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文檔簡介

1、前言本實踐報告是變電所電氣部分設計。它主要包括變電所負荷的計算及無功功率的補償;供電方案的選擇;短路電流計算;電氣設備的選擇。其中供電方案的選擇是電氣設計中最為重要的一環(huán),文中通過對兩種主接線的經濟性、可靠性以及優(yōu)缺點的比較,得出最適合本所要求的主接線;短路計算是設備選擇的基礎,短路點的選擇,以及元件參數(shù)的計算,每一步都需要嚴密、謹慎,不能有一絲一毫的馬虎大意,否則可能對設備的選擇造成極大的影響;電氣設備主要是針對高壓電氣設備而言,(包括母線、高壓斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器等)。通過這次實踐使我理論聯(lián)系實際學到了許多書本上沒有的知識。實習單位:中國石油錦州石化公司本人于2012年

2、十月份開始到中國石油錦州石化公司進行實習。在熱電廠進行學習工作。錦州石化公司是中國石油天然氣股份有限公司下屬的煉油化工骨干企業(yè)。地處遼西走廊,南臨渤海灣,所在的錦州市是遼西地區(qū)的中心城市,京沈、京哈、京大鐵路和京沈高速公路通過市區(qū),海、陸、空交通十分便利。公司前身始建于1938年,生產出新中國第一滴人造石油、第一塊合成順丁橡膠,是我國順丁橡膠成套生產技術誕生地和潤滑油添加劑的科研生產基地。公司特色產品有異丙醇、針狀焦、煅燒焦、潤滑油添加劑、稀土順丁橡膠等。公司原油加工能力接近650萬噸/年,現(xiàn)有生產裝置85套?,F(xiàn)有員工一萬余人,其中專業(yè)技術人員總數(shù)三千余人。公司重視并積極加強企業(yè)文化建設,確定

3、“以人為本、尊重科學、不懈努力、永不滿足”的管理哲學,樹立“尊重、愛護、發(fā)揮、發(fā)展”的人才理念;逐步形成了良好的內外部發(fā)展環(huán)境。實習目的:實習是學生大學學習中的實踐環(huán)節(jié)。實習是每一個大學畢業(yè)生必須擁有的一段經歷,它使我們在實踐中了解社會,讓我們學到了很多在課堂上根本就學不到的知識,也打開了視野,增長了見識,為我們以后進一步走向社會打下堅實的基礎。通過實習是我第一次更直接接觸企業(yè),進一步了解企業(yè)實際,全面深刻地認識企業(yè)的實際運營過程、活動過程中存在的問題和改革的難點問題,并通過撰寫實踐報告,使我學會綜合應用所學知識,提高分析和解決企業(yè)問題的能力,能更好的走進社會并融入社會,通過理論聯(lián)系實際,鞏固

4、所學的知識,提高處理實際問題的能力,為實踐報告的順利進行做好充分的準備,并為自己能順利與社會環(huán)境接軌做準備,深入了解社會并運用社會,創(chuàng)造應有的價值。并查閱資料為實踐報告作準備。第一章 負荷計算與無功功率補償1.1 全廠計算負荷的確定1.1.1 按逐級計算法確定工廠的計算負荷逐級計算法是指從工廠的用電端開始,逐級上推,直至求出電源進線端的計算負荷為止。一般工業(yè)企業(yè)的供電系統(tǒng)如圖1-1,圖1-1 負荷計算用供電系統(tǒng)圖確定用電設備組的計算負荷先將車間用電設備按工作制不同分為若干組,求出各用電設備組的設備容量,再視具體情況用需要系數(shù)法或二項式系數(shù)法確定各用電設備組的計算負荷,如上圖中1點(、),以下各

5、點負荷均與此表示方法類同。確定車間變壓器低壓母線上的計算負荷如上圖中的2點,將各低壓用電設備組的計算負荷總和乘以同時系數(shù),即為各車間變壓器低壓母線上的計算負荷、,即 若在車間變電所的低壓母線上裝有無功補償用的靜電電容器,其容量為(kvar),則當計算時,要減去無功補償容量,即 計算負荷用于選擇車間變壓器的容量和低壓導體截面。確定車間變壓器高壓側的計算負荷如上圖3點,將變壓器低壓側的計算負荷加上該變壓器的功率損耗(、),即得變壓器高壓側的計算負荷,即 該負荷值用于選擇車間變電所高壓側進線導線截面。若求計算負荷時車間變壓器的容量和型號尚未確定,、可按式的近似公式進行計算。確定車間變電所高壓母線上的

