基于ETAP的电气设计仿真实验

作者：徐华娟　毛玲　陈杰

来源：《科教导刊·电子版》2016年第05期

        摘 要 根据背景资料，设计电气主接线结构，计算负荷容量并选择变压器，利用ETAP软件进行仿真，设置元件参数，分析实验结果。通过电气设计仿真实验，复杂、抽象的理论问题变得直观化、形象化，同时学生也能够掌握数据计算，查表以及软件应用的方法，从而锻炼了他们分析问题和解决问题的能力。

        关键词 电气设计 仿真实验 ETAP 电力工程基础

        中图分类号：TM623 文献标识码：A

        电力工程基础课是电力系统方面的一门基础性课程，这门课是实践性较强的专业课。进行实物模拟实验是很困难的，因为电力系统设备危险性较高，相关设备比较昂贵，因此利用电力系统仿真软件进行实验成为电力工程基础课程传统教学方法的一种重要补充。

        ETAP软件是用于发电、配电和电力系统设计的专业商用软件，利用该软件进行实验能够满足教学要求，学生还可以通过该平台，探索更多的电力系统知识和应用技术。本文以某电气设计题为例具体讲述了如何根据背景资料应用电力系统知识分析并进行仿真实验。

        1基础资料

        1.1负荷情况

        本工厂共设6个车间变电所，各车间负荷（380V侧）统计资料见表1。

        1.2电源情况

        工厂东北侧8km处有一地区变电所，使用35kV电压以一回架空线向工厂供电，35kV侧系统三相短路容量为1000MVA，单相短路容量为800MVA。架空线使用型号为LGJ-120的钢芯铝绞线，然后通过总降压变电所变压器输送到工厂10kV母线上。

        2电气主接线图设计及变压器容量选择

        分析背景资料可知，本厂由35kV电源供电，经过型号为LGJ-120的钢芯铝绞线，然后通过变压器连接到10kV母线，10kV母线上连接有6个负荷，画出主接线图，见图1。

        负荷计算及变压器容量选择。以第一车间为例进行负荷计算，第一车间的视在计算负荷为

        查教材《电力工程基础》附录表A-1，选择型号为S9—500/10型、电压为10/0.4、Yyn0联结的变压器，其技术数据如下： P0=0.96kW， Pk=5.1kW，I0%=1.0，Uk%=4，变压器的负荷率 =420/500=0.84，则变压器的功率损耗为

        依次类推，将工厂各车间负荷的结果汇总于表2。

        选择35kV和10kV母线之间的总降压变压器。根据表2可知，10kV侧总的负荷容量为4348.4kVA，选择的变压器容量应大于负荷容量，查附录表A-2，选择型号为S9-5000/35型、电压为35/10.5、Yd11联结的变压器。

        3元件参数设置

        仿真元件的选择和参数设置是使用etap软件执行基本潮流计算和其它各种计算的关键，只有录入了必要的参数，才能够实现相应的仿真功能。

        3.1电源参数设置

        本系统使用等效电网作为电源向系统供电，根据软件使用说明，进行潮流计算及短路计算，等效电网必须录入的参数是：额定电压、三相短路容量、单相短路容量及其X/R值。其中X/R一般根据电压等级来取经验值，35-110kV取15，110kV取20，220kV取25。因此参数设置为：额定电压为35kV，三相短路容量为1000MVA，单相短路容量为800MVA，X/R为15。

        3.2架空线参数设置

        传输线需要录入的参数有：单位长度阻抗导纳值及长度。架空线是型号为LGJ-120的钢芯铝绞线，查教材《电力工程基础》附录表A-13可知，电阻为0.27 /km，电抗选择0.4 /km，电纳忽略不计，因此其参数设置为：R=0.27 /km，X=0.4 /km，Y=0，l=8km。

        3.3变压器参数设置

        变压器必须录入的参数是变压器的变比、额定容量、阻抗百分数，X/R值、联接方式。以第一车间的变压器为例，所选的变压器型号为S9—500/10型、电压变比为10/0.4、Yyn0联接，Uk%=4，X/R可以根据以下四个变压器技术参数计算得到：短路损耗 Pk，空载损耗 P0、短路电压Uk%和空载电流I0%，为了省略计算，也可以直接点击etap软件的典型参数按钮来获得X/R值，按照American National Standard C57.12.10 和Industrial Power System Handbook by Beeman这两个标准，X/R值是和变压器容量大小相关的参数，即点典型参数按钮后软件会根据变压器容量，参考标准找到合适的X/R值。因此本例的变压器参数设置为：额定容量为500kVA，变比为10/0.4，Uk%=4，X/R=3.09，一次侧和二次侧均为Y星型连接。

        3.4负荷参数设置

        负荷必须录入的参数是额定电压，有功功（下转第156页）（上接第154页）率和无功功率。根据背景资料和表1可以直接录入相关参数。

        4仿真运行

        完成接线图的构建和参数设置后，运行潮流计算，计算结果可以通过报告查看，也可以部分显示在运行图上，运行完潮流计算的仿真图如图2所示。如果必要的参数没有设置或者设置错误使得潮流计算不收敛等，都可能造成运行失败，因此在实验过程中需要学生进行测试和反思，以及对运行结果进行分析。

        5结语

        通过该电气设计仿真实验，复杂、抽象的理论问题变得直观化、形象化，该实验需要学生根据背景资料设计电网结构，进行数据的计算，学会查表以及学习软件使用方法，同时锻炼了他们遇到困难时，自己解决问题的能力。

        参考文献

        [1] 孙丽华.电力工程基础[M].北京：机械工业出版社，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.