ETAP软件在孟加拉国帕德玛水厂项目的电气设计应用

摘要： 以孟加拉国帕德玛水厂项目电气设计中ETAP软件的工程应用为例，针对海外工程设计工作遇到的当地供电电网供电质量较差、电压波动较大，气候环境严苛，操作人员技术水平低下的现实情况，设计院需要一套国际业主认可的电力电气综合分析系统，以计算机仿真与分析方法代替传统的人工计算和设计工作，提高设计效率，节省人工时，确保按时高质量履约。介绍了该海外给水项目中取水泵站、净水厂、加压泵站3个场站的电气设计和仿真计算。总结了工程中电气设计的主要应用成果，对今后市政行业电气工程应用ETAP完成仿真计算起到推广和借鉴作用。关键词： ETAP; 仿真计算; 市政给排水工程; 电力电气系统; 潮流分析; 动态起动计算; 有限元算法

中图分类号： TU855文献标志码： B文章编号： 1674-8417（2024）10-0060-05

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.10.011

0引言

海外工程具有工程规模庞大，电气系统复杂，自动化程度高等特点。设计中面临当地电网供电质量较差、电压波动较大，气候环境严苛，操作人员技术水平低下的现实情况。0.4～33 kV电力电气系统模型及参数缺乏，还存在大功率电动机起动、大容量变压器有载调压、电网潮流分析、接地系统分析等关键难点。因此，海外工程迫切需要配置一套采用国际标准配置，具有完备的电力工程模块化解决方案。本文介绍了一套普遍得到国际业主认可的电力电气综合分析系统，以计算机仿真与分析方法代替传统的人工计算和设计工作，从而提高设计效率，节省人工时，确保按时高质量履约。

1工程概况

该项目位于孟加拉国达卡市郊，项目建设内容包括建造一处取水泵站，一座日处理能力45万t的净水厂，一处加压泵站、二路高压架空线及总长为33 km的大口径原水和净水输水管线。项目所在地供电基础设施相对比较薄弱，为保证供电可靠，项目设计组多次深入工程现场，与业主供电部门商讨供电方案，比选了多座11 kV、33 kV、132 kV变电站供电方案，根据本工程水厂、泵站多个用电点的用电容量、用电性质和供电可靠性要求，收集各变电站系统短路容量，并根据ETAP软件电网潮流计算分析，最终选定两座132/33 kV变电站提供两路33 kV电源通过架空专线分别向净水厂（含水源地）和加压泵站供电的方案。

本工程岸边取水泵站电源设计采用由水厂33/6.6 kV总降引两路6.6 kV架空线路，长度约3.1 km，主要给岸边取水泵站取水泵高压电机供电。由于用电负荷波动较大，电机起动压降计算是电气仿真的重点，因当地电力系统建设比较落后，上级132 kV变电站到水厂和泵站距离有22 km，如通过33 kV架空线供电到水厂变为6.6 kV配电，大量线路压降造成6 kV起动电压不能满足85%的电机端电压要求，设计组通过多种运行工况的仿真计算，充分论证高压电机必须采用变频器拖动。

项目依据中国规范设计的基本原则，执行合同中的标准条款中描述“本合同履行中国标准，但不能与孟加拉国及国际标准相违背”。

2工程设计

本水厂工程供电电压等级为33/6.6/0.4 kV，其中净水厂、加压站各从市政33 kV电网架空引入1路高压电源，终端杆处引下通过高压电缆直埋引入各自高压配电室。

净水厂1#变配电室33 kV高压采用单母线接线，馈出两路电源分别引至两台33/6.6 kV 5 000 kVA主变压器，两台主变压器同时工作，为水厂、取水泵站供电。6.6 kV中压采用分段单母线接线，正常运行时母分断路器处于开断位置，两段母线同时运行。两段母线分别为3台710 kW 电动机供电，同时给2#、3#变配电室及取水泵站供电。WTP 33 kV变电站单线图如图1所示。

2#变配电室设2台6.6/0.4 kV 1 000 kVA变压器，0.4 kV低压配电系统采用分段单母线接线方式。WTP-2#变电站单线图如图2所示。

3#变配电室设1台6.6/0.4 kV 315 kVA变压器，预留柴油发电机电源接口，双电源互投后采用单母线接线。

取水泵站6.6 kV中压采用分段单母线接线，正常运行时母分断路器处于开断位置，两段母线同时运行。I段母线为3台355 kW电动机供电、Ⅱ段母线为2台355 kW电动机供电，同时给自用变配电室供电。