6、計算負荷當車間變電所的高壓母線上接有多臺電力變壓器時,將車間變壓器高壓側計算負荷相加,即得車間變電所高壓母線上的計算負荷、,即 確定總降壓變電所出線上的計算負荷將計算負荷加上高壓配電線路中的功率損耗,即可得到總降壓變電所610kV母線引出線上的計算負荷。但由于工廠廠區(qū)范圍不大,且高壓線路中電流較小,故在高壓線路中產生的功率損耗較小,在負荷計算中可以忽略不計,所以有 確定總降壓變電所低壓母線上的計算負荷將總降壓變電所各610kV出線上的計算負荷(、)相加后乘以相同系數(shù),就可得總降壓變壓器低壓母線上的計算負荷、,即 如果根據(jù)技術經濟比較結果,決定在總降壓變電所610kV二次母線側采用高壓電容器進行

7、無功功率補償,則在計算時,應減去無功功率補償容量,即 計算負荷是選擇總降壓變電所主變壓器容量的依據(jù)。確定全廠總計算負荷將總降壓變電所低壓母線上的計算負荷(、)加上主變壓器的功率損耗(、),即可求得工廠總的計算負荷,、,即 計算負荷是用戶向供電部門提供的全廠最大有功計算負荷,作為申請用電之用。1.1.2 按需要系數(shù)法確定全廠的計算負荷將全廠用電設備的總容量(不包括備用設備容量)乘以工廠需要系數(shù),就可得到全廠的有功計算負荷,即 式中,為工廠的需要系數(shù)。然后再根據(jù)工廠的功率系數(shù),求出全廠的無功計算負荷和視在計算負荷。1.1.3 按年產量估算企業(yè)的計算負荷將工廠年產量A乘以單位產品耗電量,即可得工廠的

8、年耗電量,即 求出年耗電量后,除以工廠的年最大負荷利用小時數(shù),就可求得工廠的有功計算負荷,即 各類工廠的單位產品耗電量和年最大負荷利用小時數(shù)可查有關設計手冊。1.2 工廠的功率因數(shù)與無功功率補償1.2.1 工廠的功率因數(shù)瞬時功率因數(shù)瞬時功率因數(shù)是指某一瞬間的功率因數(shù),可由功率因數(shù)表(相位表)直接讀出,或由電壓表、電流表和功率表在同一時刻的讀數(shù)按下式求出: 式中,P為功率表讀數(shù)(kW);U為電壓表讀數(shù)(kV);I為電流表讀數(shù)(A)。瞬時功率因數(shù)用來了解和分析工廠或車間無功功率的變化情況,以便采取相應的補償措施,并為今后進行同類設計提供參考資料。均權功率因數(shù)均權功率因數(shù)是指在某一規(guī)定時間內功率因數(shù)

9、的平均值,可根據(jù)有功電能表和無功電能表的讀數(shù)按下式進行計算: 式中,為某一時間內消耗的有功電能(kWh);為同一時間內消耗的無功電能(kvarh)。最大負荷時的功率因數(shù)最大負荷時的功率因數(shù)是指在負荷計算中按有功計算負荷和視在計算負荷計算而得的功率因數(shù),即 我國供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定:100kVA及以上高壓供電用戶,其功率因數(shù)不應低于0.9,其他電力用戶的功率因數(shù)不應低于0.85。若達不到以上要求,應裝設必要的無功補償設備,否則要加收電費。這里所指的功率因數(shù),即為最大負荷時的功率因數(shù)。1.2.2 無功功率補償由于一般的企業(yè)都存在著大量的感性負荷,如感應電動機、變壓器、電抗器、電焊機等,因此工廠供電系統(tǒng)

