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1、大型机组供电 大型机组供电 前言 石化企业中可能由电机拖动的或含有电机的大型机组 电机容量为 2000kW 及以上 主要有以下机泵负载 炼厂催化裂化装置的主风机和富气压缩机 制氢 及加氢装置的新氢压缩机和循环氢压缩机 大型炼油装置的进料泵 长距离油品 输送管道工程中的高扬程输油泵等 本讲以催化装置主风机组为主要对象阐述大 型机组供电设计问题 同时也兼顾其它用途大型机组的有关问题 1 大型机组的几种配置方式及电机的作用1 大型机组的几种配置方式及电机的作用 在炼油厂催化裂化装置主风机组的配置中 大多数情况下都含有一台电动机 除极少数采用同步电机外 大多数是采用鼠笼式异步电机 在不同的机组配置方
2、案中 电机所起的作用及运行方式是各不相同的 下面仅讨论鼠笼式异步电机在 各种配置方案中所起的作用和特点 1 1 两机组配置 该机组由主风机 变速箱 电动机组成 石化企业其它大型机组 如富气 压缩机 大型进料泵等基本属于这种配置 往复式氢气压缩机也属此类只是没有 变速环节 电机与负载直接用联轴器耦联 在该机组中异步电机只有一种电动运 行工况 即总是由电网吸收有功功率和无功功率 且低于同步转速旋转 该电动 机的作用是 a 顺利完成整个机组的起动而不会造成电机本身过热 b 正常运行时 拖动主风机在额定负载下长周期运转 1 2 三机组配置 该机组由烟气机 主风机 变速箱 电动 发电机组成 催化富气压缩
3、机有 时也采用三机组配置 只是此时烟气机由工业汽轮机代替 在此配置中 异步电 机可能有电动 发电两种工况 当烟机功率大于主风机消耗功率时 电机为发电状态 即向电网输送有功 功率 此时机组转速将大于同步转速 当烟机功率小于主风机消耗功率时 电机为电动状态 即从电网吸收有功 功率 此时机组转速低于同步转速 当烟机发出功率近似等于主风机消耗功率时 电机为空载状态 即与电网 之间没有功率交换 机组转速接近同步转速 为避免变速箱频繁改变力矩传递方 向 设计时应尽量避开这种运行状态 该机组中电机的作用是 a 顺利完成整个机组的起动而不造成电机本身过热 在少数配置中 主要 由烟机承担起动任务 在机组接近同步
4、转速时 才将电机接入电网 在富气压缩 机中 一般不由电机担任起动任务而由汽轮机起动整个机组 主要原因一是汽轮 机起动需要暖机过程 二是电机的容量配置往往不足以直接起动整个机组 b 实现机组功率的动态平衡 将剩余功率送给电网 异步发电工况 或当 烟机功率不足时 由电网吸收功率 电动机工况 实际工程中 大多数为前者 但不同的机组 发电功率变化范围较大 c 维持机组的转速在很小范围内变化 只要电机不脱网 烟机功率的变化 对机组转速的影响很小 因为无论是发电状态或电动状态 该异步电机都运行在 速度 转矩曲线很陡的一段稳定区内 很小的速度 滑差 变化会产生很大的转 矩 功率 变化 例如 一台 12000
5、kW 4 极 额定转速 1487r min 的异步电机 发电功率为 3000kW 时 其转速为 1504r min 而当发电功率为 5500kW 时 转 速约为 1507r min 1 3 四机组配置 该机组由烟气机 主风机 汽轮机 变速箱 电动 发电机组成 在此配置 中 正常运行时异步电机通常为发电工况 该机组不由电机起动 通常是由汽轮 机起动或由汽轮机 烟气机共同起动 当机组加速到接近电机同步转速时将电机 接入电网 该机组中电机的作用同上述三机组配置中的 b c 汽轮机的调速系 统只在机组起动时起作用 正常运行时 主汽门是全开的 由异步电机稳定整个 机组的转速 在三机组和四机组配置中 自控
