同类型的隔离开关，即 30 型。 列的隔开辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 22 页 共 32 页 关是 220以下，系列较全，双柱式，可高型布置，重量较轻，可手动，电动操作。计算数据合隔离开关的参数列于表 4。 表 460离开关技术参数表 计算参数 30 60kV 63kV 630A 20kA 2 5142 0 隔离开关 的选择 为了购买和检修的方便， 10的隔离开关均选 用250。其计算数据合技术参数列于表 4示。 表 410离开关技术参数表 计算参数 25010kV 10kV 1250A 40kA 2 5202 感器的选择 跟断路器和隔离开关一样，如下表所示。 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 23 页 共 32 页 表 4示 电流互感器的参数选择 项目 参数 技术 条件 正常工作条件 一次回路电压，一次回路电流，二次回路电流，二次侧负荷，准确度等级，暂 太特性，二次级数量，机械荷载 短路稳定性 动稳定倍数、热稳定倍数 承受过电压能力 绝缘水平，泄露比距 环境 条件 环境温度，最大风速相对湿度，污秽，海拔高度，地震烈度 表 4示 电压互感器的参数选择 项 目 参 数 技术 条件 正常工作条件 一次回路电压，二次电压，二次负荷，准确度等级，机械荷载 承受过电压能力 绝缘水平，泄露比距 环境 条件 环境温度，最大风速相对湿度，污秽，海拔高度，地震烈度 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 24 页 共 32 页 压互感器的选择 电压互感器的选择根据额定电压、装置种类、 结构形式、准确度级以及按副边负载选择。而副边负荷是在确定二次回路方案以后方可计算。故互感器初选形式如表 4示。 表 4电压互感器技术参数表 形式 最大容量（ 额定电压变比（ 额定容量（ 原线圈 副线圈 辅助线圈 1级 3 级 000 60/ 3 200 500 1000 00 10/ 3 60 120 300 由于电压互感器与电网并联。当系统发生短路时，互感器本身并不遭受短路电 流的作用，因此不需要校验动稳定与热稳定。 流 互感器的选择 60电流互感器的选择 根据电压等级合电流互感器安装处的长期最大工作电流，可选号的电流互感器。电流互感器的参数如表 4示。 表 460流互感器技术参数表 型号 额定电压 额定一次电流 额定二次电流 准确级 短时 2动稳定电流 3100A 5A 7稳定校验公式： 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 25 页 共 32 页 热稳定校验公式： 2 电流互感器的选择 10电流互感器可根据安装地点合最大长期工作电流来选择。电流互感器的参数如表 4示。 表 410流互感器技术参数表 型号 额定电压 额定一次电流 额定二次电流 准确级 短时1动稳定电流 0200A 4000稳定和热稳定校验与 60 线的选择 0 母 线 的选择 远期最大负荷运行小时为 5000h，故查手册得经济电流密度则经济截面为： 2m a x 在电气工程设计手册 1 中查得，应选的母线为 环 境 温 度 和 海 拔 有 关 的 综 合 修 正 系 数 85 3 11 2 为了使导线统一和购进材料得方便， 60的所有母线均选用 母线。 0 母线 的选择 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 26 页 共 32 页 由于 10的母线承受着较大的负荷电流，传输容量也较大 ，根据规定应按经济电流密度选择。 远期最大负荷运行小时为 5000h，故查手册得经济电流密度2/96.0 e ，则经济截面为： 2m a x 查手册选 0 8)=1280按最大长期工作电流校验，水平放置、环境温度为 40时，允许流量为： p 热稳定校验使用的公式为： m 取绝缘子的跨度 L 为开关柜的宽度 L=1200间距离 a=250短路电流作用下单位长度所受的最大电动力为： 72 在电动力的作用下母线所受的最大弯矩为： M= 因为母线采用水平放置，其截面系数： W= 母线材料的最大计算应力为：M/W 查手册得母线允许应力为：p比较来p校验所选母线的动稳定性。 辽宁石化职业技术学院南校区实践报告 第 27 页 共 32 页 第五章 实践总结 很高兴能够在大学即将毕业之际在中石油锦州石化公司热电厂变电所实习，在厂里师傅耐心教导和细心帮助之下使我受益匪浅。 通过这次实习，我发现从理论到实践的这个过程并不像想象的那样简单，从一开始就不断地遇到问题和困难，但是这样更锻炼了自己的思维，如何去把理论和实践结合，许多事情经过了自己去想，去思考，去实践，就会有收获，收获就意味着我的专业技术有了提高。在实习中 使 我 掌握工厂供、配电技术的基本要求，掌握用电器设备的结构、原理、性质、用途，能够