自用变配电室设1台6.6/0.4 kV 200 kVA变压器，预留柴油发电机电源接口，双电源互投后采用单母线接线。

加压站变配电室33 kV高压采用单母线接线，馈出两路电源分别引至2台33/6.6 kV 4 000 kVA主变压器，2台主变压器同时工作。6.6 kV中压采用单母线分段接线，正常运行时母分断路器处于开断位置，两段母线同时运行。两段母线分别为3台1 000 kW电动机供电，同时给自用变配电室供电。

自用变配电室设1台6.6/0.4 kV 200 kVA变压器，预留柴油发电机电源接口，双电源互投后采用单母线接线。

依据ETAP对工程潮流计算、电机起动计算等仿真结果，设计人员对供电方案进行多方案比较。

3仿真计算结果

本次工程结合孟加拉国某大型供水工程实践，首次在市政给排水工程中采用ETAP软件，构建了国外大型水厂0.4～33 kV 电力电气系统完整的模型及参数数据库，并研究分析了采用多种国际标准计算和预测同一电气系统运行效果和运行规律，工程竣工后系统运行良好，经济及社会效益显著。技术主要内容包括模型建立、潮流分析、短路电流计算、继电保护分析、电动机起动分析、接地计算等，通过编制通用性的操作手册和设计优化总结，提供了详细的软件操作步骤和计算结果实例，规范了相关设计流程。

WTPamp;BPS变电站潮流分析图如图3所示。图3中，净水厂等效网络流入电流160.6 A，功率因数91.8%;进线电缆有功损耗7.3 kW，无功损耗-72.6 kvar，电流161.2 A，功率因数91.5%，电压损失0.1%;母线功率因数99.89%;架空线路1 km 单位阻抗0.119 88+j0.381 14 Ω，有功损耗320.4 kW，无功损耗749.1 kvar，电压损失6.6%，通过ETAP仿真计算，能直观得知28 km架空线损耗巨大［1］。

ETAP软件采用先进计算方法，应用报警视图和结果分析器工具，极大提高了工程计算水平和工程计算效率。

BPS加压站潮流分析报警视图如图4所示。BPS加压站潮流结果分析器视图如图5所示。从生成的报警视图看到，上栏为运行值超出额定值的设备列表，下栏为运行值接近额定值的设备列表，可调整设定参数，直至全部满足要求。

采用静态起动计算和动态起动计算两种先进模拟方式计算电机起动，解决了国内压降计算不准确问题。

ETAP短路计算同时生成最大最小运行状态下的单相接地短路、三相短路、两相短路、两相接地短路4种故障工况计算，而通常设计只做两种三相短路、两相短路计算［2］。WTP 33 kV变电站短路计算结果图如图6所示。鼠标在故障点附近，单击右键定义为故障点，故障母排变为红色。

采用ETAP软件构建异型接地网来计算接地电阻的设计流程和计算方法，接地采用有限元算法（FEM）计算，最大程度满足异性接地网形式的接地电阻、地电位升、接触和跨步电压计算，可协助完成优化的接地网设计［3］。采用IEEE 80和IEEE 665只能针对规则接地网形式的计算方法［4］。根据GB 55024—2022《建筑电气与智能化通用规范》第7.2.11条规定，变电所接地装置的接触电压和跨步电压不应超过允许值。接地网系统接地分析结果报告如图7所示。ETAP软件可完成变电站接地网系统接地分析计算，减轻设计人员计算工作量。

通过ETAP软件仿真计算，对于本工程在不同运行工况高压电机起动分析进行对比研究，发现本工程约24 km的33 kV输电线路对于末端电机起动电压降的影响远远大于其他元器件的压降影响，拟采用的变压器TAP升压、变压器阻抗百分数降低、软起动装置、无功功率合理补偿、提高变压器容量、外线电源系统调压等方法均无法满足高压电机起动压降计算要求，本工程高压电机均采用了变频调速装置拖动。

4结语

本海外工程项目引入ETAP软件进行系统仿真分析和计算，对工程整套电气系统进行了完整建模，收集建立了庞大的电气设备参数数据库，由此陆续开展了基于国际标准的高低压系统仿真分析、潮流分析、短路电流计算、继电保护分析、电机起动分析和接地系统计算等关键工作，为电气设备选型和工程详细设计提供了准确可靠的依据，仿真分析结果直接应用于工程设计及调试，工程竣工至今系统运行良好，经济效益显著。

［1］欧特艾远东（南京）计算机技术有限公司.ETAP应用培训例题使用手册［Z］.2014.

［2］中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册［M］.4版.北京：中国电力出版社，2016.

［3］ZHAO X L，QIAN Z Y，LIANG W，et al.Calculation of Earthing System at Bangladesh Storm Water Pumping Station［J］.建筑电气，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）