基于ETAP軟件的石化裝置電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算

基于ETAP軟件的石化裝置電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算大型石化工程設(shè)計(jì)中，ETAP軟件的仿真計(jì)算的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，本文針對應(yīng)用最多的短路電流計(jì)算模塊結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行分析總結(jié)。根據(jù)石化電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，以一個(gè)較為典型的系統(tǒng)作為案例，在介紹建模、參數(shù)錄入的同時(shí)，分析經(jīng)常易忽略的問題。著重分析和探討對于短路電流計(jì)算方法的選擇以及計(jì)算結(jié)果的處理。標(biāo)簽：石化電力系統(tǒng)，ETAP軟件，短路電流計(jì)算1引言短路電流計(jì)算是電氣設(shè)計(jì)工作中非常重要的一環(huán)，也是較為復(fù)雜的環(huán)節(jié)之一。首先有多種計(jì)算方法，例如等效電壓源法、疊加法、實(shí)用計(jì)算法、運(yùn)算曲線法和暫態(tài)解析法等。其次計(jì)算工具隨著技術(shù)的進(jìn)步越發(fā)的多樣，從一開始的人工手算，編程運(yùn)算到近年來各種計(jì)算工具軟件的問世，例如博超、Paladin和ETAP。每種工具軟件都基于不同的標(biāo)準(zhǔn)、算法，操作也各有特色。本文結(jié)合一個(gè)較為簡單的石化企業(yè)供配電系統(tǒng)來總結(jié)分析ETAP軟件短路計(jì)算模塊的應(yīng)用和注意事項(xiàng)，關(guān)于具體的操作方法可參考軟件使用說明。2系統(tǒng)模型建立及參數(shù)錄入2.1模型建立石化企業(yè)用電負(fù)荷一般為一、二級負(fù)荷，多采用雙電源單母分段接線，正常情況分列運(yùn)行，因此可以簡化成一路電源單母線的模型來做短路計(jì)算。根據(jù)主接線圖，可以在ETAP軟件中創(chuàng)建模型。完成基礎(chǔ)模型的創(chuàng)建，接下來進(jìn)入?yún)?shù)錄入環(huán)節(jié)。在參數(shù)錄入前，應(yīng)將基礎(chǔ)模型復(fù)制為兩個(gè)副本，一個(gè)作為最大運(yùn)行方式的計(jì)算模型，另一個(gè)作為最小運(yùn)行方式的計(jì)算模型。如無特殊要求，短路電流計(jì)算一般按照IEC60909標(biāo)準(zhǔn)的等效電壓源法執(zhí)行，針對標(biāo)準(zhǔn)的要求，在參數(shù)錄入時(shí)有些要注意的事項(xiàng)。2.2等效饋電網(wǎng)絡(luò)等效饋電網(wǎng)絡(luò)主要輸入對應(yīng)運(yùn)行方式下的短路容量和電壓。需要注意的是，這里要輸入的電壓均為標(biāo)稱電壓，不是實(shí)用計(jì)算法中的平均電壓。另外一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是X/R。在IEC60909-1中推薦采用等效頻率法計(jì)算X/R，但是通常很難得到上級計(jì)算的X/R值，也沒有計(jì)算所需的參數(shù)等效電網(wǎng)輸入?yún)?shù)如下：2.3變壓器變壓器的輸入?yún)?shù)應(yīng)該從銘牌上查得，但是在工程設(shè)計(jì)階段往往設(shè)備還沒有采購，參數(shù)取值應(yīng)盡量參考標(biāo)準(zhǔn)及工具手冊。關(guān)于X/R值可參考《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊1電氣一次部分》。2.4電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的輸入?yún)?shù)對于同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)略有區(qū)別。電動(dòng)機(jī)除了常規(guī)的額定容量、功率因數(shù)外，同步電機(jī)還需要輸入同步電抗百分?jǐn)?shù)和Xd”/R2，而異步電動(dòng)機(jī)需要輸入的是LRC%（起動(dòng)電流倍數(shù)）。