石化装置大功率电动机变压器–电动机组起动方案研究.pdf
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1、Journal of Electrical Engineering 电气工程电气工程,2023,11(2),74-81 Published Online June 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/jee https:/doi.org/10.12677/jee.2023.112009 文章引用文章引用:吴冠霖,刘维功,郭建军,吕晓坤.石化装置大功率电动机变压器-电动机组起动方案研究J.电气工程,2023,11(2):74-81.DOI:10.12677/jee.2023.112009 石化装置大功率电动机变压器石化装置大功率电动机变压器电动
2、机组电动机组 起动方案研究起动方案研究 吴冠霖吴冠霖1*,刘维功,刘维功1,郭建军,郭建军2,吕晓坤,吕晓坤2 1中石化(大连)石油化工研究院,辽宁 大连 2中石化宁波工程有限公司,浙江 宁波 收稿日期:2023年4月12日;录用日期:2023年6月1日;发布日期:2023年6月9日 摘摘 要要 石化大功率电动机的安全快速起动是保障石化企业稳定生产的关键因素,因此对大功率电动机起动方式石化大功率电动机的安全快速起动是保障石化企业稳定生产的关键因素,因此对大功率电动机起动方式的研究具有重要意义。变压器的研究具有重要意义。变压器电动机组起动是目前国内石化企业采用较多的一种启动方式。文章以某电动机组
3、起动是目前国内石化企业采用较多的一种启动方式。文章以某炼化企业的炼化企业的100万吨万吨/年乙烯及配套项目空分装置电动机为工程案例,通过设计手册算及仿真建模分析对年乙烯及配套项目空分装置电动机为工程案例,通过设计手册算及仿真建模分析对变压器变压器电动机组起动方案的特点及经济性进行了分析。经过分析得出变压器电动机组起动方案的特点及经济性进行了分析。经过分析得出变压器电动机组起动方式具有电动机组起动方式具有可靠性强、经济性强的特点,采用此种起动方式可保障石化装置的安全稳定生产。可靠性强、经济性强的特点,采用此种起动方式可保障石化装置的安全稳定生产。关键词关键词 大功率电动机大功率电动机,变压器变压
4、器电动机组电动机组,起动方案起动方案,仿真分析仿真分析 Study on Starting Scheme of Large Power Motor Transformer-Motor Set in Petrochemical Plant Guanlin Wu1*,Weigong Liu1,Jianjun Guo2,Xiaokun Lyu2 1SINOPEC Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals,Dalian Liaoning 2SINOPEC Ningbo Engineering Co.,Ltd.,Ningbo Zh
5、ejiang Received:Apr.12th,2023;accepted:Jun.1st,2023;published:Jun.9th,2023 Abstract The safe and fast starting of high-power motor is the key factor to ensure the stable production of *通讯作者。吴冠霖 等 DOI:10.12677/jee.2023.112009 75 电气工程 petrochemical enterprises,therefore it has great significance to st
6、udy the starting scheme of high-power motor.Transformer-motor unit starting is a kind of starting mode which is widely used in domestic petrochemical enterprises at present.This paper takes 1 million tons/year ethylene of a refinery and its supporting project air separation unit motor as an engineer
7、ing case.Through calculation of design manual and simulation modeling analysis,the characteristics and economy of the starting scheme of transformer-motor unit are analyzed.Through analysis,it is concluded that the transformer-motor unit starting scheme has the characteristics of strong reliability
8、and economy,and this starting mode can ensure the safe and stable production of petrochemical plants.Keywords High-Power Motor,Transformer-Motor Unit,Starting Scheme,Simulation Analysis Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution In
9、ternational License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 随着石化行业生产规模的扩大以及动力装置电气化的进程,大功率电动机在石化装置中的应用比例已越来越大,单机功率也逐渐增大1。大功率电动机的起动既要满足驱动设备的动力要求,又要保证所在电网的稳定。若起动方式选择不当会造成企业大面积停车中断生产,因此对大功率电动机起动方式的研究对石化企业的安全生产具有重要意义。目前,大功率电动机的起动方式包括变压器电动机组直接起动、自耦变压器起动、变频器起动、固态软起动、电抗器降压起动等2 3 4 5。各类起动
10、方式的运行性能及经济性特点各有不同。国外企业通常优先保证节能降损以及电机调速性能,不计投入及维护成本,因而较多采用变频器起动;国内企业则通常兼顾运行可靠性与成本经济性,对电抗器降压起动、变压器电动机组起动、自耦变压器起动的方式采用较多6 7 8 9 10。本文将对国内石化企业采用较多的压器电动机组起动方式进行介绍,并以某炼化企业的工程案例,通过设计手册计算及仿真建模分析,对变压器电动机组起动方案的特点及经济性进行分析。2.变压器变压器电动机组起动方式简述电动机组起动方式简述 变压器电动机组供电和起动方式是全压起动的一种形式,由专用变压器给大功率电动机供电,变压器一侧电压为 35 kV、110
11、kV,二次侧电压为 6.3 kV 或 10.5 kV,变压器作为电动机的专用电源设备11。其供电系统主接线简单、运行可靠、维护工作量小,起动时间短;缺点是起动电流较大,约为额定电流的 46 倍,会造成电动机绕组过热,从而加速绝缘老化12;起动转矩约为额定转矩的 12 倍,会对其拖动设备及传动部件造成一定影响13。但采用变压器电动机组供电和起动时,6(10)kV 母线只有该台电动机,上级母线(35 kV 或 110 kV)的电压降较小(一般小于 10%),因此不会影响其他电气设备的正常运行14。3.变压器变压器电动机组起动方式案例电动机组起动方式案例 某炼化企业 100 万吨/年乙烯及配套项目空
12、分装置电动机的接入电网一次系统图如图 1 所示,其主要Open AccessOpen Access吴冠霖 等 DOI:10.12677/jee.2023.112009 76 电气工程 结构包含一次侧 110 kV 及二次侧 10 kV 线缆,额定容量为 40 MVA 的变压器,负载为一台额定功率为27.06 MW 的空压机主电机,由变压器为电机起动供电,其具体设计参数如表 1 所示。Table 1.Motor parameters of an air separation unit 表表 1.某空分装置电动机参数 系统参数 数值 变压器 110 kV 母线侧最小短路容量 SscB/MVA 16
13、00 110 kV 母线预接负荷的无功功率 QL/Mvar 80 额定功率 PN/MW 27.06 额定电压 UN/kV 10 额定容量 SrM/MVA 28.5 额定功率因数 0.95 额定起动电流倍数 kst 4.2 10 kV 线路阻抗 X1/0.027 起动转矩相对值 MstM/p.u.1.176 压缩机静阻转矩相对值 Mj/p.u.0.339 变压器额定容量 SrT/MVA 40 变压器阻抗电压 uk/%8 Figure 1.Primary system diagram of an air separation units motor connected to the power g
14、rid 图图 1.某空分装置电动机接入电网一次系统图 吴冠霖 等 DOI:10.12677/jee.2023.112009 77 电气工程 3.1.设计手册计算设计手册计算 根据工业与民用供配电设计手册(第四版),计算大电机起动时母线和机端电压,并校核起动转矩15。电动机额定起动容量stMS:()stMstrM4.2 28.5119.7 MVASkS=起动回路的额定输入容量:()stk122stMrTav1194.16 MVA180.0271119.7100 4010SuXSSU=+式中avU为母线电压 设置起动前 110 kV 母线电压为 1.05 p.u.,则起动过程中母线电压:scBst
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