科技与创新┃Science and Technology &Innovation
2019年第07期
文章编号：2095－6835（2019）07－0052－02
基于ETAP 软件的低压电网短路电流计算
郑晓伟
（中海油石化工程有限公司，山东青岛266000）
摘要：针对低压电网短路电流计算问题，通过实例介绍了短路电流计算的过程和方法，并应用ETAP 软件进行
了仿真分析，对比分析计算结果。基于ETAP 软件完成短路电流计算，具有速度快、结果准确等优点，为设计工作提供了便利。
关键词：电气工程设计；低压电网；短路电流；ETAP 软件中图分类号：TM744文献标识码：A DOI ：10.15913/jki.kjycx.2019.07.052
1短路电流计算的基本概念
短路电流计算是电力系统设计过程中必须进行的计算分析工作。计算得到的最大短路电流值，用以校验电气设备的动稳定性、热稳定及分段能力，整定继电保护装置；计算得到的最小短路电流值，用于选择熔断器、设定保护定值或作为校验继电保护装置灵敏系数和校验电动机起动的依据。
在实际设计过程中，计算短路电流工作量大，还往往遇到配电方案反复调整和负荷容量多次变化等情况，设计人员需要多次计算，费时费力，一个参数的变化可能就要重新计算。设计人员通过软件计算便可有效解决这一问题。ETAP 软件作为电气设计专业软件，可以进行潮流分析、短路分析、电动机起动
分析、电力系统暂态稳定分析、继电保护分析、接地网分析等，具有建模快捷方便、参数设置合理、计算分析能力强大等优点。本文仅以实用短路电流计算为例，分析ETAP 软件的应用。2短路电流计算过程2.1电路元件阻抗计算
在计算低压网络短路电流时，变压器高压侧系统阻抗需要计入。变压器高压侧系统阻抗可按下式计算：
.
m  103s 2
n s Ω）（⨯'
'=S cU Z （1）
如果无电阻R s 和X s 的确切值，可按下式计算：
R s =0.1X s ，X s =0.995Z s .
（2）
式（1）（2）中：U n 为变压器低压侧标称电压，0.38kV ；c
为电压系数，计算三相短路电流时取1.05；s
S ''为变压器高压侧系统短路容量，MVA ；R s ，X s ，Z s 为归算到变压器低压侧的高压系统电阻、电抗、阻抗。2.2计算短路电流
低压网络三相短路电流计算电路如图1所示。三相起始短路电流交流分量有效值按下式计算：
kA.
2303
/"2k
2k
k
n X
R Z cU I +==
（3）R k =R s +R T +R m +R L ，X k =X s +X T +X m +X L .
（4）
式（3）（4）中：R k ，X k ，Z k 为短路电路总电阻、总电抗、总阻抗；R s ，X s 为变压器高压侧系统的电阻、电抗（归算到400V 侧）；R T ，X T 为变压器的电阻、电抗；R m ，X m 为变压器低压侧母线段的电阻、电抗；R L ，X L 为配电线路的电阻、
电抗。
（a
）系统图
（b
）等效电路图
（c ）用短路阻抗表示的等效电路
图1低压网络三相短路电流计算电路
当
2/2
S 2S 2T 2T ≥++X R X R 时，变压器低压侧的短
路电流交流分量不衰减，即三相短路电流稳态值I k =I ".
单相短路电流可按下式计算：
kV.  220
3/php
2php
2
php
n ''k1Z X
R
U I =
+=
（5）
式（5）中：R php ，X php ，Z php 分别为短路电路的相保电阻、相保电抗、相保阻抗。
在实际设计过程中，可以通过列写短路电流计算表，清楚方便地计算出低压电网三相和单相短路电流。
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2.3工程实例
本文通过某项目配电网络实例，分别利用实用法和ETAP建模的方法计算短路电流。该项目变电所变压器接线如图2所示，其具体参数为变压器高压侧系统短路容量s S''
=200MVA，变压器为S9系列10/0.4kV、1000kVA、D，yn11连接，u k%=4.5、△P k=10.3kW，线路长度标注于图。计算短路点k1、k2、k3、k4、k5处的三相和单相接地故障电流。根据前述短路电流的计算方法算出各短路点的短路电流，表1为三相和单相接地故障电流计算的步骤及结果。
利用ETAP软件进行电力系统辅助设计时，需要建立对象的模型。ETAP软件提供了丰富的电力系统仿真元件，包括发电机、变压器、电力线路、等效负荷、继电器等，建模时只需拖动相应元件即可完成建模，方便快捷。以上述低压网络短路电流计算电路为例，搭建的ETAP仿真模型如图3
所示。
图2低压网络短路电流计算电路
表1低压三相和单相短路电流计算表
序号电路
元件
短路
点
元件阻抗/mΩ
短路点阻抗
/mΩ
三相短
路电流
/kA
单相短
路电流
/kA k
k
R
X
短路冲
击系数
短路冲
php实例计算
击电流
短路全电
流最大有
效值R X R php X php Z k Z php I＂I d
K p i p I p
1系统S0.080.800.050.53
2变压器  1.657.00  1.657.00
3母线m0.140.850.39  1.85
41+2+3k1  1.878.65  2.099.388.859.6125.9922.89  4.63  1.51  2.14I＂  1.23I＂5线路L10.100.340.340.79