參數(shù)應(yīng)盡可能讓設(shè)備生產(chǎn)商提供。2.5電纜電纜的阻抗參數(shù)可查閱《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊（第四版）》，需要注意的是，最大運(yùn)行方式下的計(jì)算模型應(yīng)輸入的是20℃時(shí)的電纜阻抗，最小運(yùn)行方式下應(yīng)輸入較高溫度的電纜阻抗（如70℃）。2.6等效負(fù)荷當(dāng)?shù)蛪贺?fù)荷主要為普通異步電動(dòng)機(jī)和饋電時(shí)，為簡化建模，常用等效負(fù)荷來替代。參數(shù)錄入僅輸入額定電壓、計(jì)算容量、功率因數(shù)、電動(dòng)機(jī)負(fù)荷占比和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)即可。3短路計(jì)算模塊的設(shè)置3.1運(yùn)行方式的設(shè)置短路電流計(jì)算前，首先要明確分析的系統(tǒng)屬于近端短路還是遠(yuǎn)端短路。當(dāng)系統(tǒng)帶有大容量電動(dòng)機(jī)且電纜線路較短時(shí)，應(yīng)視為近端短路，即三相短路的周期分量應(yīng)計(jì)入各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的反饋電流。3.2短路分析案例設(shè)置短路分析案例的設(shè)置是計(jì)算前的最后準(zhǔn)備工作，也是最容易有疏漏的環(huán)節(jié)。首先是選擇故障母線。本案例的故障母線根據(jù)工程設(shè)計(jì)的需要，選擇Bus01（10kV母線），Bus02（0.4kV母線），最小運(yùn)行方式計(jì)算模型還要加上Bus4（Mtr1接線端）。簡易操作教程往往僅講述這一步，其他的設(shè)置選項(xiàng)都按默認(rèn)操作即可。而實(shí)際上還有幾個(gè)設(shè)置選項(xiàng)不應(yīng)忽略。如圖3.1所示。圖3.1中首先應(yīng)注意的是標(biāo)準(zhǔn)的選擇，按國家推薦標(biāo)準(zhǔn)，我們選擇IEC；其次是電壓系數(shù)c的設(shè)置。電壓系數(shù)c的選擇在IEC60909（GB/T15544）中有具體要求建議選擇用戶定義c因子，按照表內(nèi)數(shù)值輸入。對于低壓系統(tǒng)的cmax，允許電壓偏差在±6%時(shí)，選擇1.05，允許電壓偏差在±10%時(shí)，選擇1.1。圖3.1中X/R的計(jì)算方法默認(rèn)為方法C。方法C（等效頻率法）為標(biāo)準(zhǔn)推薦算法，具體可參考GB/T15544。4計(jì)算結(jié)果及分析理論上ETAP可以計(jì)算故障點(diǎn)在所有母線及設(shè)備連接點(diǎn)在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的短路電流有效值，包括周期分量和非周期分量。但在工程設(shè)計(jì)中不需要這么多數(shù)據(jù)，我們僅需要提取設(shè)計(jì)工作中需要的數(shù)據(jù)。那么首先要明確我們需要哪些短路電流的數(shù)據(jù)以及它們的用途。針對本案例，需要的計(jì)算數(shù)據(jù)詳見下表：注：表中設(shè)備及材料的選擇指的是選擇開關(guān)的分?jǐn)嗄芰蛣?dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。5結(jié)論ETAP軟件功能強(qiáng)大，擁有潮流計(jì)算、短路計(jì)算和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)仿真等眾多功能模塊，特別是短路電流計(jì)算在國內(nèi)外都有廣泛的應(yīng)用。它不僅滿足工程設(shè)計(jì)精度的需求，也提高了設(shè)計(jì)工作的效率與質(zhì)量。對于ETAP的使用還有很多問題需要深入研究，希望本文的總結(jié)能對其他用戶有所啟發(fā)。參考資料：[1]唐春華，戴江江，賈云浪.大型石化企業(yè)電力系統(tǒng)建模和仿真計(jì)算[J].電氣技術(shù)，2007.[2]弋東方，鐘大文.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊1電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，1989.[3]中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊（第