10、除要供給有功功率外,還需要供給大量的無功功率。然而,在供電系統(tǒng)輸送的有功功率一定的情況下,無功功率增大,將使負載的功率因數(shù)降低,從而使電力系統(tǒng)內電氣設備的容量不能得到充分利用,并增加輸電線路的功率因數(shù)損耗、電能損耗及電壓損耗,嚴重影響用戶的電壓質量。為此,必須設法提高用戶的功率因數(shù)。提高功率因數(shù)的方法提高功率因數(shù)的方法很多,可分為兩大類,即提高自然功率因數(shù)的方法和功率因數(shù)的人工補償法。提高自然功率因數(shù)的方法不加任何補償設備,采取措施減少供電系統(tǒng)中無功功率的需要量。提高功率因數(shù)的補償法用戶在充分發(fā)揮設備潛力、改善設備運行性能、采用提高自然功率因數(shù)的措施后仍不能達到規(guī)定的功率因數(shù)要求時,必須考慮裝

11、設無功功率補償設備對功率因數(shù)進行人工補償。根據(jù)補償?shù)臒o功功率性質,可分為穩(wěn)態(tài)無功補償設備和動態(tài)無功補償設備兩大類。第二章 供電方案的確定2.1 供電電壓的選擇2.1.1 提出方案由于地區(qū)變電所僅能提供35kV或10kV中的一種電壓,所以將兩種電壓的優(yōu)缺點扼要分析如下。方案一:采用35kV電壓供電的特點供電電壓較高,線路的功率損耗及電能損耗小,年運行費用較低;電壓損失小,調壓問題容易解決;對coos的要求較低,可以減少提高功率因數(shù)補償設備的投資;需建設總降壓變電所,工廠供電設備便于集中控制管理,易于實現(xiàn)自動化,但要多占一定的土地面積;根據(jù)運行統(tǒng)計數(shù)據(jù),35kV架空線路的故障比率比10kv架空線路

12、的故障率低一半,因而供電可靠性高;有利于工廠進一步擴展。方案二:采用10kV電壓供電的特點不需投資建設工廠總降壓變電所,并少占土地面積;工廠內不裝設主變壓器,可簡化接線,便于運行操作;減輕維護工作量,減少管理人員;供電電壓較35kV低,會增加線路的功率損耗和電能損耗,線路的電壓損失也會增大;要求的值高,要增加補償設備的投資;線路的故障率比35kV的高,即供電可靠性不如35kv。2.1.2 方案一正常運行時以35kv單回路架空線路供電,由鄰廠10kv電纜線路作為備用電源。根據(jù)全廠計算負荷情況,,且只有少數(shù)的負荷為二級負荷,大多數(shù)為三級負荷,故擬廠內總降壓變電所裝設一臺容量為5000 kVA的變壓

13、器,型號為SJL1-5000/35型,電壓為35/10kv,查電工設計手冊或產品樣本,其有關技術參數(shù)為:變壓器空載損耗,變壓器短路損耗,變壓器短路電壓占額定電壓的百分值Uk%=7,變壓器空載電流占額定電流的百分值=1.1,變壓器的功率損耗:有功功率損耗無功功率損耗 有功功率損耗 無功功率損耗 35kv線路功率等于全廠計算負荷與變壓器功率損耗之和??紤]到本廠負荷的增長是逐漸的,為了節(jié)約有色金屬消耗量,按允許發(fā)熱條件選擇導線截面,因未采用經濟電流密度選擇導線截面。查電工設計手冊或產品樣本,選擇鋼芯鋁鉸線LGJ-35,其允許電流為滿足要求。該導線單位長度電阻,單位長度電抗。查電工設計手冊,經過計算,

14、35kv供電的投資費用Z1見表21。表2-1 35kv的投資費用Z1項 目說 明單 價數(shù) 量費用/萬元線路綜合投資LGJ-351.2萬元/km6km7.2變壓器綜合投資SJL-5000/3510萬元1臺1035kv斷路器SW2-35/10002.8萬元1臺2.8避雷器及互感器FZ-35,JDJJ-351.3萬元各1臺2.6附加投資3IR0L+PT0.1萬元/kW137.7kW13.77合 計36.37變壓器電能損耗費:年運行費用F1見表2-2表2-2 35KV供電的年運行費用F1項 目說 明費用/萬元線路折舊費按線路投資為5%計0.36電氣設備折舊費按設備投資的8%計,1.232線路電能損耗費

