1、48卷增刊 2007年l1月 中 国 造 船 SHIPBUILDING 0F CHINA Vo148 Special NOV2007 文章编号：1000-4882(2007)S一037804 发电机出口端短路电流计算方法分析 杜银昌，姜海滨，杨健 (海洋石油工程股份有限公司，天津300451) 摘要 从应用EDSA软件计算发电机出口端短路电流出发，分析了两种IEC标准算法在发电机出口端短路电 流计算的异同点，得出了海上平台电力系统计算发电机出口端短路电流的合理算法，并推荐该算法作为海 上平台电力系统发电机出口端短路电流的标准算法。 关 键词：EDSA；发电机；短路电流；近海平台 1 引言 从1
2、999年起，我公司采用了美国EDSA微系统公司研发的大型交直流电力系统分析软件作为海 上平台电力系统电气分析的工具，收到了良好的使用效果，大大提高了电气系统分析计算的精度和效 率。EDSA软件能根据IECIEEE等国际知名的电气权威机构制定的电力系统分析方法，提供快捷高 效的计算结果。 在电力系统短路电流计算过程中，EDSA提供了IEC和IEEE等机构制定的多种标准算法，其中 IEC规范60909和61363是我公司进行海上平台电力系统计算分析的最常用的两种计算标准。 在使用过程中，设计人员发现IEC60909和IEC61363两种标准算法在发电机出口端的短路电流计 算上存在较大的差值，严重时
3、，两种算法得出的结论甚至相差一倍左右。本文的目的在于从算法机理 出发，分析两种算法的异同点，找出差异存在的原因，并得出对于海上平台电力系统而言采用哪种算 法更为合理、精确的结论。 2 IEC两种短路电流算法的介绍 IEC60909标准的英文全称为：Shortcircuit calculation in threephase ac systems；IEC61363标准的 英文全称为： Shortcircuit current evaluation with special regard to rated circuit capacity of circuitbreakers in install
4、ations in ships。从字面上理解，909是面向普遍的三相交流电力系统，363,1J是 更针对船舶等的三相交流系统。 21发电机出口端短路电流的计算方法IEC60909 通常情况下，初始(T2)时发电机出口端三相短路电流对称(交流)分量的计算公式如下： 箍 对于发电机而言，Z = G+ )，这样便得 I k” 一 维普资讯 http:/ 48卷增刊 杜银昌等：发电机出口端短路电流计算方法分析 379 式中 G Cmax 。 按照IEC60909对 参数引入的说明，如果发电机不经单元变压器而直接连接到一个低压或中 压网络的话，则必须引入阻抗修正因数 来校正发电机短路阻抗。因此，对于海上
5、平台电力系统而 言，发电机都是直接连接到低压或中压网络的，并没有在发电机后接单元变压器后并网运行，这样对 于海上平台发电机出151端短路电流计算，如果采用IEC60909算法， 因数是必须考虑的。 有了以上算法，可以引入一个例子来计算一下。假设有一台发电机具有下述参数：S=1000kVA、 U =105中kV、3Ph3W、50Hz、PF=08、 ；=8、系统电压为10kV，考虑到RG ：， 忽略不计，则根据909算法： K ：一10 ：09996 11 10巫。72 )72。( ) 22发电机出口端短路电流的计算方法IEC61363 IEC61363在计算发电机馈送的短路电流时，采用了电机学中
6、较为精确的计算公式，不仅考虑了 短路电流的超瞬态衰减过程，而且还考虑了短路电流的瞬态衰减过程，发电机的稳态短路电流也考虑 进去了。其计算公式如下： )= 一 )e + 一 ) “ + ； (3) 如果忽略瞬态衰减过程(当然，IEC61363也明确指出这种忽略的方法不推荐应用于超过第一个半周 后的短路电流计算)，式(3)可简化为 )= 一 ) “巧+ 。 (4) 从计算式分析，简化成式(4)的实际原因是认为短路电流与发电机短路后的时间常数有关。一 般发电机的 30ms，而 可能达到1200ms左右，因此约在 2时间时，e-“乃1，这样，式 (4)的简化是可以接受的。 式(4)中的 与 的计算公式
7、为 = 。 ； (5) I =Eq Zd 式中 E：。 ( c。s +R 。 +(专萼sin + ： 。 E 。：( c。s 。+R ) +-sin#o+XdIo) (6) 维普资讯 http:/ 380 中 国 造 船 学术论文 Z：= + ：) z = + ) 仍以上例中列举的发电机为例，采用IEC61363使用的方法进行计算。该发电机具有下述参数： S=1000kVA、U =105kV、3Ph3W、50Hz、PF=08、X：=8、X =15、Xd=1、 =15ms、 =1000ms、 。= ，=55A，考虑到 G ：，忽略不计，则根据363算法： o8 10500 06+88255 65
