基于ETAP的電氣設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)

徐華娟　毛玲　陳杰

摘 要 根據(jù)背景資料，設(shè)計(jì)電氣主接線結(jié)構(gòu)，計(jì)算負(fù)荷容量并選擇變壓器，利用ETAP軟件進(jìn)行仿真，設(shè)置元件參數(shù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過電氣設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，復(fù)雜、抽象的理論問題變得直觀化、形象化，同時(shí)學(xué)生也能夠掌握數(shù)據(jù)計(jì)算，查表以及軟件應(yīng)用的方法，從而鍛煉了他們分析問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞 電氣設(shè)計(jì) 仿真實(shí)驗(yàn) ETAP 電力工程基礎(chǔ)

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

電力工程基礎(chǔ)課是電力系統(tǒng)方面的一門基礎(chǔ)性課程，這門課是實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課。進(jìn)行實(shí)物模擬實(shí)驗(yàn)是很困難的，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)設(shè)備危險(xiǎn)性較高，相關(guān)設(shè)備比較昂貴，因此利用電力系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成為電力工程基礎(chǔ)課程傳統(tǒng)教學(xué)方法的一種重要補(bǔ)充。

ETAP軟件是用于發(fā)電、配電和電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)商用軟件，利用該軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驖M足教學(xué)要求，學(xué)生還可以通過該平臺(tái)，探索更多的電力系統(tǒng)知識和應(yīng)用技術(shù)。本文以某電氣設(shè)計(jì)題為例具體講述了如何根據(jù)背景資料應(yīng)用電力系統(tǒng)知識分析并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

1基礎(chǔ)資料

1.1負(fù)荷情況

本工廠共設(shè)6個(gè)車間變電所，各車間負(fù)荷（380V側(cè)）統(tǒng)計(jì)資料見表1。

1.2電源情況

工廠東北側(cè)8km處有一地區(qū)變電所，使用35kV電壓以一回架空線向工廠供電，35kV側(cè)系統(tǒng)三相短路容量為1000MVA，單相短路容量為800MVA。架空線使用型號為LGJ-120的鋼芯鋁絞線，然后通過總降壓變電所變壓器輸送到工廠10kV母線上。

2電氣主接線圖設(shè)計(jì)及變壓器容量選擇

分析背景資料可知，本廠由35kV電源供電，經(jīng)過型號為LGJ-120的鋼芯鋁絞線，然后通過變壓器連接到10kV母線，10kV母線上連接有6個(gè)負(fù)荷，畫出主接線圖，見圖1。

負(fù)荷計(jì)算及變壓器容量選擇。以第一車間為例進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，第一車間的視在計(jì)算負(fù)荷為

查教材《電力工程基礎(chǔ)》附錄表A-1，選擇型號為S9—500/10型、電壓為10/0.4、Yyn0聯(lián)結(jié)的變壓器，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下： P0=0.96kW， Pk=5.1kW，I0%=1.0，Uk%=4，變壓器的負(fù)荷率 =420/500=0.84，則變壓器的功率損耗為

依次類推，將工廠各車間負(fù)荷的結(jié)果匯總于表2。

選擇35kV和10kV母線之間的總降壓變壓器。根據(jù)表2可知，10kV側(cè)總的負(fù)荷容量為4348.4kVA，選擇的變壓器容量應(yīng)大于負(fù)荷容量，查附錄表A-2，選擇型號為S9-5000/35型、電壓為35/10.5、Yd11聯(lián)結(jié)的變壓器。

3元件參數(shù)設(shè)置

仿真元件的選擇和參數(shù)設(shè)置是使用etap軟件執(zhí)行基本潮流計(jì)算和其它各種計(jì)算的關(guān)鍵，只有錄入了必要的參數(shù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的仿真功能。

3.1電源參數(shù)設(shè)置

本系統(tǒng)使用等效電網(wǎng)作為電源向系統(tǒng)供電，根據(jù)軟件使用說明，進(jìn)行潮流計(jì)算及短路計(jì)算，等效電網(wǎng)必須錄入的參數(shù)是：額定電壓、三相短路容量、單相短路容量及其X/R值。其中X/R一般根據(jù)電壓等級來取經(jīng)驗(yàn)值，35-110kV取15，110kV取20，220kV取25。因此參數(shù)設(shè)置為：額定電壓為35kV，三相短路容量為1000MVA，單相短路容量為800MVA，X/R為15。

3.2架空線參數(shù)設(shè)置

傳輸線需要錄入的參數(shù)有：單位長度阻抗導(dǎo)納值及長度。架空線是型號為LGJ-120的鋼芯鋁絞線，查教材《電力工程基礎(chǔ)》附錄表A-13可知，電阻為0.27 /km，電抗選擇0.4 /km，電納忽略不計(jì)，因此其參數(shù)設(shè)置為：R=0.27 /km，X=0.4 /km，Y=0，l=8km。

3.3變壓器參數(shù)設(shè)置

變壓器必須錄入的參數(shù)是變壓器的變比、額定容量、阻抗百分?jǐn)?shù)，X/R值、聯(lián)接方式。以第一車間的變壓器為例，所選的變壓器型號為S9—500/10型、電壓變比為10/0.4、Yyn0聯(lián)接，Uk%=4，X/R可以根據(jù)以下四個(gè)變壓器技術(shù)參數(shù)計(jì)算得到：短路損耗 Pk，空載損耗 P0、短路電壓Uk%和空載電流I0%，為了省略計(jì)算，也可以直接點(diǎn)擊etap軟件的典型參數(shù)按鈕來獲得X/R值，按照American National Standard C57.12.10 和Industrial Power System Handbook by Beeman這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，X/R值是和變壓器容量大小相關(guān)的參數(shù)，即點(diǎn)典型參數(shù)按鈕后軟件會(huì)根據(jù)變壓器容量，參考標(biāo)準(zhǔn)找到合適的X/R值。因此本例的變壓器參數(shù)設(shè)置為：額定容量為500kVA，變比為10/0.4，Uk%=4，X/R=3.09，一次側(cè)和二次側(cè)均為Y星型連接。

3.4負(fù)荷參數(shù)設(shè)置

負(fù)荷必須錄入的參數(shù)是額定電壓，有功功（下轉(zhuǎn)第156頁）（上接第154頁）率和無功功率。根據(jù)背景資料和表1可以直接錄入相關(guān)參數(shù)。

4仿真運(yùn)行

完成接線圖的構(gòu)建和參數(shù)設(shè)置后，運(yùn)行潮流計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可以通過報(bào)告查看，也可以部分顯示在運(yùn)行圖上，運(yùn)行完潮流計(jì)算的仿真圖如圖2所示。如果必要的參數(shù)沒有設(shè)置或者設(shè)置錯(cuò)誤使得潮流計(jì)算不收斂等，都可能造成運(yùn)行失敗，因此在實(shí)驗(yàn)過程中需要學(xué)生進(jìn)行測試和反思，以及對運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析。

5結(jié)語

通過該電氣設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，復(fù)雜、抽象的理論問題變得直觀化、形象化，該實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生根據(jù)背景資料設(shè)計(jì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算，學(xué)會(huì)查表以及學(xué)習(xí)軟件使用方法，同時(shí)鍛煉了他們遇到困難時(shí)，自己解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫麗華.電力工程基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] Operation Technology，Inc.ETAP 11.1 User Guide[K].Southern California：Operation Technology，Inc，2014.

[3] IEC TR3 60909-2.Electrical equipment-Data for short-circuit current calculations in accordance with IEC 60909[S].Switzerland：International Electrotechnical Commission，1992.