清洁发电-ETAP-电力系统仿真软件|电力系统在线监测|电气模拟仿真软件|电能质量评估

ETAP核电行业解决方案

一、核电站电气系统概述：

核电厂由核岛（主要是核蒸汽供应系统）、常规岛（主要是汽轮发电机组）和电厂配套设施三大部分组成。其中核电站的电气设备主要包括常规岛中的汽轮发电机和厂用电设备等，由于核电厂的放射性决定了核电站电气系统在设计运行中有很多特有的要求。

◆ 对供电的可靠性要求非常高

核电站的发电和厂用电设备中有很多精密度高、连续性生产的设备，如果电压骤降或突然断电，都会对设备造成很大损坏，带来重大经济损失。

◆ 单机容量大

在核电厂，数千kW的电动机应用较多，如主泵、空气压缩机等等。单台电动机容量增大带来了起动等一系列问题。

◆ 设计中需考虑基准事故原则

在核电站电气系统设计时应考虑一些极限情况与条件，常指一些设定的运行事故，与一些极限的外部事件（如地震、洪水），在设计中考虑基准事故发生的针对性措施。

◆ 采用IE级电气设备

核电站用于反应堆紧急停堆、安全壳隔离、反应堆紧急堆芯冷却和反应堆厂房排热以及其他主要用于防止放射性物质大量向环境释放系统的电气设备——包括电机、电器、电缆、蓄电池、充电保护等各类电气设备，所有电气设备必须采用IE级设备，并满足抗震要求。

◆ 系统设计必须满足安全性和可靠性要求

首先，电厂的厂电系统应具有足够的独立性、多重性和可试验性，保证在发生单一故障时能执行其安全功能。另外必须为安全有关的负载提供所需的电气上的完全隔离和实体上的完全分隔的多重电源和厂外电源。同时，应急交流电源（柴油发电机组）在执行其所需的功能上对厂用变压器和启动变压器电源是完全独立的。

二、ETAP软件简介

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，60,000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。

针对以上核电站电气系统的一系列特点和问题，ETAP软件可以提供一整套全面、可靠的解决方案。首先在核电站电气系统系统设计阶段，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

◆ 短路计算

◆ 暂态稳定

◆ 电动机起动分析

◆ 保护设备配合和动作序列

◆ ……

在核电站电气系统运行阶段，我们可以使用ETAP实时系统以下功能对整个核电厂的电力进行全面的监测、管理和优化控制等：

◆ PSMS高级监测和仿真

◆ EMS能量管理系统

◆ ILS智能切负荷

◆ ISub变电站自动化

◆ ……

鉴于ETAP强大的功能以及各种权威机构的认证，目前在中国有很大一部分核电行业用户正在使用ETAP帮他们解决电力系统的各种问题：

◆ 中国核电工程有限公司

◆ 中国核电工程公司河北分公司

◆ 国核电力规划设计研究院

◆ 上海核工程研究设计院

◆ 深圳中广核工程设计有限公司

◆ 岭澳核电有限公司（大亚湾核电站）

◆ ……

在美国64家核电站中有60家在使用ETAP

三、工程应用实例

下面是某个核电厂电力系统部分单线图，该单线图主要考虑了电网、发电机、变压器（主要是220kV/110kV部分），低压配电部分进行了简化，用等效负荷来代替。接下来我们通过这个实例来演示一下ETAP如何解决前面提到的核电厂电力系统的几个问题。

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图1核电厂电气系统简图

◆ 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。它同时适用于辐射型系统和环网系统。如图2所示，该核电厂电力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、发电机和负荷的运行状态等，从而指导运行人员制定合理的系统运行方式。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你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。核电厂进行短路计算是核电厂进行电网规划、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，对于你进行开关设备选型、继电保护整定带来极大的便利。

如图3所示，在母线故障时，我们通过短路计算可以求得母线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

◆ 暂态稳定分析

ETAP暂态稳定分析模块主要是用来分析系统变化或发生干扰时电力系统的动态响应和稳定极限。程序模拟电力系统的动态特性，执行用户设定的事件和动作，解系统网络方程和机械微分方程，发现系统和电机在时域内的响应。通过这些响应，用户可以确定系统的暂态特性，作稳定评估，校验保护设备设定，并运用必要的补偿和加强措施来提高系统稳定性。

由于核电厂可靠性的要求，在核电站设计初期必要要对核电站多种运行方式进行预先模拟，进而给出有效的措施，如图5所示，我们对厂用电快切进行暂态稳定仿真，可以看到在快切过程中系统的电压、频率变化以及发电机的功角特性。

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图5 系统暂态稳定仿真结果显示图

◆ 电动机加速分析

核电厂有很多大容量的电动机，这些电机在启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，使系统产生很大的电压降，并对系统其他负荷的正常动作产生干扰。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。这使得核电厂中电机起动分析变得特别重要。

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CCS-MP-01A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6 制氧电机起动仿真结果显示图

◆ 保护设备配合及动作序列

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。

核电厂的供配电设备中有很多精密度高、连续性生产的设备，这些设备对供电可靠性要求特别高，所以保护设备的整定配合务必要准确可靠，再加上核电厂供电系统本身比较复杂，保护设备种类也多，所以核电厂保护设备整定工作给设计及运行人员带来很大的挑战。选择使用ETAP保护配合模块不仅可以帮用户节约时间，而且整定结果也更加准确可靠。图7是上述核电厂电力系统中一个电机支路的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7 保护设备配合TCC曲线图

四、结语

ETAP综合计算分析系统帮您从核电厂厂的设计、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。