（1. 华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司 杭州 313302；
2. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 杭州 311122）
摘要：针对目前我国大部分厂用电设施陈旧，供电的可靠性有待加强，配电网故障也时常发生，本文提出一种厂用电系统发生故障的诊断方法，其中包括对厂用电潮流负荷的诊断和短路诊断。本方法利用ETAP平台对于目标系统进行建模，然后利用牛顿-拉尔夫方法，对该发电厂的系统模型进行仿真计算，并得到相应的仿真结果。由仿真结果可知，本文提出的诊断方法是有效并且可靠的。
关键字：厂用电，潮流符合诊断，短路诊断，ETAP
1、引言
目前，我国大部分厂用电设施陈旧，供电的可靠性也有待加强，配电网故障经常发生在用电过程中，特别是在运行年限较久以及动作频繁的节点上。因此，在发生厂用电系统故障时能够及时发现并处理好故障问题，确保安全稳定运行，成为我国厂用电智能化改造方面首要解决的问题。目前在国内，对于厂用电系统等电力系统的故障检测手段较多。文献[1]、[2]和[3]针对配电网系统，分别利用了数据关联、电信息采集系统和网络预警的思路对系统进行故障诊断。文献[2]、[4]阐述了如何利用电信息采集系统来进行故障的检测诊断。文献[5]提出了智能系统在故障诊断中的应用。文献[6]、[7]则针对继电保护电源和电力变压器等电力设备做出故障诊断的方案。这些文献提出的方法对于我们建立厂用电诊断模型具有一定的参考价值。
2、ETAP软件系统的优势
ETAP 是功能全面的综合型电力及电气分析计算软件，能为发电、输配电和工业电力电气系统的规划、设计、分析、计算、运行、模拟提供全面的分析平台和解决方案。特别是 ETAP Real-Time 实时系统在大型工矿企业，电力生产及调度部门的推广应用，为政府和企业推进智能电网的发展，推动产业升级，节能减排等，发挥了积极有力的作用，并将产生巨大的社会和经济效益，有着广阔推广和应用的前景。ETAP 软件目前在行业内具有较权威的地位并符合国际通用的分析标准，基于该软件得出的相关分析报告具有一定的权威性，其分析结果符合国内外电力行业的统一认可，因此，该项目基于ETAP软件分析平台进行故障分析，以期得出科学准确的分析结果，为进一步提出有效的升级和改造方案提供依据。
3、厂用电系统常见故障的仿真建模与分析
3.1 基于 ETAP 软件的厂用电潮流负荷及短路诊断建模
本节采用IEC电气标准，计算过程采用“牛顿-拉夫逊”算法，系统默认频率60Hz，最大迭代次数设置为99，精度选择0.0001，考虑设备及电缆损耗和压降，同时排除负荷调整的系数，报警参数设置为10%，对某抽蓄电站主厂房公电用电配电接线图进行潮流及负荷诊断。
由于目标系统规模庞大，受篇幅限制，这里无法展示出所有的仿真工作。故以厂用电潮流仿真的结构图为例，展示系统模型的建立过程，如图1所示。
图1中有1号2号两个公共变压器，都是2.5MVA的规格；还包括了一些开关，三个负载、一个空载等设备。在潮流分析和短路分析的方针实验中，都是以图1所示的结构作为基础的。
3.2 厂用电系统负荷仿真过程的难点
目标电站系统的机组装机容量一般都高达 180 万kW以上，整个系统网架结构复杂，覆盖面大，负荷重且多为大容量的异步电动机。大容量异步电动机的启动与退出对整个系统的冲击很大，使得系统的安全隐患变得愈发突出。
3.3 问题说明
为了能够准确有效地完成预期效果，本文在建模过程中做了一些等效处理，主要有：
（1）公用电变压器一次侧接入的电源是根据 6.3kV 系统中公用变母线发生短路计算所得的短路容量进行等效计算的，其短路阻抗比是根据经验选取的；
（2）对于系统重一部分未知负荷，我们根据经验选取的，这类负荷数值一般不大，主要有机组自用盘母线（取 200kw）、电源箱（取 10kw）、电梯室电源箱（取60kw）、烘箱（取 5kw）等；
