电网公司-ETAP-电力系统仿真软件|电力系统在线监测|电气模拟仿真软件|电能质量评估

ETAP发电行业解决方案

一、发电厂电气系统概述：

发电厂是电能生产的行业，生产高度集中、产品单一、生产管理严密。供电与国计民生关系重大，要求供电安全可靠。具有以下特点：

◆ 产、供、销同时实现；电能不能大量囤积和储存。

◆ 生产量与需求量必须对应；否则供电质量下降。

◆ 重要用户要求电网输送和分配有冗余结构，保证输配电安全可靠。

◆ 要求发电厂生产组织和管理将安全、可靠、经济放在首位。

◆ 安全：保证生产过程中的人身、设备安全

◆ 可靠：保证供电的连续性和供电质量

◆ 经济：高效率、低成本供电

二、ETAP软件简介

ETAP是国际通用的电力及电气系统分析计算商业软件，由美国ETAP公司于1984年开发1986年式发布。目前产品和服务已经涵盖全世界100多个国家，全球有40,000多家用户，60,000多个许可证授权，70多家分公司及代理。ETAP也是功能全面的综合型电力及电气分析计算软件，能为发电系统、输电系统、配电系统、微电网系统以及工业电力电气系统提供从规划到设计，从分析、计算、仿真到实时运行控制全面、强大的解决方案。

针对以上发电厂电气系统的一系列特点和问题，ETAP软件可以提供一整套全面、可靠的解决方案。首先在发电厂电气系统系统设计阶段，我们可以采用ETAP下列离线分析计算模块辅助设计：

◆ 潮流计算

◆ 短路计算

◆ 弧闪计算

◆ 暂态稳定

◆ 电动机起动分析

◆ 保护设备配合和动作序列

◆ ……

在发电厂电气系统运行阶段，我们可以使用ETAP实时系统以下功能对整个发电厂的电力进行全面的监测、管理和优化控制等：

◆ PSMS高级监测和仿真

◆ EMS能量管理系统

◆ ILS智能切负荷

◆ ISub变电站自动化

◆ ……

鉴于ETAP强大的功能以及各种权威机构的认证，目前在中国有很大一部分发电行业用户正在使用ETAP帮他们解决电力系统的各种问题：

◆ 江西丰城发电厂有限责任公司

◆ 嘉节热电厂

◆ 上海长兴供电公司

◆ 上海外高桥第三发电有限责任公司

◆ 岭澳核电有限公司（大亚湾核电站）

◆ 海南核电有限公司

◆ ……

三、工程应用实例

下面是某个发电厂电力系统部分单线图，该单线图主要考虑了电网、发电机、变压器（主要是220kV/110kV部分），低压配电部分进行了简化，用等效负荷来代替。接下来我们通过这个实例来演示一下ETAP如何解决前面提到的发电厂电力系统的几个问题。

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图1发电厂电气系统简图

◆ 潮流计算

ETAP潮流计算程序能够计算系统母线电压，支路功率因数，电流以及系统中的功率流向。它同时适用于辐射型系统和环网系统。如图2所示，该发电厂电力系统通过潮流计算直接在单线图上就能看到系统中各母线电压、支路（传输线或电缆）压降和损耗、发电机和负荷的运行状态等，从而指导运行人员制定合理的系统运行方式。比如通过计算发现某条母线电压比较低，我们可以在相关变压器的分接头页面设置相应的参数，从而使变压器进行自动有载调压，计算最佳的变压器分接头位置，从而使母线电压运行百分数接近100%。

另外，ETAP软件还提供了三维数据库的管理，利用工程数据版本、开关分合状态以及案例编辑器，你可以仿真系统各种各样的运行方案，并进行仿真结果的比较分析。

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图2 系统潮流计算结果显示图

◆ 短路计算

短路故障是电力系统最严重的故障，短路所产生的短路电流会对系统造成极大的危害。发电厂进行短路计算是发电厂进行电网规划、设计与运行管理的主要依据。

ETAP短路计算模块依据IEC60909和IEC61363标准，既可以计算三相对称短路也可以计算三相不对称短路，计算结果包括初始对称有效值、峰值电流、直流分量、全电流有效值等，对于你进行开关设备选型、继电保护整定带来极大的便利。

