EDSA仿真软件在钻井船电力系统短路分析中应用

侯四维,宗洪亮

(江苏科技大学 电子信息学院，江苏 镇江 212003)

目前钻井船广泛应用于海洋钻探领域，且具有自航能力和动力定位能力 ，可快速地从一地移动至另一地，经济性好，适用于深水和超深水领域。考虑到远洋钻井采油工作的进行，钻井船电动力系统相当重要，因此在整个钻井船设计前期，电力系统的设计成为重要的部分。

在电力系统设计时精确地推算电网中各点的短路电流，可以合理地选择配电方式和保护装置，以保证电力系统发生短路时，将短路破坏限制到最小。国内外关于船舶电力系统短路电流的计算方法有很多，由于计算目的的不同，计算方法也不尽相同。随着计算机的智能化，这些方法也被计算机化，使得短路电流计算更加方便、可视化。

本文通过EDSA仿真软件的短路电流分析功能,分析1 500米作业水深钻井船项目实例，并给出钻井船电力系统短路电流的分析结果。

1 EDSA概述

EDSA是由美国EDSA公司开发的先进的可视化电气语言，是专门针对于电力系统进行计算、分析、设计、模拟以及提供各种解决方案的综合性软件包。该软件拥有直观及友好的操作界面、强大而完善的计算分析功能、开放式数据库连接,能为电力电气系统进行设计计算、分析、模拟及控制，并提供权威性的理论依据和详细的数据支持，也为电气系统改造提供优化及整改措施，使其实现电气系统全部数据动态管理，也是电气系统管理调度的有效手段。目前被广泛地应用于核电站、海洋平台、发电厂、船舶行业等要求高可靠的场合。因此更好的使用与推广此软件具有一定的现实意义[1]。

其中，EDSA进行仿真分析的操作步骤与人工分析的步骤大致相同。用户通过EDSA的CAD集成环境对接线图与各元器件参数设置修改为例，具体步骤如下：

1)制作一个项目的数据库，根据工程初步设计各设备的选型后，在数据库中编辑各设备的参数，如若EDSA本身数据库有相应需要的设备，可直接调用。

2)绘图步骤，在创建一个新的项目时，首先对主文件设定（设定的信息将影响图纸显示），如Networking setting中包括系统网络的类型，系统短路容量，系统频率，图纸所需显示单位等信息。再次，属性栏设定页面大小。之后，EDSA右侧图标栏拖拽所需的元件。最后，连接支路元件的触头与节点元件。

3)参数输入步骤，在图纸主页，点击不同元器件进行参数配置：如发电机，可以输入常用的名称、电压、功率、功率因数、暂态电抗、次暂态电抗等；母线的系统电压，电阻抗等参数。各元器件的参数根据所需，可随时修改，也可直接从数据库调用所需参数。特别说明，可以根据项目研究的目的，进行相应的参数配置，不需要的参数无需配置。

4)仿真结果显示，分析。

5)完成。

2 短路电流分析程序

EDSA的短路电流分析程序基于ANSI/IEC/IEEE标准，能够进行设备评估、不同短路电流计算方法分析等。并且通过报告与曲线可以清楚的知道短路电流的变化情况。

1）设备评估 。此程序以ANSI/IEEE标准，使用周波来计算设备的分断时间，并通过计算峰值性能、分断性能、瞬时性能等值，选择评估设备。

2）不同短路电流计算方法分析。根据项目需求，选择相应的短路电流计算方法，分析短路点，并显示短路点处的短路电流，结果也以报表及短路电流时间曲线出现。

短路电流分析的基本步骤：1）利用EDSA软件构建电力系统单线图，并将各电气设备参数输入或直接从数据库中选择。2）选择相应的短路电流计算方法。3）选择需要分析的短路点。4）选择分析的周波及结果显示方式。5）观察并分析结果。

3 仿真实例

本文针对1 500米作业水深钻井船工程项目，通过EDSA软件对其电力系统短路电流分析与仿真研究。该钻井船主发电机选用四台型号相同的发电机（P=2 350 kW，U=6.6 kV，x″d=0.09,x′d=0.15,xd=1),一台备用发电机（P=1 600 kW，U=6.6 kV，x″d=0.055,x′d=0.15,xd=1）。 电力系统接线图如图 1 所示。

