基于ETAP软件的石化装置电力系统短路电流计算

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基于ETAP软件的石化装置电力系统短路电流计算

作者:何羽洋

来源:《中国化工贸易·上旬刊》2018年第08期

摘要:大型石化工程设计中,ETAP软件的仿真计算的应用已经越来越广泛,本文针对应用最多的短路电流计算模块结合自身的实践经验,进行分析总结。根据石化电力系统的特点,以一个较为典型的系统作为案例,在介绍建模、参数录入的同时,分析经常易忽略的问题。着重分析和探讨对于短路电流计算方法的选择以及计算结果的处理。

关键词:石化电力系统,ETAP软件,短路电流计算

1 引言

短路电流计算是电气设计工作中非常重要的一环,也是较为复杂的环节之一。首先有多种计算方法,例如等效电压源法、叠加法、实用计算法、运算曲线法和暂态解析法等。其次计算工具随着技术的进步越发的多样,从一开始的人工手算,编程运算到近年来各种计算工具软件的问世,例如博超、Paladin和ETAP。每种工具软件都基于不同的标准、算法,操作也各有特色。本文结合一个较为简单的石化企业供配电系统来总结分析ETAP软件短路计算模块的应用和注意事项,关于具体的操作方法可参考软件使用说明。

2 系统模型建立及参数录入

2.1 模型建立

石化企业用电负荷一般为一、二级负荷,多采用双电源单母分段接线,正常情况分列运行,因此可以简化成一路电源单母线的模型来做短路计算。根据主接线图,可以在ETAP软件中创建模型。完成基础模型的创建,接下来进入参数录入环节。在参数录入前,应将基础模型复制为两个副本,一个作为最大运行方式的计算模型,另一个作为最小运行方式的计算模型。如无特殊要求,短路电流计算一般按照IEC 60909标准的等效电压源法执行,针对标准的要求,在参数录入时有些要注意的事项。

2.2 等效馈电网络

等效馈电网络主要输入对应运行方式下的短路容量和电压。需要注意的是,这里要输入的电压均为标称电压,不是实用计算法中的平均电压。另外一个关键的参数是X/R。在IEC 60909-1中推荐采用等效频率法计算X/R,但是通常很难得到上级计算的X/R值,也没有计算所需的参数

等效电网输入参数如下:

2.3 变压器

变压器的输入参数应该从铭牌上查得,但是在工程设计阶段往往设备还没有采购,参数取值应尽量参考标准及工具手册。关于X/R值可参考《电力工程电气设计手册1电气一次部分》。

2.4 电动机

电动机的输入参数对于同步电动机和异步电动机略有区别。电动机除了常规的额定容量、功率因数外,同步电机还需要输入同步电抗百分数和Xd”/R2,而异步电动机需要输入的是LRC%(起动电流倍数)。参数应尽可能让设备生产商提供。

2.5 电缆

电缆的阻抗参数可查阅《工业与民用供配电设计手册(第四版)》,需要注意的是,最大运行方式下的计算模型应输入的是20℃时的电缆阻抗,最小运行方式下应输入较高温度的电缆阻抗(如70℃)。

2.6 等效负荷

当低压负荷主要为普通异步电动机和馈电时,为简化建模,常用等效负荷来替代。参数录入仅输入额定电压、计算容量、功率因数、电动机负荷占比和电动机起动电流倍数即可。

3 短路计算模块的设置

3.1 运行方式的设置

短路电流计算前,首先要明确分析的系统属于近端短路还是远端短路。当系统带有大容量电动机且电缆线路较短时,应视为近端短路,即三相短路的周期分量应计入各台电动机的反馈电流。

3.2 短路分析案例设置

短路分析案例的设置是计算前的最后准备工作,也是最容易有疏漏的环节。首先是选择故障母线。本案例的故障母线根据工程设计的需要,选择Bus01(10kV母线),Bus02(0.4kV 母线),最小运行方式计算模型还要加上Bus4(Mtr1接线端)。简易操作教程往往仅讲述这一步,其他的设置选项都按默认操作即可。而实际上还有几个设置选项不应忽略。如图3.1所示。

图3.1中首先应注意的是标准的选择,按国家推荐标准,我们选择IEC;其次是电压系数c的设置。电压系数c的选择在IEC 60909(GB/T 15544)中有具体要求建议选择用户定义c因子,按照表内数值输入。对于低压系统的cmax,允许电压偏差在±6%时,选择1.05,允许电压偏差在±10%时,选择1.1。图3.1中X/R的计算方法默认为方法C。方法C(等效频率法)为标准推荐算法,具体可参考GB/T 15544。

4 计算结果及分析

理论上ETAP可以计算故障点在所有母线及设备连接点在每个时间点的短路电流有效值,包括周期分量和非周期分量。但在工程设计中不需要这么多数据,我们仅需要提取设计工作中需要的数据。那么首先要明确我们需要哪些短路电流的数据以及它们的用途。针对本案例,需要的计算数据详见下表:

注:表中设备及材料的选择指的是选择开关的分断能力和动、热稳定校验。

5 结论

ETAP软件功能强大,拥有潮流计算、短路计算和电动机起动仿真等众多功能模块,特别是短路电流计算在国内外都有广泛的应用。它不仅满足工程设计精度的需求,也提高了设计工作的效率与质量。对于ETAP的使用还有很多问题需要深入研究,希望本文的总结能对其他用户有所启发。

参考资料:

[1]唐春华,戴江江,贾云浪.大型石化企业电力系统建模和仿真计算[J].电气技术,2007.

[2]弋东方,钟大文.电力工程电气设计手册1电气一次部分[M].北京:中国电力出版社,1989.

[3]中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册(第四版)[M].北京:中国电力出版社,2016.

[4] GB/T 15544.1-2013.三相交流系统短路电流计算第1部分:电流计算[S].北京:国家电网公司国家电力调度控制中心、中国电力科学研究院、西安交通大学,2018.

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