清潔發(fā)電
清潔發(fā)電
ETAP核電行業(yè)解決方案
一、核電站電氣系統(tǒng)概述：
核電廠由核島（主要是核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)）、常規(guī)島（主要是汽輪發(fā)電機(jī)組）和電廠配套設(shè)施三大部分組成。其中核電站的電氣設(shè)備主要包括常規(guī)島中的汽輪發(fā)電機(jī)和廠用電設(shè)備等，由于核電廠的放射性決定了核電站電氣系統(tǒng)在設(shè)計運(yùn)行中有很多特有的要求。
◆?????對供電的可靠性要求非常高
核電站的發(fā)電和廠用電設(shè)備中有很多精密度高、連續(xù)性生產(chǎn)的設(shè)備，如果電壓驟降或突然斷電，都會對設(shè)備造成很大損壞，帶來重大經(jīng)濟(jì)損失。
◆? ? ? 單機(jī)容量大
? ?在核電廠，數(shù)千kW的電動機(jī)應(yīng)用較多，如主泵、空氣壓縮機(jī)等等。單臺電動機(jī)容量增大帶來了起動等一系列問題。
◆?????設(shè)計中需考慮基準(zhǔn)事故原則
在核電站電氣系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮一些極限情況與條件，常指一些設(shè)定的運(yùn)行事故，與一些極限的外部事件（如地震、洪水），在設(shè)計中考慮基準(zhǔn)事故發(fā)生的針對性措施。
◆?????采用IE級電氣設(shè)備
核電站用于反應(yīng)堆緊急停堆、安全殼隔離、反應(yīng)堆緊急堆芯冷卻和反應(yīng)堆廠房排熱以及其他主要用于防止放射性物質(zhì)大量向環(huán)境釋放系統(tǒng)的電氣設(shè)備——包括電機(jī)、電器、電纜、蓄電池、充電保護(hù)等各類電氣設(shè)備，所有電氣設(shè)備必須采用IE級設(shè)備，并滿足抗震要求。
◆????系統(tǒng)設(shè)計必須滿足安全性和可靠性要求
首先，電廠的廠電系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的獨(dú)立性、多重性和可試驗(yàn)性，保證在發(fā)生單一故障時能執(zhí)行其安全功能。另外必須為安全有關(guān)的負(fù)載提供所需的電氣上的完全隔離和實(shí)體上的完全分隔的多重電源和廠外電源。同時，應(yīng)急交流電源（柴油發(fā)電機(jī)組）在執(zhí)行其所需的功能上對廠用變壓器和啟動變壓器電源是完全獨(dú)立的。
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二、ETAP軟件簡介
ETAP是國際通用的電力及電氣系統(tǒng)分析計算商業(yè)軟件，由美國ETAP公司于1984年開發(fā)1986年正式發(fā)布。目前產(chǎn)品和服務(wù)已經(jīng)涵蓋全世界100多個國家，全球有40,000多家用戶，60,000多個許可證授權(quán)，70多家分公司及代理。同時ETAP也是功能全面的綜合型電力及電氣分析計算軟件，能為發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、微電網(wǎng)系統(tǒng)以及工業(yè)電力電氣系統(tǒng)提供從規(guī)劃到設(shè)計，從分析、計算、仿真到實(shí)時運(yùn)行控制全面、強(qiáng)大的解決方案。
◆?????潮流計算
◆?????短路計算
◆?????暫態(tài)穩(wěn)定
◆?????電動機(jī)起動分析
◆?????保護(hù)設(shè)備配合和動作序列
◆?????……
在核電站電氣系統(tǒng)運(yùn)行階段，我們可以使用ETAP實(shí)時系統(tǒng)以下功能對整個核電廠的電力進(jìn)行全面的監(jiān)測、管理和優(yōu)化控制等：
◆?????PSMS高級監(jiān)測和仿真
◆?????EMS能量管理系統(tǒng)
◆?????ILS智能切負(fù)荷
◆?????ISub變電站自動化
◆?????……
鑒于ETAP強(qiáng)大的功能以及各種權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，目前在中國有很大一部分核電行業(yè)用戶正在使用ETAP幫他們解決電力系統(tǒng)的各種問題：
◆?????中國核電工程有限公司
◆?????中國核電工程公司河北分公司
◆?????國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院
◆?????上海核工程研究設(shè)計院
◆?????深圳中廣核工程設(shè)計有限公司