4、仿真结果与分析
4.1厂用电潮流诊断的仿真建模和分析
厂用电潮流的仿真结构图如上图1所示，从图中可以看出从 2 号公用变低压侧流入公用配电盘 II 母（30U）的电流为4244 A。考虑实际负荷同时投入系数（取 0.8），正常情况下流入公用配电盘 II母（30U）的电流为 3395A<4000A（母线额定电流），因此公用配电盘 II 母的选型是满足系统要求的。
4.2厂用电短路诊断的仿真建模和分析
三相短路计算，选取 1 段主母排及 225.60 中低压气机配电盘在三相短路的情况，分别计算其短路电流，短路数值如图2所示：
从直流故障电流变化曲线图可以看出故障后的直流分量很大，但在 0.02s 后已缩减为很小的数值，反映在总的故障电流曲线上，在短路后的第一个周期内故障电流很大；在 0.02s 后，故障直流分量大大缩减，短路交流分量起主导作用，有效值分别为 42.53KA 与14.51kA。从总的故障电流曲线图中可以直观看出，主厂房公用电 I 母发生三相短路时的短路电流为 42.53KA<63kA（断路器的额定开关电流）；分盘的短路电流为14.51kA<25kA（断路器的额定开关电流），因此断路器的选型也满足要求。
5、诊断发现的问题以及改进方案
通过对目标厂用电系统进行的全面化的潮流、短路以及故障保护分析，我们认为，从设计的层面来说，排除了由于设计不合理所引起的一系列故障甚至火灾的假设。其故障可能主要集中在以下几个方面：
（1）部分大功率负荷过于集中大负荷基本为异步大电机，启动时冲击电流产生电动力易造成抽屉开关接触部件机械疲劳。
（2）设备失修老化厂用电 MNS 架构老化、可靠性低、抽屉式开关触头形式属于淘汰型号、极易导致抵触不良；可以考虑将配电柜更换为智能配电柜，并建立一套智能化厂用电系统，用于实时监控及预警。
（3）智能化水平过低，对于故障无法实时监测、及时报警厂用电保护整定较乱，级配无法整定。针对这一问题，可以增加最新的智能化设备，配备更加先进、可靠、集成的智能设备。
6、结论
通过上面的工作，我们基于ETAP软件平台，完成了对目标厂用电系统的建模和故障诊断分析。从仿真结果和分析中，使用ETAP软件对厂用电系统故障诊断方法具有很强的实用性、有效性、可靠性和准确性。在准确地定位到厂用电系统故障以后，就可以对系统做出有针对性的改进措施。此后，需要对厂用电系统进行智能化改造，使厂用电的智能化设备能够监视并预报系统可能出现的故障，并对一些简单的故障进行自动地排除。
参考文献：
[1] 吴素我，张焰，苏运，“基于配用电数据关联的中压配电网断线故障诊断方法”[J]，电力自动化设备，2017，37（7）：101-109
[2] 陈靖，吴春洋，何麟，“基于用电信息采集系统的配网故障诊断技术及应用”[J]，安徽电气工程职业技术学院学报，2015，20（1）：13-19
[3] 胡树莹，“配用电通信网故障预警及诊断系统的设计于实现”[D]，北京邮电大学，2012：1-60
[4] 危阜胜，陈锐民，肖勇等，“用电信息采集终端远程故障诊断系统开发与应用”[J]，电测与仪表，2012，49（10A）：105-109
[5] 赵启纯，“人工智能技术在电力系统故障诊断中的应用分析”[J]，电脑知识与技术，2017，13（2）：183-185
[6] 邢溥越，“继电保护用开关电源的故障分析及改进研究”[J]，企业实践，2017：184-185
[7] 茅海东，刘鹏，魁孙韬，“电力变压器状态评估及故障诊断方法”[J]，中国新技术新产品，2017：48-49
论文作者:韩时勋1,叶林1,徐伟康2,郭增福2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/14
标签：系统论文; 故障论文; 电流论文; 负荷论文; 故障诊断论文; 潮流论文; 建模论文; 《电力设备》2017年第20期论文;