15、8.522變壓器電能損耗費5.7325基本電價費按變壓器安裝容量每1kVA,7元/月計費,每年有效生產時間為10個月35合計 50.82.1.3 方案二采用10kv電壓供電,廠內不設總降壓變電所,即不裝設變壓器,故無變壓器損耗問題。此時,10kv架空線路計算電流:而=P30/S30=4049/4474=0.9050.95 不符合要求。為使兩個方案比較在同一基礎上進行,也按允許發(fā)熱條件選擇導線截面。選擇LGJ-70鋼芯鋁鉸線,其允許載流量為275A,=0.46/km,=0.365/km。10KV線路電壓損失為(線路長度l=6KM)=(404960.46+190460.365)/10=1535V=

16、100=100=15.3%5% 不符合要求。10KV供電的投資費用Z2見表2-3線路綜合投資:1.446 = 8.64萬元附加投資:=3258.30.46610-3 0.1 =55.24萬元表2-3 10KV供電的投資費用Z2項 目說 明單 價數(shù) 量費用/萬元線路綜合投資LGJ-701.44萬元/km6km8.64附加投資3IR0l0.1萬元/kw576.95kw55.24合 計63.88線路折舊費: 8.645% = 0.432萬元線路電能損耗費 =3258.30.46623000.37=47.01萬元年運行費用F2見表2-4。表2-4 10kV供電的年運行費用F2項 目說 明費用/萬元線路

17、折舊費以線路投資的5%計,8.645%0.432線路電能損耗費=3IR0L10-347.01合 計47.442在上述各表中,變壓器全年空載工作時間為8760h;最大負荷利用小時=4000h;最大負荷損耗小時可由=4000和查工業(yè)與民用配電手冊-關系曲線,得出=2300h;為電度電價35KV時,=0.4元/(kw.h);10Kv時,=0.5元/(kW.h)。由上述分析計算可知,方案一較方案二的投資費用及年運行費用均少。而且方案二以10kv電壓供電,電壓損失達到了極為嚴重的程度,無法滿足二級負荷長期正常運行的要求。因此,選用方案一,即采用35kv電壓供電,建設廠內總降壓變電所,不論從經濟上還是從技

18、術上來看,都是合理的。第三章 短路電流計算3.1求各元件電抗(用標幺制法計算)設基準容量 基準電壓 ,而基準電流 電力系統(tǒng)電抗當時,當時,架空線路電抗 主變壓器電抗 3.2 k-1點三相短路電流計算系統(tǒng)最大運行方式時,總電抗標幺值 系統(tǒng)最小運行方式時,總電抗標幺值 因此,系統(tǒng)最大運行方式時,三相短路電流及短路容量各 而系統(tǒng)最小運行方式時,三相短路電流及短路容量各為 3.3 k-2點三相短路電流計算系統(tǒng)最大運行方式時 系統(tǒng)最小運行方式時 因此,三相短路電流及短路容量各為 上述短路電流計算結果,如下表3-1所示短路計算點運行方式短路電流/KA短路容量/(MVA)III”(3)iSk-1最大6.05

19、6.056.0515.43387.9最小4.364.364.3611.12279.49k-2(k-3)最大3.323.323.328.4760.32最小3.133.133.137.9856.89第四章 電氣設備的選擇4.1高壓斷路器的選擇斷路器及其操動機構應按下表所列的技術條件選擇。表4-1 斷路器參數(shù)選擇表項 目參 數(shù)技術條件正常工作條件電壓、電流、頻率、機械負荷短路穩(wěn)定性動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流和持續(xù)時間承受過電壓能力對地和斷口間的絕緣水平、泄露比距操作性能開端電流、短路關合電流、操作循環(huán)、操作次數(shù)、操作相數(shù)、分合閘時間及同期性、對過電壓的限制、某些特需的開斷電流、操動機構環(huán)境條件環(huán)境環(huán)境溫