◆?????嶺澳核電有限公司（大亞灣核電站）
◆?????……
在美國64家核電站中有60家在使用ETAP
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三、工程應(yīng)用實(shí)例
下面是某個核電廠電力系統(tǒng)部分單線圖，該單線圖主要考慮了電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)、變壓器（主要是220kV/110kV部分），低壓配電部分進(jìn)行了簡化，用等效負(fù)荷來代替。接下來我們通過這個實(shí)例來演示一下ETAP如何解決前面提到的核電廠電力系統(tǒng)的幾個問題。
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圖1核電廠電氣系統(tǒng)簡圖
◆?????潮流計算
ETAP潮流計算程序能夠計算系統(tǒng)母線電壓，支路功率因數(shù)，電流以及系統(tǒng)中的功率流向。它同時適用于輻射型系統(tǒng)和環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。如圖2所示，該核電廠電力系統(tǒng)通過潮流計算直接在單線圖上就能看到系統(tǒng)中各母線電壓、支路（傳輸線或電纜）壓降和損耗、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)等，從而指導(dǎo)運(yùn)行人員制定合理的系統(tǒng)運(yùn)行方式。比如通過計算發(fā)現(xiàn)某條母線電壓比較低，我們可以在相關(guān)變壓器的分接頭頁面設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，從而使變壓器進(jìn)行自動有載調(diào)壓，計算最佳的變壓器分接頭位置，從而使母線電壓運(yùn)行百分?jǐn)?shù)接近100%。
? ? ? 另外，ETAP軟件還提供了三維數(shù)據(jù)庫的管理，利用工程數(shù)據(jù)版本、開關(guān)分合狀態(tài)以及案例編輯器你可以仿真系統(tǒng)各種各樣的運(yùn)行方案，并進(jìn)行仿真結(jié)果的比較分析。
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圖2 系統(tǒng)潮流計算結(jié)果顯示圖
◆?????短路計算
短路故障是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重的故障，短路所產(chǎn)生的短路電流會對系統(tǒng)造成極大的危害。核電廠進(jìn)行短路計算是核電廠進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計與運(yùn)行管理的主要依據(jù)。
ETAP短路計算模塊依據(jù)IEC60909和IEC61363標(biāo)準(zhǔn)，既可以計算三相對稱短路也可以計算三相不對稱短路，計算結(jié)果包括初始對稱有效值、峰值電流、直流分量、全電流有效值等，對于你進(jìn)行開關(guān)設(shè)備選型、繼電保護(hù)整定帶來極大的便利。
如圖3所示，在母線故障時，我們通過短路計算可以求得母線總的故障電流以及各支路的反饋電流。
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圖3 系統(tǒng)短路計算結(jié)果顯示圖
◆?????暫態(tài)穩(wěn)定分析
ETAP暫態(tài)穩(wěn)定分析模塊主要是用來分析系統(tǒng)變化或發(fā)生干擾時電力系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定極限。程序模擬電力系統(tǒng)的動態(tài)特性，執(zhí)行用戶設(shè)定的事件和動作，解系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方程和機(jī)械微分方程，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和電機(jī)在時域內(nèi)的響應(yīng)。通過這些響應(yīng)，用戶可以確定系統(tǒng)的暫態(tài)特性，作穩(wěn)定評估，校驗(yàn)保護(hù)設(shè)備設(shè)定，并運(yùn)用必要的補(bǔ)償和加強(qiáng)措施來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
