電網(wǎng)公司
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ETAP發(fā)電行業(yè)解決方案
一、發(fā)電廠電氣系統(tǒng)概述：
發(fā)電廠是電能生產(chǎn)的行業(yè)，生產(chǎn)高度集中、產(chǎn)品單一、生產(chǎn)管理嚴(yán)密。供電與國計民生關(guān)系重大，要求供電安全可靠。具有以下特點：
◆ 產(chǎn)、供、銷同時實現(xiàn)；電能不能大量囤積和儲存。
◆ 生產(chǎn)量與需求量必須對應(yīng)；否則供電質(zhì)量下降。
◆ 重要用戶要求電網(wǎng)輸送和分配有冗余結(jié)構(gòu)，保證輸配電安全可靠。
◆ 要求發(fā)電廠生產(chǎn)組織和管理將安全、可靠、經(jīng)濟放在首位。
◆ 安全：保證生產(chǎn)過程中的人身、設(shè)備安全
◆ 可靠：保證供電的連續(xù)性和供電質(zhì)量
◆ 經(jīng)濟：高效率、低成本供電
二、ETAP軟件簡介
ETAP是國際通用的電力及電氣系統(tǒng)分析計算商業(yè)軟件，由美國ETAP公司于1984年開發(fā)1986年式發(fā)布。目前產(chǎn)品和服務(wù)已經(jīng)涵蓋全世界100多個國家，全球有40,000多家用戶，60,000多個許可證授權(quán)，70多家分公司及代理。ETAP也是功能全面的綜合型電力及電氣分析計算軟件，能為發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)以及工業(yè)電力電氣系統(tǒng)提供從規(guī)劃到設(shè)計，從分析、計算、仿真到實時運行控制全面、強大的解決方案。
◆ 潮流計算
◆ 短路計算
◆ 弧閃計算
◆ 暫態(tài)穩(wěn)定
◆ 電動機起動分析
◆ 保護設(shè)備配合和動作序列
◆ ……
在發(fā)電廠電氣系統(tǒng)運行階段，我們可以使用ETAP實時系統(tǒng)以下功能對整個發(fā)電廠的電力進行全面的監(jiān)測、管理和優(yōu)化控制等：
◆ PSMS高級監(jiān)測和仿真
◆ EMS能量管理系統(tǒng)
◆ ILS智能切負(fù)荷
◆ ISub變電站自動化
◆ ……
鑒于ETAP強大的功能以及各種權(quán)威機構(gòu)的認(rèn)證，目前在中國有很大一部分發(fā)電行業(yè)用戶正在使用ETAP幫他們解決電力系統(tǒng)的各種問題：
◆ 江西豐城發(fā)電廠有限責(zé)任公司
◆ 嘉節(jié)熱電廠
◆ 上海長興供電公司
◆ 上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)任公司
◆ 嶺澳核電有限公司（大亞灣核電站）
◆ 海南核電有限公司
◆ ……
三、工程應(yīng)用實例
下面是某個發(fā)電廠電力系統(tǒng)部分單線圖，該單線圖主要考慮了電網(wǎng)、發(fā)電機、變壓器（主要是220kV/110kV部分），低壓配電部分進行了簡化，用等效負(fù)荷來代替。接下來我們通過這個實例來演示一下ETAP如何解決前面提到的發(fā)電廠電力系統(tǒng)的幾個問題。
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圖1發(fā)電廠電氣系統(tǒng)簡圖
◆ 潮流計算
ETAP潮流計算程序能夠計算系統(tǒng)母線電壓，支路功率因數(shù)，電流以及系統(tǒng)中的功率流向。它同時適用于輻射型系統(tǒng)和環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。如圖2所示，該發(fā)電廠電力系統(tǒng)通過潮流計算直接在單線圖上就能看到系統(tǒng)中各母線電壓、支路（傳輸線或電纜）壓降和損耗、發(fā)電機和負(fù)荷的運行狀態(tài)等，從而指導(dǎo)運行人員制定合理的系統(tǒng)運行方式。比如通過計算發(fā)現(xiàn)某條母線電壓比較低，我們可以在相關(guān)變壓器的分接頭頁面設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，從而使變壓器進行自動有載調(diào)壓，計算最佳的變壓器分接頭位置，從而使母線電壓運行百分?jǐn)?shù)接近100%。
另外，ETAP軟件還提供了三維數(shù)據(jù)庫的管理，利用工程數(shù)據(jù)版本、開關(guān)分合狀態(tài)以及案例編輯器，你可以仿真系統(tǒng)各種各樣的運行方案，并進行仿真結(jié)果的比較分析。
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圖2 系統(tǒng)潮流計算結(jié)果顯示圖
◆ 短路計算
短路故障是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重的故障，短路所產(chǎn)生的短路電流會對系統(tǒng)造成極大的危害。發(fā)電廠進行短路計算是發(fā)電廠進行電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計與運行管理的主要依據(jù)。