6、系统都配置有可靠的超速保护系统 以便 在电机脱网时迅速关小或切断进汽阀 以防机组超速 下表列出不同负载的机组 配置和电机型式及容量范围 表 1 机组配置及电机选型 容量范围比较表 负载名称 机组配置及组成 电机的作用 电机型式及容量范 围 主风机组 或能量回 收机组 两机组 主风机 变速 箱 电动机 1 起动机组 2 正常满负载运行 多为异步机 少量 同 步 机 容 量 2000 18000kW 三机组 烟气机 主风 机 变速箱 电动 发电 机 1 起动 或不起动 机组 2 维持功率平衡及转速 基本稳定 多为异步机 少量 同 步 机 容 量 2000 18000kW 四机组 烟气机 主风 机
7、汽轮机 变速箱 异步发电机 维持功率平衡及转速基 本稳定 一般为发电工况 异步电机 容量在 2000 5000kW 新氢或循环氢压缩 机 往复式 两机组 压缩机 电动 机 1 起动机组 2 正常满负载运行 一般为同步电机少 量为异步机 进料泵及其它 两机组 泵 电动机或 泵 变速箱 电动机 1 起动机组 2 正常满负载运行 一般为异步机 少 量为同步机 2 几种供电及起动方式及其实例 2 几种供电及起动方式及其实例 2 1 由 6 10 kV 公用母线供电 电机全压直接起动 这种供电方式具有以下特点 a 电机起动时母线电压水平要求高 一般应不低于 85 即供电系统的电 压降不大于 15 b 电
8、机机端电压高 近似等于母线电压 仅相差 1 2 因而起动电流 大 起动时间短 c 适用于电机容量相对较小 母线短路容量较大的情况 d 需要开关设备最少 投资最省 在满足母线压降要求时应优先采用 在工程实用中 这种供电方式又可分为两种情形 1 由装置变电所 6kV 母线供电 2 由炼厂总变电所或分区变电所 6kV 母线直接供电 在装置变电所或主风 机房设独立母线段及开关设备 当电机容量较大 特别是炼厂总变电所 出线有限流电抗器时 往往采用这种供电方式 全压直接起动方式的应用判断 当电动机额定容量 kW 小于或等于供电 母线上短路容量 kVA 的 2 5 3 0 时 一般可应用此方式 2 2 由公
9、用 6 10 kV 母线供电 经电抗器或自耦变压器降压起动 这种供电方式具有以下特点 a 起动时母线电压须保持在85 以上 但机端电压较低 一般为70 75 即电抗器上有 10 15 的压降 b 因机端电压较低 起动电流和起动转矩小 启动时间长 c 需要的开关及其它设备较多 投资及占地面积较大 d 适用于母线短路容量较小 直接全压起动无法满足母线电压水平而机端 电压要求相对较低的机组 由装置变电所供电或由总变电所直配供电的机组都可以采用这种降压起动 方式 如淮阴清江石化有限公司 30 104t a 催化装置主风机 3200kW 电机 降压 起动设备可布置在催化变电所内 或布置在主风机厂房配电间
10、内 设独立母线段 后者适用于由总变直配供电的电机 但对于总变电所是经出线电抗器供电的线路 不再另设启动电抗器或自耦变压器 只需确认出线电抗器的参数满足电机起动及 有关设备的短路要求 降压起动方式的应用判断 如果按直接全压起动计算时 母线电压水平在 80 85 之间 采用电抗器降压启动通常是可行的 如母线电压在 80 以下 但接近 80 通常宜采用自耦变压器起动 2 3 由专用变压器供电 即变压器 电动机组起动 变压器一次侧电压为 35kV 或 66 110kV 二次侧电压为 6kV 或 10kV 这种供电方式具有以下特点 a 机组起动时 变压器一次侧母线电压一般不应低于 90 即母线压降不 应
11、大于 10 b 变压器二次侧电压近似等于机端电压 其值宜为电机额定电压的 70 75 个别工程也有低于 70 的 否则机组启动时间太长或无法起动 上述两项要求 在变压器一次侧母线短路容量足够大的情况下 可通过合 理选择变压器的参数 容量和阻抗电压 来实现 c 对于有载调压变压器 可以方便的在启动前将二次侧电压适当提高以利 于起动 正常运行时再调至合适的电压 对于无载调压变压器虽然也可 利用电压分接开关适当调节启动前的二次电压值 但应特别注意正常运 行时的机端电压不应超过电机的允许值 该起动方式的应用判断 一般用于电动机容量在 7500 18000kW 甚至更大 的电动机 当电机的额定容量 kW
