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(shè)計院有限公司，上海200063）

0 引言

一個完備的保護配置系統(tǒng)，是發(fā)電廠發(fā)電機組能在故障時盡快消除異常狀態(tài)、迅速恢復(fù)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(fā)電廠電氣設(shè)計工作中的重要部分。作為保護配置判定中重要的環(huán)節(jié)——單相接地故障電流的計算一直沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各計算方法間也沒有系統(tǒng)的對比。

本文利用某百萬千瓦電廠的實際廠用電系統(tǒng)，在ETAP仿真軟件中進行仿真和短路電流計算，結(jié)合DL/T 5153—2014《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)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(tǒng)短路電流計算曲線》的內(nèi)容進行對比分析，得出二者結(jié)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(guī)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(lián)的短路電流值，且在海外工程中得不到認(rèn)可。

文獻[4]介紹了IEC標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)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(guān)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(guān)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(fā)，可以進行設(shè)計、仿真，進行發(fā)電、傳輸、配電和獨立電力系統(tǒng)等方面的分析。

ETAP軟件是以工程來管理工作的，可實現(xiàn)潮流計算、短路分析、繼電保護配合、暫態(tài)穩(wěn)定分析、電動機起動分析、諧波分析、可靠性評估、優(yōu)化潮流、設(shè)備參數(shù)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(biāo)準(zhǔn)，其中低壓網(wǎng)絡(luò)單相接地故障電流的計算過程為：

圖1 380 V系統(tǒng)短路電流計算曲線示例

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算曲線結(jié)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(tǒng)的基礎(chǔ)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(jié)果與短路電流計算曲線結(jié)果進行比較。

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(guān)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(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(jié)果如圖6所示。

由變壓器提供的故障電流IE=12.92 kA。

短路電流計算曲線查得的故障電流如圖7所示，由于多根并聯(lián)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(jié)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(guān)系曲線2

圖6 汽機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(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，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(guān)系曲線2

4 結(jié)語

通過對比多次仿真結(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(jié)果對比表

這是因為短路電流計算曲線為計算數(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)的運行狀況、物理接地方式、電纜敷設(shè)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(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程：DL/T 5153—2014[S].

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

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

[4]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)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(shè)計院.電力工程電氣設(shè)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(yè)出版社，2001.