由于核電廠可靠性的要求，在核電站設(shè)計初期必要要對核電站多種運(yùn)行方式進(jìn)行預(yù)先模擬，進(jìn)而給出有效的措施，如圖5所示，我們對廠用電快切進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定仿真，可以看到在快切過程中系統(tǒng)的電壓、頻率變化以及發(fā)電機(jī)的功角特性。
![C:\Users\Administrator.WIN7U-20140416J\AppData\Roaming\Tencent\Users\454699323\QQ\WinTemp\RichOle\~97JHAN)0SFN`TG][9446~Y.png](/Site/Default/Uploads/kindeditor/image/20200728/636894840659352599.008.png)
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圖5 系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定仿真結(jié)果顯示圖
◆?????電動機(jī)加速分析
核電廠有很多大容量的電動機(jī)，這些電機(jī)在啟動時從系統(tǒng)中吸取很大的電流，相當(dāng)于電機(jī)額定電流的六倍左右，使系統(tǒng)產(chǎn)生很大的電壓降，并對系統(tǒng)其他負(fù)荷的正常動作產(chǎn)生干擾。因?yàn)殡姍C(jī)加速轉(zhuǎn)矩由電機(jī)終端電壓決定，所以很多情況下，正在起動的電機(jī)由于終端電壓較低而無法達(dá)到額定速率。這使得核電廠中電機(jī)起動分析變得特別重要。
ETAP 提供了兩種電機(jī)起動計算方法：動態(tài)電機(jī)加速和靜態(tài)電機(jī)起動。在動態(tài)電機(jī)加速計算中，以動態(tài)模型模擬發(fā)動機(jī)，用程序模擬電機(jī)的整個加速過程。用這種方法來確定電機(jī)是否可以以這種形式起動，電機(jī)要用多長時間達(dá)到它的額定速率，以及確定電壓降對系統(tǒng)的影響。在靜態(tài)電機(jī)起動方法中，在加速期間，用堵轉(zhuǎn)的方法，起動電機(jī)，模擬對正常運(yùn)行負(fù)荷最壞的影響。同時ETAP還可以模擬電機(jī)各種起動方式，比如定子串聯(lián)電阻、電抗，Y/△接法，軟起動，變頻起動等。圖6是電機(jī)CCS-MP-01A起動過程中電機(jī)電流、轉(zhuǎn)差率及母線電壓的曲線圖。
圖6 制氧電機(jī)起動仿真結(jié)果顯示圖
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◆?????保護(hù)設(shè)備配合及動作序列
ETAP Star過流保護(hù)及配合模塊提供一個直觀的時間-電流特性曲線(TCC)分析方法，來進(jìn)行保護(hù)設(shè)備的定值整定及校驗(yàn)，易于使用的圖形用戶界面、準(zhǔn)確的保護(hù)裝置建模、設(shè)備設(shè)置報告以及大量的經(jīng)過V&V認(rèn)證的保護(hù)裝置數(shù)據(jù)庫所有都包括在一個集成的、基于規(guī)則的設(shè)計中。
核電廠的供配電設(shè)備中有很多精密度高、連續(xù)性生產(chǎn)的設(shè)備，這些設(shè)備對供電可靠性要求特別高，所以保護(hù)設(shè)備的整定配合務(wù)必要準(zhǔn)確可靠，再加上核電廠供電系統(tǒng)本身比較復(fù)雜，保護(hù)設(shè)備種類也多，所以核電廠保護(hù)設(shè)備整定工作給設(shè)計及運(yùn)行人員帶來很大的挑戰(zhàn)。選擇使用ETAP保護(hù)配合模塊不僅可以幫用戶節(jié)約時間，而且整定結(jié)果也更加準(zhǔn)確可靠。圖7是上述核電廠電力系統(tǒng)中一個電機(jī)支路的TCC曲線配合視圖，從圖上可以直觀的看出各保護(hù)設(shè)備的配合關(guān)系以及插入故障后保護(hù)設(shè)備的動作序列。
圖7 保護(hù)設(shè)備配合TCC曲線圖
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四、結(jié)語
ETAP綜合計算分析系統(tǒng)幫您從核電廠廠的設(shè)計、施工、運(yùn)行到維護(hù)每個階段都提供了智能、可靠的解決方案，為您的企業(yè)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行保駕護(hù)航，從而使您的企業(yè)發(fā)展邁上更高一個臺階。
電力系統(tǒng)分析與運(yùn)行軟件
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