低壓廠用系統單相接地故障電流ETAP仿真結果與短路電流計算曲線結果的對比

李 瑩 裴善鵬 郭燕容

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南250013；2.華東電力設計院有限公司，上海200063）

0 引言

一個完備的保護配置系統，是發電廠發電機組能在故障時盡快消除異常狀態、迅速恢復正常運行的可靠保證。其中，低壓零序保護作為防御接地短路故障的有效防護措施，其保護配置一直以來都是發電廠電氣設計工作中的重要部分。作為保護配置判定中重要的環節——單相接地故障電流的計算一直沒有統一的標準，各計算方法間也沒有系統的對比。

本文利用某百萬千瓦電廠的實際廠用電系統，在ETAP仿真軟件中進行仿真和短路電流計算，結合DL/T 5153—2014《火力發電廠廠用電設計技術規程》附錄M《380 V動力中心短路電流實用計算法》和附錄N《380 V系統短路電流計算曲線》的內容進行對比分析，得出二者結果之間的差異。

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

文獻[4]介紹了IEC標準中單相接地故障電流的計算方法，IEC方法是國際上更加通用的計算方法，但計算復雜，可采用國際通用的ETAP等仿真軟件進行仿真計算。

1 短路電流計算曲線

在DL/T 5153—2014《火力發電廠廠用電設計技術規程》中，給出了不同容量變壓器在不同的Ud值時三相和單相短路電流和各種截面的電纜長度的關系曲線。

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

2 ETAP仿真單相接地故障電流計算方法

ETAP軟件由美國OTI公司開發，可以進行設計、仿真，進行發電、傳輸、配電和獨立電力系統等方面的分析。

ETAP軟件是以工程來管理工作的，可實現潮流計算、短路分析、繼電保護配合、暫態穩定分析、電動機起動分析、諧波分析、可靠性評估、優化潮流、設備參數評估等工作。本文針對短路分析模塊進行研究。ETAP短路分析模塊中短路電流的計算方法采用IEC標準，其中低壓網絡單相接地故障電流的計算過程為：

圖1 380 V系統短路電流計算曲線示例

式中，Un為低壓系統線電壓（V）；c為電壓系數，取1；R（1）、R（2）、R（0）為正負零序電阻（mΩ）；X（1）、X（2）、X（0）為正負零序電抗（mΩ）；Z（1）、Z（2）、Z（0）為正負零序阻抗（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算阻抗、回路導體阻抗、設備接觸電阻和零回路中阻抗。

3 ETAP仿真結果與查詢短路電流計算曲線結果對比

本模型以某百萬千瓦電廠為依托，在該廠廠用電系統的基礎上作了一定的簡化處理。下面對模型中四條典型線路單相接地故障的仿真結果與短路電流計算曲線結果進行比較。

3.1 水務中心MCCA段

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

ETAP仿真結果如圖2所示。

圖2 水務中心MCCA段單相接地故障仿真結果

由變壓器提供的故障電流IE=8.83 kA。

短路電流計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，380/220 V電動機回路單相短路電流和各種截面銅芯電纜長度的關系曲線1

通過對比可得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）電纜長度：150 m；（4）電纜截面：3×150 mm2。

ETAP仿真結果如圖4所示。

由變壓器提供的故障電流IE=0.887 kA。

短路電流計算曲線查得的故障電流如圖5所示，IB=0.72 kA。

通過對比可得IE＞IB。

3.3 汽機MCCA段

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

ETAP仿真結果如圖6所示。

由變壓器提供的故障電流IE=12.92 kA。

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

通過對比可得IE＞IB。

圖4 輸煤綜合樓MCCB段單相接地故障仿真結果

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

圖6 汽機MCCA段單相接地故障仿真結果

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）電纜長度：50 m；（4）電纜截面：3×150 mm2。

ETAP仿真結果如圖8所示。

由變壓器提供的故障電流IE=5.99 kA。

短路電流計算曲線查得的故障電流如圖9所示，IB=4.99 kA。

通過對比可得IE＞IB。

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

圖8 鍋爐保安MCCA段單相接地故障仿真結果

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

4 結語

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

表1 兩種計算結果對比表

這是因為短路電流計算曲線為計算數據，接近理想狀況下的短路電流值，而ETAP仿真綜合考慮了系統的運行狀況、物理接地方式、電纜敷設方式及運行溫度等的影響，因此更接近實際的短路電流值。

[1]火力發電廠廠用電設計技術規程：DL/T 5153—2014[S].

[2]大中型火力發電廠設計規范：GB 50660—2011[S].

[3]賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統繼電保護原理[M].4版.北京：中國電力出版社，2010.

[4]中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005.

[5]水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊 電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，1989.

[6]王春江.電線電纜手冊[M].北京：機械工業出版社，2001.