ETAP短路計算模塊依據(jù)IEC60909和IEC61363標(biāo)準(zhǔn)，既可以計算三相對稱短路也可以計算三相不對稱短路，計算結(jié)果包括初始對稱有效值、峰值電流、直流分量、全電流有效值等，對于你進行開關(guān)設(shè)備選型、繼電保護整定帶來極大的便利。
如圖3所示，在母線故障時，我們通過短路計算可以求得母線總的故障電流以及各支路的反饋電流。
圖3 系統(tǒng)短路計算結(jié)果顯示圖
◆ 弧閃計算
ETAP弧閃計算模塊主要用于估計在發(fā)生三相短路故障時的電弧入射能量，并可以確定電弧的保護邊界。電弧保護邊界是指一名沒有穿戴防護設(shè)備（PPE）的工作人員與可能發(fā)生弧閃的工作地點必須保持的距離。
圖4 操作員操作配電箱示意圖
圖5 ETAP弧閃計算結(jié)果圖
圖6 ETAP弧閃計算標(biāo)簽
◆ 暫態(tài)穩(wěn)定分析
ETAP暫態(tài)穩(wěn)定分析模塊主要是用來分析系統(tǒng)變化或發(fā)生干擾時電力系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定極限。程序模擬電力系統(tǒng)的動態(tài)特性，執(zhí)行用戶設(shè)定的事件和動作，解系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程和機械微分方程，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和電機在時域內(nèi)的響應(yīng)。通過這些響應(yīng)，用戶可以確定系統(tǒng)的暫態(tài)特性，作穩(wěn)定評估，校驗保護設(shè)備設(shè)定，并運用必要的補償和加強措施來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
由于發(fā)電廠可靠性的要求，在電力設(shè)計初期必要要對發(fā)電廠多種運行方式進行預(yù)先模擬，進而給出有效的措施，如圖5所示，我們對廠用電快切進行暫態(tài)穩(wěn)定仿真，可以看到在快切過程中系統(tǒng)的電壓、頻率變化以及發(fā)電機的功角特性。
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圖7系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真結(jié)果顯示圖
◆ 電動機加速分析
發(fā)電廠有很多大容量的電動機，這些電機在啟動時從系統(tǒng)中吸取很大的電流，相當(dāng)于電機額定電流的六倍左右，使系統(tǒng)產(chǎn)生很大的電壓降，并對系統(tǒng)其他負(fù)荷的正常動作產(chǎn)生干擾。因為電機加速轉(zhuǎn)矩由電機終端電壓決定，所以很多情況下，正在起動的電機由于終端電壓較低而無法達到額定速率。這使得發(fā)電廠中電機起動分析變得特別重要。
ETAP 提供了兩種電機起動計算方法：動態(tài)電機加速和靜態(tài)電機起動。在動態(tài)電機加速計算中，以動態(tài)模型模擬發(fā)動機，用程序模擬電機的整個加速過程。用這種方法來確定電機是否可以以這種形式起動，電機要用多長時間達到它的額定速率，以及確定電壓降對系統(tǒng)的影響。在靜態(tài)電機起動方法中，在加速期間，用堵轉(zhuǎn)的方法，起動電機，模擬對正常運行負(fù)荷最壞的影響。同時ETAP還可以模擬電機各種起動方式，比如定子串聯(lián)電阻、電抗，Y/△接法，軟起動，變頻起動等。圖6是電機CCS-MP-01A起動過程中電機電流、轉(zhuǎn)差率及母線電壓的曲線圖。
圖8制氧電機起動仿真結(jié)果顯示圖
◆ 保護設(shè)備配合及動作序列
ETAP Star過流保護及配合模塊提供一個直觀的時間-電流特性曲線(TCC)分析方法，來進行保護設(shè)備的定值整定及校驗，易于使用的圖形用戶界面、準(zhǔn)確的保護裝置建模、設(shè)備設(shè)置報告以及大量的經(jīng)過V&V認(rèn)證的保護裝置數(shù)據(jù)庫所有都包括在一個集成的、基于規(guī)則的設(shè)計中。
發(fā)電廠的供配電設(shè)備中有很多精密度高、連續(xù)性生產(chǎn)的設(shè)備，這些設(shè)備對供電可靠性要求特別高，所以保護設(shè)備的整定配合務(wù)必要準(zhǔn)確可靠，再加上發(fā)電廠供電系統(tǒng)本身比較復(fù)雜，保護設(shè)備種類也多，所以發(fā)電廠保護設(shè)備整定工作給設(shè)計及運行人員帶來很大的挑戰(zhàn)。選擇使用ETAP保護配合模塊不僅可以幫用戶節(jié)約時間，而且整定結(jié)果也更加準(zhǔn)確可靠。圖7是上述發(fā)電廠電力系統(tǒng)中一個電機支路TCC曲線配合視圖，從圖上可以直觀的看出各保護設(shè)備的配合關(guān)系以及插入故障后保護設(shè)備的動作序列。
圖9保護設(shè)備配合TCC曲線圖
四、結(jié)語
ETAP綜合計算分析系統(tǒng)幫您從發(fā)電廠的設(shè)計、施工、運行到維護每個階段都提供了智能、可靠的解決方案，為您的企業(yè)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行保駕護航，從而使您的企業(yè)發(fā)展邁上更高一個臺階。
電力系統(tǒng)分析與運行軟件
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