ETAP軟件在孟加拉國帕德瑪水廠項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)用

摘要： 以孟加拉國帕德瑪水廠項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)中ETAP軟件的工程應(yīng)用為例，針對(duì)海外工程設(shè)計(jì)工作遇到的當(dāng)?shù)毓╇婋娋W(wǎng)供電質(zhì)量較差、電壓波動(dòng)較大，氣候環(huán)境嚴(yán)苛，操作人員技術(shù)水平低下的現(xiàn)實(shí)情況，設(shè)計(jì)院需要一套國際業(yè)主認(rèn)可的電力電氣綜合分析系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)仿真與分析方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工計(jì)算和設(shè)計(jì)工作，提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)省人工時(shí)，確保按時(shí)高質(zhì)量履約。介紹了該海外給水項(xiàng)目中取水泵站、凈水廠、加壓泵站3個(gè)場站的電氣設(shè)計(jì)和仿真計(jì)算?？偨Y(jié)了工程中電氣設(shè)計(jì)的主要應(yīng)用成果，對(duì)今后市政行業(yè)電氣工程應(yīng)用ETAP完成仿真計(jì)算起到推廣和借鑒作用。關(guān)鍵詞： ETAP; 仿真計(jì)算; 市政給排水工程; 電力電氣系統(tǒng); 潮流分析; 動(dòng)態(tài)起動(dòng)計(jì)算; 有限元算法

中圖分類號(hào)： TU855文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B文章編號(hào)： 1674-8417（2024）10-0060-05

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.10.011

0引言

海外工程具有工程規(guī)模龐大，電氣系統(tǒng)復(fù)雜，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)中面臨當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電質(zhì)量較差、電壓波動(dòng)較大，氣候環(huán)境嚴(yán)苛，操作人員技術(shù)水平低下的現(xiàn)實(shí)情況。0.4～33 kV電力電氣系統(tǒng)模型及參數(shù)缺乏，還存在大功率電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、大容量變壓器有載調(diào)壓、電網(wǎng)潮流分析、接地系統(tǒng)分析等關(guān)鍵難點(diǎn)。因此，海外工程迫切需要配置一套采用國際標(biāo)準(zhǔn)配置，具有完備的電力工程模塊化解決方案。本文介紹了一套普遍得到國際業(yè)主認(rèn)可的電力電氣綜合分析系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)仿真與分析方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工計(jì)算和設(shè)計(jì)工作，從而提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)省人工時(shí)，確保按時(shí)高質(zhì)量履約。

1工程概況

該項(xiàng)目位于孟加拉國達(dá)卡市郊，項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括建造一處取水泵站，一座日處理能力45萬t的凈水廠，一處加壓泵站、二路高壓架空線及總長為33 km的大口徑原水和凈水輸水管線。項(xiàng)目所在地供電基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)比較薄弱，為保證供電可靠，項(xiàng)目設(shè)計(jì)組多次深入工程現(xiàn)場，與業(yè)主供電部門商討供電方案，比選了多座11 kV、33 kV、132 kV變電站供電方案，根據(jù)本工程水廠、泵站多個(gè)用電點(diǎn)的用電容量、用電性質(zhì)和供電可靠性要求，收集各變電站系統(tǒng)短路容量，并根據(jù)ETAP軟件電網(wǎng)潮流計(jì)算分析，最終選定兩座132/33 kV變電站提供兩路33 kV電源通過架空專線分別向凈水廠（含水源地）和加壓泵站供電的方案。

本工程岸邊取水泵站電源設(shè)計(jì)采用由水廠33/6.6 kV總降引兩路6.6 kV架空線路，長度約3.1 km，主要給岸邊取水泵站取水泵高壓電機(jī)供電。由于用電負(fù)荷波動(dòng)較大，電機(jī)起動(dòng)壓降計(jì)算是電氣仿真的重點(diǎn)，因當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)建設(shè)比較落后，上級(jí)132 kV變電站到水廠和泵站距離有22 km，如通過33 kV架空線供電到水廠變?yōu)?.6 kV配電，大量線路壓降造成6 kV起動(dòng)電壓不能滿足85%的電機(jī)端電壓要求，設(shè)計(jì)組通過多種運(yùn)行工況的仿真計(jì)算，充分論證高壓電機(jī)必須采用變頻器拖動(dòng)。

項(xiàng)目依據(jù)中國規(guī)范設(shè)計(jì)的基本原則，執(zhí)行合同中的標(biāo)準(zhǔn)條款中描述“本合同履行中國標(biāo)準(zhǔn)，但不能與孟加拉國及國際標(biāo)準(zhǔn)相違背”。

2工程設(shè)計(jì)

本水廠工程供電電壓等級(jí)為33/6.6/0.4 kV，其中凈水廠、加壓站各從市政33 kV電網(wǎng)架空引入1路高壓電源，終端桿處引下通過高壓電纜直埋引入各自高壓配電室。