图1 1500米作业水深钻井船建模Fig.1 1500meterswater depth in drilling ship modeling

从图1可知，临近主汇流排最严重的短路发生在五台发电机组与一台电动机并联的馈送短路电流时，据推荐的钻井船电力系统短路电流计算方法可知，EDSA软件中的IEC61363计算法比较适合分析此项目，计算短路电流时生成一个时间与瞬态电流值的函数曲线，这个方法可以提供更准确的短路电流，适于钻井船电力系统的评估保护、设备选型和整定继电器等[2-3]。

3.1 仿真分析

首先在EDSA软件中绘出电力系统如图1，选择短路电流计算方法IEC61363，对钻井船电力系统短路点进行短路电流计算。

以下列3种不同的状态下，分析图1电力系统的短路电流在1/2周波下的结果以及短路电流随时间衰减的变化曲线[4]。

状态一：主汇流排1短路，五台发电机与一台电动机馈送短路电流。

状态二：主汇流排1与主汇流排2相连接的断路器断开，主汇流排1短路，只有两台型号相同的1#发电机与2#发电机馈送短路电流。

状态三：主汇流排1与主汇流排2相连接的断路器断开，1#发电机出口端短路，只有其本身短路电流与另一台发电机馈送短路电流。

其中每台发电机馈送的短路电流交流分量、直流分量、总电流分别见公式（1）（2）（3）

电动机馈送短路电流交流分量、直流分量、总电流分别见公式（4）（5）（6）

计算得出3种状态下短路电流值如表1所示。相对应的仿真曲线如图2～4所示，为使短路电流仿真曲线与对应直流时间常数曲线变化比较直观，分别设步长为2ms与16ms[5]。

其曲线中符号说明如下：Idc—短路电流直流分量

Iac—短路电流交流分量

Ienv—短路电流上包络线

i—瞬时总电流

Im—交流分量幅值

iac—瞬时交流分量

Tdc-直流时间常

表1 短路电流有效值Tab.1 Short circuit current effective value

图2 短路电流与直流时间常数曲线Fig.2 Short-circuit current and DC time constant

3.2 分析结果说明

由短路电流值与时间衰减的短路电流变化曲线图可知，主汇流排短路点的短路电流主要为发电机与电动机的馈送。发电机1#、2#、3#、4#、5#出口端、电动机进口端与主汇流排1、2短路点短路电流几乎相同，在工程上可视为等同，也表明临近主汇流排馈电线处短路，线路阻抗可忽略不计。

根据得到的短路电流值，可进一步得出此母排处所需断路器的容量为25 kA，即为合适的断路器，作为保护设备，降低了短路的破坏性[6]。

图3 短路电流与直流时间常数曲线Fig.3 Short-circuit current and DC time constant

图4 短路电流与直流时间常数曲线Fig.4 Short-circuit currentand DC time constant

4 结论

EDSA电力系统仿真软件根据分析项目的不同，给出不同的短路电流计算方法，对于繁琐的电力系统，可以很方便、准确的计算出短路电流，并绘出短路电流衰减曲线。分析结果得出电力系统所需的电气设备容量，以此选择合适的电气设备，保证整个电力系统在实际工程中稳定运行。因此，将该软件广泛的推广与应用，对于实际工程具有一定的意义。

[1]高智.基于EDSA的发电厂与变电所电气主接线可靠性分析dation algorithm of power system short circuit currents in ocean engineering[J].Platform,1999(12):25-30.[D].杭州：浙江大学,2002.

[2]董明远，卢雪松，宋艳荣,等.海洋平台电力系统短路电流计算[J].产品与技术供配用电，2012(3):78-79.DONGMing-yuan,LU Xue-song,SONG Yan-rong,etal.Calculation of short circuit currentoffshore platform power system[J].Products and Technology for Power Distribution,2012(3):78-79.

[3]顾洪，何竞爽，盛向明.海洋工程电力系统短路电流的推荐算法[J].海洋平台,1999(12):25-30.GU Hong,HE Jing-suang,SHEN Xiang-ming.Recommen

[4]兰海，赵岩.船舶电力系统短路电流计算方法研究[J].船电技术，2009(7):5-9.LAN Hai ZHAO Yan.Research on the calculationmethod of the ship power system short circuit current[J].The Ship Electrical Technology,2009(7):5-9.

[5]邰能灵，王鹏，倪明杰.大型船舶电力系统关键技术与应用[M].北京：科学出版社,2012.

[6]傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算[M].北京：中国电力出版社，2004.