12、 小于或等于变压器一次侧母线短路容量 MVA 的 3 时 适当选择变压器的容量和短路阻抗值 该供电方式是可行的 但要注意是否能取得较高一级电源 通常为 35kV 66kV 及 110kV 并注意运 行的经济型 近年来 随着炼油装置规模的不断扩大 电机容量越来越大 变压器 电 动机组的供电方式也越来越多了 如上海高桥石化公司 3 催化 12000kW 机组 镇海石化分公司 300 104t a 催化 12000kW 机组和大连石化公司 350 104t a 催化 18000kW 机组等工程项目都成功的采用了变压器 电动机组的供电方式 2 4 软起动方式 2 4 1 降压软起动 串电抗器起动 串自
13、偶变压器 固态 晶闸管 软起动 自 偶变压器 电容器补偿 降压补偿 串可变电阻软起动 可变电抗变压器原 理软起动等 当全压直接起动时 母线电压在 80 以下可考虑采用软起动 方式 2 4 2 变频软起动 对电网短路容量几乎没有要求 只要满足正常供电要求即可 选用起动 方式的顺序 全压直接起动 电抗器降压起动 自偶变压器或变压器 电动机组 起动 降压软起动 变频软起动 2 5 大型主风机组供电接线方式工程实例 附录 A 收集了我国部分炼油厂催化装置主风机组供电设计的一次接线图 图中注明了电动机的主要电气参数 被拖动负载的有关数据 同时也给出了配电 系统的短路容量和各元件的参数 这些都是成功的供电
14、方案 可供新建的类似工 程参考 3 有关电气计算及实例 3 有关电气计算及实例 3 1 起动电压波动计算 3 1 1 计算条件及方法 1 推荐采用 EDSA 程序计算 因为这是国际上公认的方法 2 人工计算或估算 a 采用阻抗法计算 b 忽略系统和线路电阻 并将电动机和变压器的阻抗等同于电抗 c 不计变压器的予接负荷 d 可用有名值或标幺值计算 推荐用有名值计算 可参考德国 SIEMENS 公司 起动高压大型电机的计算方法 详见附录 B 3 1 2 计算实例 a 实例 1 6kV 公用母线供电 电动机全压直接起动 基础数据 6kV 母线短路容量 S 175MVA 配电电缆 2 3 240 交联
15、聚乙烯 铜芯 L 150m 电动机数据 5500kW 6kV 606A cos 0 9 0 97 Ks 4 28 1 用标幺值计算 取 Sj 100MVA 系统 Xs 100 175 0 5714 线路 XL 0 2016 0 15 2 0 0151 电动机 SM 5500 0 97 0 9 6300kVA 6 3MVA 3637 3 3 6 6 3 628 4 100 2 MM ZX X 0 5714 0 0151 3 3637 3 9502 机端电压 UM 15 85 100 9502 3 3637 3 6kV母线电压 UB 53 85 100 9502 3 0151 03637 3 满足
16、要求 2 用有名值计算 系统 2268 0 175 605 1 X 22 S ph 1 05 是考虑到电源电源比电机额定电压高5 线路 XL 0 080 0 15 2 0 006 ph 电动机 3356 1 28 46063 6000 MM ZX ph X 0 2268 0 006 1 3356 1 5684 ph 机端电压 15 85 100 5684 1 3356 1 M U 6kV母线电压 54 85 100 5684 1 2268 0 1 B U 满足要求 b 实例2 10kV公用母线供电 电动机经电抗器降压起动 10kV电源由 35 10kV 6300kVA主变压器供电 基础数据 35kV 上一级变电所母线短路容量 241MVA 35kV线路 架空线LGJ 120 0 35kM 三芯电缆0 1kM 35 10kV 有载调压变压器 6300kVA Uk 6 64 10kV电缆线路 3 150 交联铜芯 180m 电动机 3200kW 10kV 218A 96 7 cos 0 876 KS 3 87 1 用标幺值计算 取Sj 100MVA 1 1 阻抗换算 系统 Xs 100 2