凈水廠1#變配電室33 kV高壓采用單母線接線，饋出兩路電源分別引至兩臺(tái)33/6.6 kV 5 000 kVA主變壓器，兩臺(tái)主變壓器同時(shí)工作，為水廠、取水泵站供電。6.6 kV中壓采用分段單母線接線，正常運(yùn)行時(shí)母分?jǐn)嗦菲魈幱陂_斷位置，兩段母線同時(shí)運(yùn)行。兩段母線分別為3臺(tái)710 kW 電動(dòng)機(jī)供電，同時(shí)給2#、3#變配電室及取水泵站供電。WTP 33 kV變電站單線圖如圖1所示。

2#變配電室設(shè)2臺(tái)6.6/0.4 kV 1 000 kVA變壓器，0.4 kV低壓配電系統(tǒng)采用分段單母線接線方式。WTP-2#變電站單線圖如圖2所示。

3#變配電室設(shè)1臺(tái)6.6/0.4 kV 315 kVA變壓器，預(yù)留柴油發(fā)電機(jī)電源接口，雙電源互投后采用單母線接線。

取水泵站6.6 kV中壓采用分段單母線接線，正常運(yùn)行時(shí)母分?jǐn)嗦菲魈幱陂_斷位置，兩段母線同時(shí)運(yùn)行。I段母線為3臺(tái)355 kW電動(dòng)機(jī)供電、Ⅱ段母線為2臺(tái)355 kW電動(dòng)機(jī)供電，同時(shí)給自用變配電室供電。

自用變配電室設(shè)1臺(tái)6.6/0.4 kV 200 kVA變壓器，預(yù)留柴油發(fā)電機(jī)電源接口，雙電源互投后采用單母線接線。

加壓站變配電室33 kV高壓采用單母線接線，饋出兩路電源分別引至2臺(tái)33/6.6 kV 4 000 kVA主變壓器，2臺(tái)主變壓器同時(shí)工作。6.6 kV中壓采用單母線分段接線，正常運(yùn)行時(shí)母分?jǐn)嗦菲魈幱陂_斷位置，兩段母線同時(shí)運(yùn)行。兩段母線分別為3臺(tái)1 000 kW電動(dòng)機(jī)供電，同時(shí)給自用變配電室供電。

自用變配電室設(shè)1臺(tái)6.6/0.4 kV 200 kVA變壓器，預(yù)留柴油發(fā)電機(jī)電源接口，雙電源互投后采用單母線接線。

依據(jù)ETAP對(duì)工程潮流計(jì)算、電機(jī)起動(dòng)計(jì)算等仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)人員對(duì)供電方案進(jìn)行多方案比較。

3仿真計(jì)算結(jié)果

本次工程結(jié)合孟加拉國某大型供水工程實(shí)踐，首次在市政給排水工程中采用ETAP軟件，構(gòu)建了國外大型水廠0.4～33 kV 電力電氣系統(tǒng)完整的模型及參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并研究分析了采用多種國際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算和預(yù)測同一電氣系統(tǒng)運(yùn)行效果和運(yùn)行規(guī)律，工程竣工后系統(tǒng)運(yùn)行良好，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著。技術(shù)主要內(nèi)容包括模型建立、潮流分析、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)分析、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)分析、接地計(jì)算等，通過編制通用性的操作手冊和設(shè)計(jì)優(yōu)化總結(jié)，提供了詳細(xì)的軟件操作步驟和計(jì)算結(jié)果實(shí)例，規(guī)范了相關(guān)設(shè)計(jì)流程。

WTPamp;BPS變電站潮流分析圖如圖3所示。圖3中，凈水廠等效網(wǎng)絡(luò)流入電流160.6 A，功率因數(shù)91.8%;進(jìn)線電纜有功損耗7.3 kW，無功損耗-72.6 kvar，電流161.2 A，功率因數(shù)91.5%，電壓損失0.1%;母線功率因數(shù)99.89%;架空線路1 km 單位阻抗0.119 88+j0.381 14 Ω，有功損耗320.4 kW，無功損耗749.1 kvar，電壓損失6.6%，通過ETAP仿真計(jì)算，能直觀得知28 km架空線損耗巨大［1］。

ETAP軟件采用先進(jìn)計(jì)算方法，應(yīng)用報(bào)警視圖和結(jié)果分析器工具，極大提高了工程計(jì)算水平和工程計(jì)算效率。

BPS加壓站潮流分析報(bào)警視圖如圖4所示。BPS加壓站潮流結(jié)果分析器視圖如圖5所示。從生成的報(bào)警視圖看到，上欄為運(yùn)行值超出額定值的設(shè)備列表，下欄為運(yùn)行值接近額定值的設(shè)備列表，可調(diào)整設(shè)定參數(shù)，直至全部滿足要求。

采用靜態(tài)起動(dòng)計(jì)算和動(dòng)態(tài)起動(dòng)計(jì)算兩種先進(jìn)模擬方式計(jì)算電機(jī)起動(dòng)，解決了國內(nèi)壓降計(jì)算不準(zhǔn)確問題。