64+5k2  1.978.99  2.4310.179.2010.4625.0021.03  4.56  1.50  2.12I＂  1.22I＂7线路L2  3.0010.2010.1423.64
86+7k3  4.9719.1912.5733.8119.8236.0711.60  6.10  3.86  1.44  2.04I＂  1.18I＂9线路L3  5.750.9025.89  2.20
108+9k410.7220.0938.4636.0122.7752.6910.10  4.18  1.87  1.19  1.68I＂  1.04I＂11线路L4  2.400.769.77  1.61
124+11k5  4.179.4111.8610.9910.2916.1722.3513.61  2.26  1.25  1.77I＂  1.06I＂
图3ETAP仿真模型
模型搭建完毕后，需要录入将要执行的分析所需要的数据，双击模型的元件图标，打开元件编辑器，即可录入相关参数。ETAP提供了强大的短路电流计算分析功能，其计算方法依据IEC标准，只需点击“模式”工具栏中的“短路分析”按钮，即进入短路分析环境，设置短路点，点击右侧分析工具栏内的“起动三相短路电流计算”按钮，即可进行短路分析。仿真结果在模型上直观显示，如图4所示，也可以以输出报告的形式给出。
从ETAP软件的计算结果看，其值偏大，主要受电动机反馈电流、截取精度和温度对电缆阻抗的影响，总体看来，其值偏差不大，可以忽略。利用ETAP软件进行短路电流计算，可以方便地设置不同短路点和修改元件参数，快速得到短路电流数据，为整定继电保护装置提供了基础。
图4ETAP仿真结果
3总结
结合实例介绍了低压电网短路电流的计算方法，并通过ETAP软件仿真分析短路电流。可以看出，利用短路电流计算表格，可以步骤清晰地计算出短路电流；运用ETAP软件
（下转第55页）
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灯泡的舵机，控制随车转向，信号由两个按键开关来控制）。3软件部分设计
为了实现程序的可移植性，我们将本设计的程序分为多个模块去写，并且各个模块也同时采用了相应的形参作为接口。本设计程序的编写主要采用Keil 软件编写与调试程序，程序语言采取通俗易懂和可移植性高的C 语言进行编写。设计程序的编写主要包括main 函数、control 函数、定时函数、消抖函数等。给模块上电后，首先会对相关参数进行初始化设置，然后通过各个模块的控制给出相应的指令，从而实现智能车灯、自动大灯等功能。
灯光亮度控制逻辑描述如图3
所示。
第一级亮度第二级亮度第三级亮度
第一级亮度第三级亮度
图3灯光亮度控制逻辑描述图
4调试过程4.1电源模块调节
系统需要12V 和3.3V 两种电压，通过电源适配器和降
压模块提供，其中电源适配器是220V 转换为12V ，无需调节；3.3V 由降压模块得来，需要调节模块，实现12V 转换为3.3V ，用万用表来测量。4.2光敏电阻模块调节
最下面一排灯是常亮的，需要调节光敏模块来控制另外两组灯的开启。这里选取时间点为大概3月份18：00左右的亮度来作为临界光敏值。4.3红外感应模块调节
整个设计基本完成时，开始第一部亮度调试。因为下面那排LED 灯的亮度是恒定不变的，不作调节，主要调节上面那一排LED 灯和中间的主灯泡。在程序中更改PWM 波的占空比，中间用一个MOS 管当开关，便能实现两部分灯的亮度自动调节。4.4灯光角度调节
先将上面那一排灯在会车时往下调节一定角度，用舵机来实现，测试是在第一个红外模块感应到会车时舵机调节，直至第三个红外模块感应时舵机回调；然后是中间主灯泡的调节，也是用舵机来实现舵机由两个按键开关控制，分别向右转动和回转。5结语
本文设计的基于STM32F103单片机的汽车前照灯智能控制系统，是大学生创新实践项目，此项目的初衷是为了提高车辆会车时的安全性，到项目结束时完成了智能开闭、亮度及角度自动调节、弯道转灯等
功能，尤其是在夜间，从而便利我们的生活，也为降低交通事故发生的概率作出微薄的贡献。参考文献：
［1］雷雨海.前照灯智能化控制［J ］.交通科技与经济，2004
（5）：42-43．
［2］河北省交通局.GB 7454—1987机动车前照灯使用和光
束调整技术规定［S ］.北京：中国标准出版社，1987．［3］房旭，姚勇，刘军，等.智能汽车前照灯系统（AVS ）
研究［J ］.天津汽车，2006（4）：17-24.
〔编辑：严丽琴〕
（上接第53页）
进行计算时，计算速度快，结果准确，方便修改参数。在实际设计过程中，设计人员可根据项目需要，合理选择短路电流计算方法。参考文献：
［1］中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手
册［M ］.第3版.北京：中国电力出版社，2005.［2］朱慧.ETAP 仿真软件在化工企业电力系统设计中的应用
［J ］.化工自动化及仪表，2014，9（41）：1073-1076.
［3］董东来，陆军.基于ETAP 软件的电力系统短路电流计
算及其在大型油库配电系统中的应用［J ］.新型工业化，2014（1）：102-106.————————
作者简介：郑晓伟（1983—），男，本科，中级工程师，从事石油化工电气设计方面的工作。
〔编辑：张思楠〕
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