低壓廠用系統(tǒng)單相接地故障電流ETAP仿真結(jié)果與短路電流計(jì)算曲線結(jié)果的對(duì)比

李 瑩 裴善鵬 郭燕容

（1.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東濟(jì)南250013；2.華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海200063）

0 引言

一個(gè)完備的保護(hù)配置系統(tǒng)，是發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組能在故障時(shí)盡快消除異常狀態(tài)、迅速恢復(fù)正常運(yùn)行的可靠保證。其中，低壓零序保護(hù)作為防御接地短路故障的有效防護(hù)措施，其保護(hù)配置一直以來(lái)都是發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)工作中的重要部分。作為保護(hù)配置判定中重要的環(huán)節(jié)——單相接地故障電流的計(jì)算一直沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各計(jì)算方法間也沒(méi)有系統(tǒng)的對(duì)比。

本文利用某百萬(wàn)千瓦電廠的實(shí)際廠用電系統(tǒng)，在ETAP仿真軟件中進(jìn)行仿真和短路電流計(jì)算，結(jié)合DL/T 5153—2014《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》附錄M《380 V動(dòng)力中心短路電流實(shí)用計(jì)算法》和附錄N《380 V系統(tǒng)短路電流計(jì)算曲線》的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析，得出二者結(jié)果之間的差異。

文獻(xiàn)[1]中列出了不同變壓器形式與容量、不同電纜材料與規(guī)格下單相接地故障電流計(jì)算曲線，免去了繁瑣的短路電流計(jì)算過(guò)程，但該曲線查不到多根動(dòng)力電纜并聯(lián)的短路電流值，且在海外工程中得不到認(rèn)可。

文獻(xiàn)[4]介紹了IEC標(biāo)準(zhǔn)中單相接地故障電流的計(jì)算方法，IEC方法是國(guó)際上更加通用的計(jì)算方法，但計(jì)算復(fù)雜，可采用國(guó)際通用的ETAP等仿真軟件進(jìn)行仿真計(jì)算。

1 短路電流計(jì)算曲線

在DL/T 5153—2014《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中，給出了不同容量變壓器在不同的Ud值時(shí)三相和單相短路電流和各種截面的電纜長(zhǎng)度的關(guān)系曲線。

例如，圖1為干式變壓器容量為1 600 kVA（Ud=8%）時(shí)，380/220 V電動(dòng)機(jī)回路單相短路電流和各種截面銅芯電纜長(zhǎng)度的關(guān)系曲線。

2 ETAP仿真單相接地故障電流計(jì)算方法

ETAP軟件由美國(guó)OTI公司開(kāi)發(fā)，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真，進(jìn)行發(fā)電、傳輸、配電和獨(dú)立電力系統(tǒng)等方面的分析。

ETAP軟件是以工程來(lái)管理工作的，可實(shí)現(xiàn)潮流計(jì)算、短路分析、繼電保護(hù)配合、暫態(tài)穩(wěn)定分析、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)分析、諧波分析、可靠性評(píng)估、優(yōu)化潮流、設(shè)備參數(shù)評(píng)估等工作。本文針對(duì)短路分析模塊進(jìn)行研究。ETAP短路分析模塊中短路電流的計(jì)算方法采用IEC標(biāo)準(zhǔn)，其中低壓網(wǎng)絡(luò)單相接地故障電流的計(jì)算過(guò)程為：

圖1 380 V系統(tǒng)短路電流計(jì)算曲線示例

式中，Un為低壓系統(tǒng)線電壓（V）；c為電壓系數(shù)，取1；R（1）、R（2）、R（0）為正負(fù)零序電阻（mΩ）；X（1）、X（2）、X（0）為正負(fù)零序電抗（mΩ）；Z（1）、Z（2）、Z（0）為正負(fù)零序阻抗（mΩ）；Rphp、Xphp、Zphp為相保電阻、電抗、阻抗（mΩ），相保電阻和相保電抗考慮變壓器計(jì)算阻抗、回路導(dǎo)體阻抗、設(shè)備接觸電阻和零回路中阻抗。