ETAP短路計(jì)算同時(shí)生成最大最小運(yùn)行狀態(tài)下的單相接地短路、三相短路、兩相短路、兩相接地短路4種故障工況計(jì)算，而通常設(shè)計(jì)只做兩種三相短路、兩相短路計(jì)算［2］。WTP 33 kV變電站短路計(jì)算結(jié)果圖如圖6所示。鼠標(biāo)在故障點(diǎn)附近，單擊右鍵定義為故障點(diǎn)，故障母排變?yōu)榧t色。

采用ETAP軟件構(gòu)建異型接地網(wǎng)來計(jì)算接地電阻的設(shè)計(jì)流程和計(jì)算方法，接地采用有限元算法（FEM）計(jì)算，最大程度滿足異性接地網(wǎng)形式的接地電阻、地電位升、接觸和跨步電壓計(jì)算，可協(xié)助完成優(yōu)化的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)［3］。采用IEEE 80和IEEE 665只能針對(duì)規(guī)則接地網(wǎng)形式的計(jì)算方法［4］。根據(jù)GB 55024—2022《建筑電氣與智能化通用規(guī)范》第7.2.11條規(guī)定，變電所接地裝置的接觸電壓和跨步電壓不應(yīng)超過允許值。接地網(wǎng)系統(tǒng)接地分析結(jié)果報(bào)告如圖7所示。ETAP軟件可完成變電站接地網(wǎng)系統(tǒng)接地分析計(jì)算，減輕設(shè)計(jì)人員計(jì)算工作量。

通過ETAP軟件仿真計(jì)算，對(duì)于本工程在不同運(yùn)行工況高壓電機(jī)起動(dòng)分析進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)本工程約24 km的33 kV輸電線路對(duì)于末端電機(jī)起動(dòng)電壓降的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他元器件的壓降影響，擬采用的變壓器TAP升壓、變壓器阻抗百分?jǐn)?shù)降低、軟起動(dòng)裝置、無功功率合理補(bǔ)償、提高變壓器容量、外線電源系統(tǒng)調(diào)壓等方法均無法滿足高壓電機(jī)起動(dòng)壓降計(jì)算要求，本工程高壓電機(jī)均采用了變頻調(diào)速裝置拖動(dòng)。

4結(jié)語

本海外工程項(xiàng)目引入ETAP軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析和計(jì)算，對(duì)工程整套電氣系統(tǒng)進(jìn)行了完整建模，收集建立了龐大的電氣設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)庫，由此陸續(xù)開展了基于國際標(biāo)準(zhǔn)的高低壓系統(tǒng)仿真分析、潮流分析、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)分析、電機(jī)起動(dòng)分析和接地系統(tǒng)計(jì)算等關(guān)鍵工作，為電氣設(shè)備選型和工程詳細(xì)設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確可靠的依據(jù)，仿真分析結(jié)果直接應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)及調(diào)試，工程竣工至今系統(tǒng)運(yùn)行良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］歐特艾遠(yuǎn)東（南京）計(jì)算機(jī)技術(shù)有限公司.ETAP應(yīng)用培訓(xùn)例題使用手冊［Z］.2014.

［2］中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊［M］.4版.北京：中國電力出版社，2016.

［3］ZHAO X L，QIAN Z Y，LIANG W，et al.Calculation of Earthing System at Bangladesh Storm Water Pumping Station［J］.建筑電氣，2015，34（9）：30-37.

［4］Institute of Electrical and Electronic Engineers.IEEEStd 80：2013 IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding［S］.New York：IEEE，2013.

收稿日期： 20240322

Application of ETAP Software in Electrical Design of

Padma Water Plant Project in Bangladesh

QIAN Zhongyang ZHAO Xiaolei JIAO Jianlei DAI Siliang

（1.CSCEC AECOM Consultants Co.， Ltd.， Lanzhou 730000， China;

2.Beijing Scientech International Project Management Co.， Ltd.， Beijing 100048， China;

3.China Shanghai Architectural Design amp; Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200062， China）

Abstract： This paper aims at the application of ETAP Software in the electrical design of Padma Water Plant project in Bangladesh，and at the poor quality of local power supply network，large voltage fluctuation and severe climate environment encountered in overseas engineering design work，in view of the low technical level of the operators，the design institute needs a set of power and electrical comprehensive analysis system approved by the international owners，and the computer simulation and analysis method replaces the traditional manual calculation and design work，improve design efficiency，save man-hours，ensure on time high-quality performance.This paper introduces in detail the electrical design and simulation calculation of the intake pump station，water purification plant and pressure pump station in the overseas water supply project.The main application results of electrical design in engineering are summarized，which can be used as a reference for the application of ETAP in electrical engineering of municipal industry in the future.

Key words： ETAP; simulation; municipal water supply and drainage engineering; power electrical system; power flow analysis; dynamic start-up calculation; finite element method（FEM）