8、 o8 10500 06+165375-55 48 = 。z：= _7216(A) td- 。z =丽66 48=4。2(A 将上述计算结果代入式(4)，则得： 2)=(7216402)e +402=566(A) 3两种发电机端短路电流计算结果偏差的原因分析 从上述两种发电机出口端短路电流计算公式的对比及计算实例的计算结果看，采用IEC60909算 法的结果(720A)明显比采用IEC61363计算得出的结果(566A)大得多。从计算过程中看，还可以发 现IEC60909算出的结果大致与IEC61363求得的 =E： Z 值大致相等。 IEC60909和IEC61363都是由国际电工委员会正式
9、出版的用于电力系统短路电流计算的指导性文 件，分析这两种标准算法在发电机出口端短路电流计算中出现的差异，就必须考虑这两种算法的应用 前提条件。 IEC61363主要用于非环网结构的有限容量三相交流电力系统短路电流计算，要求电力系统中性 点绝缘或通过阻抗接地以限制流过中性点的短路电流(对于中性点直接接地的电力系统，两相接地并 短路或单相接地短路的短路电流可能大于三相短路电流，IEC61363所介绍的计算方法不适用)； IEC61363采用了较为精确的发电机、电动机短路模型，三相故障发生后的最初l00ms(5T)内该方 法能给出足够精度的计算结果：对于一般的发电机而言，超过100ms(5T)后发电
10、机电压调节器的响 应已经作用明显，而考虑发电机电压调节器作用后的短路电流计算模型是非常复杂的，并不在 IEC61363考虑的范围之内。 IEC6o909的适用范围则比较广泛，简单或复杂电力网络结构均能采用这一方法。它简化了发电 机近端的短路电流计算，只考虑了短路电流的超瞬态衰减过程。对于远端短路情况而言，由于发电机 阻抗占短路电路总阻抗的比率已经较小，两种计算方法的结果又比较接近了。 4两种发电机端短路电流计算方法的应用 维普资讯 http:/ 48卷增刊 杜银昌等：发电机出口端短路电流计算方法分析 38l 综上所述，显然可见，对于发电机端三相短路电流计算而言，IEC6 1 363比IEC60
11、909具有更高的 精确度。同时，可以肯定IEC60909的计算结果具有较大的正误差，因此这两种方法在设计人员进行 选型设计时是可以通用的；只有在进行继电保护整定等须要知道故障点精确短路电流值的时候， IEC61363具有更好的效果。 对于目前的海上平台电力系统而言，由于中性点接地方式的多样性，有时候IEC61363应用的条 件已经不再满足，例如对于中性点直接接地的系统，三相短路电流并不一定就是最大短路电流，用 IEC61363提供的计算方法，不能满足分析要求；这时就必须引入IEC60909来判断最大短路电流的故 障方式。因此，设计人员在进行短路电流计算时，应综合考虑各方面的因素，针对不同计算目
12、的，选 择合适的计算方法。 参考文献： 【1】 International Electrotechnical Commission“Electrical installations of ships and mobile and fixed offshore units Procedures for calculating short-circuit currents in three-phase aC”Typeset and printed by the 1EC Central Offiec GENEVA，SWITZERLAND1998 【2】International Electrotec
13、hnical Commission“Shortcircuit currents in three-phase acsystemsCalculation of currents” Typesetand printedbythe1ECCentralOfficeGENEVA，SEITZERLAND2001 The Analysis of Short Circuit Current Calculation for Generator Outgoing Terminal DU Yin-chang，JIANG Hai-bin，YANG Jian (Offshore Oil Engineering Co，L
14、td，Tianjin 30045 1，China) Abstract The two IEC calculation methods for short circuit current of generator outgoing terminal are analyyed and compares in this paper,The method reasonable to offshore platform generator is presented，and the method as the standard cMculion method for generator outgoing terminal is recommended Key words：EDSA,generator,short circuit current；offshore platform 作者简介 杜银昌 男，1975年生，工学学士，工程师。主要从事海洋工程电气设计工作。 姜海滨 男，1974年生，工学学士，工程师。主要从事海洋工程电气设计工作。 杨健 男，1978年生，工学硕士，工程师。主要从事海洋工程电气设计工作。 维普资讯 http:/