如图3所示，在母线故障时，我们通过短路计算可以求得母线总的故障电流以及各支路的反馈电流。

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图3 系统短路计算结果显示图

◆ 弧闪计算

ETAP弧闪计算模块主要用于估计在发生三相短路故障时的电弧入射能量，并可以确定电弧的保护边界。电弧保护边界是指一名没有穿戴防护设备（PPE）的工作人员与可能发生弧闪的工作地点必须保持的距离。

图4 操作员操作配电箱示意图

图5 ETAP弧闪计算结果图

图6 ETAP弧闪计算标签

◆ 暂态稳定分析

ETAP暂态稳定分析模块主要是用来分析系统变化或发生干扰时电力系统的动态响应和稳定极限。程序模拟电力系统的动态特性，执行用户设定的事件和动作，解系统网络方程和机械微分方程，发现系统和电机在时域内的响应。通过这些响应，用户可以确定系统的暂态特性，作稳定评估，校验保护设备设定，并运用必要的补偿和加强措施来提高系统稳定性。

由于发电厂可靠性的要求，在电力设计初期必要要对发电厂多种运行方式进行预先模拟，进而给出有效的措施，如图5所示，我们对厂用电快切进行暂态稳定仿真，可以看到在快切过程中系统的电压、频率变化以及发电机的功角特性。

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图7系统暂态稳定仿真结果显示图

◆ 电动机加速分析

发电厂有很多大容量的电动机，这些电机在启动时从系统中吸取很大的电流，相当于电机额定电流的六倍左右，使系统产生很大的电压降，并对系统其他负荷的正常动作产生干扰。因为电机加速转矩由电机终端电压决定，所以很多情况下，正在起动的电机由于终端电压较低而无法达到额定速率。这使得发电厂中电机起动分析变得特别重要。

ETAP 提供了两种电机起动计算方法：动态电机加速和静态电机起动。在动态电机加速计算中，以动态模型模拟发动机，用程序模拟电机的整个加速过程。用这种方法来确定电机是否可以以这种形式起动，电机要用多长时间达到它的额定速率，以及确定电压降对系统的影响。在静态电机起动方法中，在加速期间，用堵转的方法，起动电机，模拟对正常运行负荷最坏的影响。同时ETAP还可以模拟电机各种起动方式，比如定子串联电阻、电抗，Y/△接法，软起动，变频起动等。图6是电机CCS-MP-01A起动过程中电机电流、转差率及母线电压的曲线图。

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图8制氧电机起动仿真结果显示图

◆ 保护设备配合及动作序列

ETAP Star过流保护及配合模块提供一个直观的时间-电流特性曲线(TCC)分析方法，来进行保护设备的定值整定及校验，易于使用的图形用户界面、准确的保护装置建模、设备设置报告以及大量的经过V&V认证的保护装置数据库所有都包括在一个集成的、基于规则的设计中。

发电厂的供配电设备中有很多精密度高、连续性生产的设备，这些设备对供电可靠性要求特别高，所以保护设备的整定配合务必要准确可靠，再加上发电厂供电系统本身比较复杂，保护设备种类也多，所以发电厂保护设备整定工作给设计及运行人员带来很大的挑战。选择使用ETAP保护配合模块不仅可以帮用户节约时间，而且整定结果也更加准确可靠。图7是上述发电厂电力系统中一个电机支路TCC曲线配合视图，从图上可以直观的看出各保护设备的配合关系以及插入故障后保护设备的动作序列。

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图9保护设备配合TCC曲线图

四、结语

ETAP综合计算分析系统帮您从发电厂的设计、施工、运行到维护每个阶段都提供了智能、可靠的解决方案，为您的企业电力系统安全、稳定、经济运行保驾护航，从而使您的企业发展迈上更高一个台阶。