20、度、日溫差、最大風速、相對濕度、污穢、海拔高度、地震烈度環(huán)境保護噪音、電磁干擾校驗開斷能力的量,在校驗斷路器的斷流能力時,應用開斷電流代替斷流容量。一般取斷路器實際開斷時間(繼電保護動作時間與斷路器固有分閘時間之和)的短路電流作為校驗條件。4.1.1 60KV側高壓斷路器的選擇60kV側高壓斷路器得最大長期工作電流計算如下:控制20MVA變壓器得斷路器 根據(jù)最大長期工作電流和網絡額定電壓,七臺斷路器選用SW2-60/1000,其斷路器的參數(shù)如表4-2所示。 表4-2 60KV高壓斷路器技術參數(shù)表型號額定電壓額定電流額定短路開斷電流額定短路關合電流固有分閘時間額定開斷容量1S熱穩(wěn)定電流SW2-6

21、0/100060kV1000A24.1kA67kA0.06S2500MVA39kA校驗:根據(jù)系統(tǒng)設計要求60KV側繼電保護動作時間為3s,燃弧時間為0.05s。式中:斷路器固有分閘時間;斷路器繼電保護時間(取后備保護第二段保護時間);斷路器觸頭開斷燃弧時間;4.1.2 10KV側高壓斷路器的選擇看斷路器的規(guī)定可知,3-35kV的配電系統(tǒng)中,目前主要有3種斷路器:油斷路器,磁吹斷路器和真空斷路器;而使用較多的為少油斷路器。對于66/10kV的城市和農村變電所,以少油斷路器的應用占著絕對的支配地位。盡管對10kV電壓級近年來正在開發(fā)真空斷路器和SF6斷路器,但是,這些斷路器皆處于其發(fā)展的初期,由于

22、產品的穩(wěn)定性,價格能否經受生產考驗等各方面的原因,使他們仍不能與少油斷路器相匹敵。10kV側的變壓器二次側總受斷路器的最大長期工作電流計算如下: 根據(jù)最大長期工作電流和網絡的電壓斷路器選為SN10-10/2000型少油斷路器。校驗:SN10-10/2000型少油斷路器的固有分閘時間為0.06s,取繼電保護整定時間為3s,則短路電流持續(xù)時間:10KV其他饋出線斷路器也得選擇,除了最大長期工作電流按每個回路的最大負荷電流計算外,其余參數(shù)均相同,且每個回路的最大負荷電流均小于變壓器回路的電流,為了計算方便也選用SN10-10/2000型。其技術參數(shù)如表4-3所示。 表4-3 少油斷路器技術參數(shù)表型號

23、額定電壓額定電流額定短路開斷電流額定短路關合電流固有分閘時間額定開斷容量4S熱穩(wěn)定電流SN10-10/200010kV2000A43.3kA130kA0.06S750MVA43.3kA4.2隔離開關的選擇表4-4 隔離開關參數(shù)選擇項 目參 數(shù)技術條件正常工作條件電壓、電流、頻率、機械荷載短路穩(wěn)定電壓動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流和持續(xù)時間承受過電壓對地和斷口之間的絕緣水平、泄露比距操作性能分合小電流、旁路電流和母線環(huán)流,操作機構環(huán)境條件環(huán) 境環(huán)境溫度、最大風速、覆冰厚度、相對溫度、污穢、相對濕度、海拔高度、地震烈度環(huán)境保護電磁干擾隔離開關的選擇除了不校驗開斷電流以外,其余與斷路器的選擇相同。因為隔離開

24、關與斷路器串聯(lián)在回路中,網絡出現(xiàn)短路故障時,對隔離開關的影響完全取決于斷路器的開斷時間。故計算數(shù)據(jù)與斷路器選擇時的計算數(shù)據(jù)完全相同。4.2.1 60KV側隔離開關的選擇本設計方案60kV側其設置16組隔離開關,為了便于儲備元件均選用同類型的隔離開關,即GW4-60G/630型。GW系列的隔開關是220kV及以下,系列較全,雙柱式,可高型布置,重量較輕,可手動,電動操作。計算數(shù)據(jù)合隔離開關的參數(shù)列于表4-5中。 表4-5 60kV隔離開關技術參數(shù)表計算參數(shù)GW4-60G/63060kV63kV192.46A630A6.58kA20kA57.374.2.2 10KV側隔離開關的選擇為了購買和檢修的

