ETAP建筑行业解决方案

一、概述

商业建筑作为一种新兴概念,是指用于各种经营活动具有商业用途的房地产形式,其中主要类别包括办公楼、酒店、城市综合体、购物中心、超市卖场等。

现代商业建筑越来越趋向于高层建筑。由于高层建筑电气所关联的用电设备品种繁多,不同用处的高层建筑在用电量上也存在差别,总体耗电量比较大,再加上高层建筑的消防用电、客梯电力、应急照明等还要有分别独立的电源。


随着科学技术的发展,商业电气建设自动化、节能化、信息化和智能化逐渐成为发展方向,这就对现代商业建筑的电气设计提出了更高的要求。


二、ETAP在建筑行业中的应用

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年正式发布。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,100,000多个许可证授权,70多家分公司及代理。同时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。

针对建筑电气系统的一系列设计任务及要求,ETAP软件可以提供一整套全面、可靠的解决方案。例如在建筑电气系统设计阶段,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
      电缆选型
      短路计算
      谐波分析
      电动机起动分析
      保护设备配合和动作序列
      接地网计算
       ……



鉴于ETAP强大的功能以及各种权威机构的认证,目前在中国已经有相当大一批建筑设计院用户正在使用ETAP帮他们解决电力系统的各种问题,比如中国建筑设计研究院、北京建筑设计研究院等目前在国内一些重大工程的电气设计过程中都使用了ETAP软件。



三、工程应用案例


下面是某个建筑系统电气主接线图,接下来我们通过这个实例来演示一下ETAP如何进行前面提到的建筑电气系统的几项主要分析。

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图1某建筑系统电气主接线图



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。如图2所示,该建筑电气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)压降和损耗等,从而帮助设计人员对电缆截面积和变压器容量进行选择。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您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。建筑电气系统运行的安全稳定直接关系到整个建筑系统能否正常工作,因此对建筑电力系统进行短路计算是建筑系统进行电网规划、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。为您进行开关设备选型、继电保护整定带来极大的便利。

如图3所示,我们通过短路计算可以求得任意一条母线发生故障时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


谐波分析


 在建筑电气系统由于有很多非线性负荷,比如UPS、照明设备等,导致系统中谐波含量特别大,利用ETAP谐波分析模块不仅可以计算系统谐波潮流的分布,还可以根据计算出来各次谐波的大小,设计滤波器降低谐波含量,而且利用频率扫描功能可以扫描出系统中存在的并列谐振点,制定合理的方案,消除谐振点。


如图4所示,考虑各照明设备的谐波源,通过谐波计算在单线图上我们可以看到各母线电压、支路电流的谐波畸变度以及各次谐波的含量,并通过画图选项可以绘制各谐波电压和谐波电流的频谱图与波形图。

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图4 系统谐波计算结果显示图


电动机加速分析

建筑电气系统中有很多动力设备,比如电动机、内燃机、空气压缩机等,其中电动机应用最多,有一些容量较大的电机在起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,使母线产生很大的电压降,因此对系统其他负荷的正常运行产生干扰。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。这使得电机起动分析在建筑电气系统中变得特别重要。

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是电机冷冻机房水泵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5冷冻机房水泵起动仿真结果显示图


保护
设备配合及动作序

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。


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。

ETAP保护配合模块不仅可以帮助用户节约断路器上下级保护协调时间,而且整定结果也更加准确可靠。图6是上述建筑电气系统中一个支路的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6保护设备配合TCC曲线图及动作序列查看


接地网计算

在建筑电气系统设计阶段,必须要进行接地网系统的分析计算。由于不对称电力故障过程中接地结构中接地电压的增加而越发复杂化。在这种情况下,人体触碰接地结构会产生高压,从而对人身会造成伤害。良好的接地网系统可以确保了电力装置内部或周围人身安全。因此,接地网系统的设计也是一项重要的工作。

ETAP软件能够协助您完成接地网系统的设计工作,并能给出更低成本的设计方案。它为您提供了图形化的设计环境、接地分析功能和接地网优化功能。ETAP软件接地网系统采用了四种标准:有限元算法(FEM)、IEEE 80-1986、IEEE 80-2000、IEEE 665-1995。图7是上述建筑电气系统接地网视图,从图上可以直观的看出该接地网的跨步电压、接触电压图。

图7接地网系统图和跨步电压、接触电压仿真结果图


结语


ETAP综合计算分析程序帮您从建筑电气系统的设计、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。

核心优势

  • 绿色数据中心优化
  • 数据中心专用HMI & 客户显示界面
  • 电力系统管理 & 控制
  • 环境情况监测
  • 安全系统监测 & 评估
  • 仿真预测
  • 序列切换与工作
  • 负荷保持 & 恢复
  • UPS系统监测 & 控制
  • 分布式冗余 & 高可靠性
  • 实时系统可靠性评估
  • 重要设施故障模型 & 影响分析
ETAP电力系统综合解决方案