3 ETAP仿真結(jié)果與查詢短路電流計(jì)算曲線結(jié)果對(duì)比

本模型以某百萬(wàn)千瓦電廠為依托，在該廠廠用電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上作了一定的簡(jiǎn)化處理。下面對(duì)模型中四條典型線路單相接地故障的仿真結(jié)果與短路電流計(jì)算曲線結(jié)果進(jìn)行比較。

3.1 水務(wù)中心MCCA段

（1）干式變壓器容量：2 500 kVA；（2）電纜材料：銅芯；（3）電纜長(zhǎng)度：36 m；（4）電纜截面：3×95 mm2。

ETAP仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 水務(wù)中心MCCA段單相接地故障仿真結(jié)果

由變壓器提供的故障電流IE=8.83 kA。

短路電流計(jì)算曲線查得的故障電流如圖3所示，IB=7.8 kA。

圖3 干式變壓器容量為2 500 kVA（Ud=8%）時(shí)，380/220 V電動(dòng)機(jī)回路單相短路電流和各種截面銅芯電纜長(zhǎng)度的關(guān)系曲線1

通過(guò)對(duì)比可得IE＞IB。

3.2 輸煤綜合樓MCCB段

（1）干式變壓器容量：2 500 kVA；（2）電纜材料：銅芯；（3）電纜長(zhǎng)度：150 m；（4）電纜截面：3×150 mm2。

ETAP仿真結(jié)果如圖4所示。

由變壓器提供的故障電流IE=0.887 kA。

短路電流計(jì)算曲線查得的故障電流如圖5所示，IB=0.72 kA。

通過(guò)對(duì)比可得IE＞IB。

3.3 汽機(jī)MCCA段

（1）干式變壓器容量：1 600 kVA；（2）電纜材料：銅芯；（3）電纜長(zhǎng)度：20 m；（4）電纜截面：2×（3×185）mm2。

ETAP仿真結(jié)果如圖6所示。

由變壓器提供的故障電流IE=12.92 kA。

短路電流計(jì)算曲線查得的故障電流如圖7所示，由于多根并聯(lián)對(duì)單相接地故障電流影響并不大，因此IB=11.1 kA。

通過(guò)對(duì)比可得IE＞IB。

圖4 輸煤綜合樓MCCB段單相接地故障仿真結(jié)果

圖5 干式變壓器容量為2 500 kVA（Ud=8%）時(shí)，380/220 V電動(dòng)機(jī)回路單相短路電流和各種截面銅芯電纜長(zhǎng)度的關(guān)系曲線2

圖6 汽機(jī)MCCA段單相接地故障仿真結(jié)果

3.4 鍋爐保安MCCA段

（1）干式變壓器容量：1 600 kVA；（2）電纜材料：銅芯；（3）電纜長(zhǎng)度：50 m；（4）電纜截面：3×150 mm2。

ETAP仿真結(jié)果如圖8所示。

由變壓器提供的故障電流IE=5.99 kA。

短路電流計(jì)算曲線查得的故障電流如圖9所示，IB=4.99 kA。

通過(guò)對(duì)比可得IE＞IB。

圖7 干式變壓器容量為1 600 kVA（Ud=8%）時(shí)，380/220 V電動(dòng)機(jī)回路單相短路電流和各種截面銅芯電纜長(zhǎng)度的關(guān)系曲線1

圖8 鍋爐保安MCCA段單相接地故障仿真結(jié)果

圖9 干式變壓器容量為1 600 kVA（Ud=8%）時(shí)，380/220 V電動(dòng)機(jī)回路單相短路電流和各種截面銅芯電纜長(zhǎng)度的關(guān)系曲線2

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比多次仿真結(jié)果可得出ETAP仿真所得的單相接地故障電流值普遍比短路電流計(jì)算曲線值稍大，約為計(jì)算曲線的1.2倍，如表1所示。

表1 兩種計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

這是因?yàn)槎搪冯娏饔?jì)算曲線為計(jì)算數(shù)據(jù)，接近理想狀況下的短路電流值，而ETAP仿真綜合考慮了系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、物理接地方式、電纜敷設(shè)方式及運(yùn)行溫度等的影響，因此更接近實(shí)際的短路電流值。

[1]火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程：DL/T 5153—2014[S].

[2]大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50660—2011[S].

[3]賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].4版.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[4]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[5]水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè) 電氣一次部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，1989.

[6]王春江.電線電纜手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.