25、方便,10kV側的隔離開關均選用GN9-10/1250-40型。其計算數(shù)據(jù)合技術參數(shù)列于表4-6所示。 表4-6 10kV隔離開關技術參數(shù)表計算參數(shù)GN9-10/1250-4010kV10kV1154.734A1250A31.98kA40kA471.754.3互感器的選擇跟斷路器和隔離開關一樣,如下表所示。 表4-7所示 電流互感器的參數(shù)選擇項目參數(shù)技術條件正常工作條件一次回路電壓,一次回路電流,二次回路電流,二次側負荷,準確度等級,暫太特性,二次級數(shù)量,機械荷載短路穩(wěn)定性動穩(wěn)定倍數(shù)、熱穩(wěn)定倍數(shù)承受過電壓能力絕緣水平,泄露比距環(huán)境條件環(huán)境溫度,最大風速相對濕度,污穢,海拔高度,地震烈度 表4-

26、8所示 電壓互感器的參數(shù)選擇項 目參 數(shù)技術條件正常工作條件一次回路電壓,二次電壓,二次負荷,準確度等級,機械荷載承受過電壓能力絕緣水平,泄露比距環(huán)境條件環(huán)境溫度,最大風速相對濕度,污穢,海拔高度,地震烈度4.3.1電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇根據(jù)額定電壓、裝置種類、結構形式、準確度級以及按副邊負載選擇。而副邊負荷是在確定二次回路方案以后方可計算。故互感器初選形式如表4-9所示。 表4-9 電壓互感器技術參數(shù)表形式最大容量(VA)額定電壓變比(KA)額定容量(VA)原線圈副線圈輔助線圈0.5級1級3級JCC1-60200060/0.1/30.1/32005001000JDZ-1050010

27、/0.1/30.1/360120300由于電壓互感器與電網并聯(lián)。當系統(tǒng)發(fā)生短路時,互感器本身并不遭受短路電流的作用,因此不需要校驗動穩(wěn)定與熱穩(wěn)定。4.3.2電流互感器的選擇60KV側電流互感器的選擇根據(jù)電壓等級合電流互感器安裝處的長期最大工作電流,可選LCWB5-63型號的電流互感器。電流互感器的參數(shù)如表4-10所示。 表4-10 60KV電流互感器技術參數(shù)表型號額定電壓額定一次電流額定二次電流準確級短時2S熱電流動穩(wěn)定電流LCWB5-6363kV2100A5A0.5/B10.5-21kA27-54kA動穩(wěn)定校驗公式:熱穩(wěn)定校驗公式: 10KV側電流互感器的選擇10KV側電流互感器可根據(jù)安裝地

28、點合最大長期工作電流來選擇。電流互感器的參數(shù)如表4-11所示。 表4-11 10KV電流互感器技術參數(shù)表型號額定電壓額定一次電流額定二次電流準確級短時1S熱電流動穩(wěn)定電流LDJ-1010kV1200-3000A5A0.5/340kA100kA動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗與60KV側的電流互感器的校驗公式是相同的。4.4母線的選擇4.4.1 60KV側母線的選擇遠期最大負荷運行小時為5000h,故查手冊得經濟電流密度=1.06A/mm2,則經濟截面為:在電氣工程設計手冊 1 中查得,應選的母線為LGJ-185K實際環(huán)境溫度和海拔有關的綜合修正系數(shù)為了使導線統(tǒng)一和購進材料得方便,60KV側的所有母線均選用L

29、GJ-185型母線。4.4.2 10KV側母線的選擇由于10kV側的母線承受著較大的負荷電流,傳輸容量也較大,根據(jù)規(guī)定應按經濟電流密度選擇。遠期最大負荷運行小時為5000h,故查手冊得經濟電流密度,則經濟截面為:查手冊選LMY-2(808)=1280mm2的母線,按最大長期工作電流校驗,水平放置、環(huán)境溫度為40時,允許流量為:熱穩(wěn)定校驗使用的公式為:動穩(wěn)定校驗:選取絕緣子的跨度L為開關柜的寬度L=1200mm,相間距離a=250mm,在短路電流作用下單位長度所受的最大電動力為: 在電動力的作用下母線所受的最大彎矩為:M=FL/8因為母線采用水平放置,其截面系數(shù):W=bh2/6母線材料的最大計算應力為: =M/W查手冊得母線允許應力為:比較和來校驗所選母線的動穩(wěn)定性。第五章 實踐總結很高興能夠在大學即將畢業(yè)之際在中石油錦州石化公司熱電廠變電所

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