基于ETAP的電氣設計仿真實驗

徐華娟　毛玲　陳杰

摘 要 根據背景資料，設計電氣主接線結構，計算負荷容量并選擇變壓器，利用ETAP軟件進行仿真，設置元件參數，分析實驗結果。通過電氣設計仿真實驗，復雜、抽象的理論問題變得直觀化、形象化，同時學生也能夠掌握數據計算，查表以及軟件應用的方法，從而鍛煉了他們分析問題和解決問題的能力。

關鍵詞 電氣設計 仿真實驗 ETAP 電力工程基礎

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A

電力工程基礎課是電力系統方面的一門基礎性課程，這門課是實踐性較強的專業課。進行實物模擬實驗是很困難的，因為電力系統設備危險性較高，相關設備比較昂貴，因此利用電力系統仿真軟件進行實驗成為電力工程基礎課程傳統教學方法的一種重要補充。

ETAP軟件是用于發電、配電和電力系統設計的專業商用軟件，利用該軟件進行實驗能夠滿足教學要求，學生還可以通過該平臺，探索更多的電力系統知識和應用技術。本文以某電氣設計題為例具體講述了如何根據背景資料應用電力系統知識分析并進行仿真實驗。

1基礎資料

1.1負荷情況

本工廠共設6個車間變電所，各車間負荷（380V側）統計資料見表1。

1.2電源情況

工廠東北側8km處有一地區變電所，使用35kV電壓以一回架空線向工廠供電，35kV側系統三相短路容量為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電氣主接線圖設計及變壓器容量選擇

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個負荷，畫出主接線圖，見圖1。

負荷計算及變壓器容量選擇。以第一車間為例進行負荷計算，第一車間的視在計算負荷為

查教材《電力工程基礎》附錄表A-1，選擇型號為S9—500/10型、電壓為10/0.4、Yyn0聯結的變壓器，其技術數據如下： P0=0.96kW， Pk=5.1kW，I0%=1.0，Uk%=4，變壓器的負荷率 =420/500=0.84，則變壓器的功率損耗為

依次類推，將工廠各車間負荷的結果匯總于表2。

選擇35kV和10kV母線之間的總降壓變壓器。根據表2可知，10kV側總的負荷容量為4348.4kVA，選擇的變壓器容量應大于負荷容量，查附錄表A-2，選擇型號為S9-5000/35型、電壓為35/10.5、Yd11聯結的變壓器。

3元件參數設置

仿真元件的選擇和參數設置是使用etap軟件執行基本潮流計算和其它各種計算的關鍵，只有錄入了必要的參數，才能夠實現相應的仿真功能。

3.1電源參數設置

本系統使用等效電網作為電源向系統供電，根據軟件使用說明，進行潮流計算及短路計算，等效電網必須錄入的參數是：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一般根據電壓等級來取經驗值，35-110kV取15，110kV取20，220kV取25。因此參數設置為：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架空線參數設置

傳輸線需要錄入的參數有：單位長度阻抗導納值及長度。架空線是型號為LGJ-120的鋼芯鋁絞線，查教材《電力工程基礎》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，因此其參數設置為：R=0.27 /km，X=0.4 /km，Y=0，l=8km。

3.3變壓器參數設置

變壓器必須錄入的參數是變壓器的變比、額定容量、阻抗百分數，X/R值、聯接方式。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聯接，Uk%=4，X/R可以根據以下四個變壓器技術參數計算得到：短路損耗 Pk，空載損耗 P0、短路電壓Uk%和空載電流I0%，為了省略計算，也可以直接點擊etap軟件的典型參數按鈕來獲得X/R值，按照American National Standard C57.12.10 和Industrial Power System Handbook by Beeman這兩個標準，X/R值是和變壓器容量大小相關的參數，即點典型參數按鈕后軟件會根據變壓器容量，參考標準找到合適的X/R值。因此本例的變壓器參數設置為：額定容量為500kVA，變比為10/0.4，Uk%=4，X/R=3.09，一次側和二次側均為Y星型連接。

3.4負荷參數設置

負荷必須錄入的參數是額定電壓，有功功（下轉第156頁）（上接第154頁）率和無功功率。根據背景資料和表1可以直接錄入相關參數。

4仿真運行

完成接線圖的構建和參數設置后，運行潮流計算，計算結果可以通過報告查看，也可以部分顯示在運行圖上，運行完潮流計算的仿真圖如圖2所示。如果必要的參數沒有設置或者設置錯誤使得潮流計算不收斂等，都可能造成運行失敗，因此在實驗過程中需要學生進行測試和反思，以及對運行結果進行分析。

5結語

通過該電氣設計仿真實驗，復雜、抽象的理論問題變得直觀化、形象化，該實驗需要學生根據背景資料設計電網結構，進行數據的計算，學會查表以及學習軟件使用方法，同時鍛煉了他們遇到困難時，自己解決問題的能力。

參考文獻

[1] 孫麗華.電力工程基礎[M].北京：機械工業出版社，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.