建筑供配电系统实验指导书1.docx
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建筑供配电系统实验指导书1
《建筑供配电系统》
实验教学指导书
课程编号：
1038231007
撰写人：
刘魏宏
审核人：
湘潭大学
信息工程学院学院
二○○七年十月二十五日
前言
一、实验总体目标
《建筑供配电系统》是建筑设施智能技术的专业课程，该课程涉及面广，内容包括电力、电子、控制等。
而实验环节是这些课程的重要组成部分。
通过实验，可以加深对理论的理解，培养和提高动手能力、分析和解决问题的独立工作能力。
二、适用专业年级
建筑设施智能技术三年级
三、先修课程
《电路理论
》、《建筑工程概论》
四、实验项目及课时分配
面向专业及编号
建筑设施智能技术专业
序
号
实验项
目名称
内容
提要
学时
面向
专业
实验
要求
实验类型
每组
人数
所需主要仪器设备
备
注
1
实验一智能建筑的供电运行方式实验
了解楼宇供电线路结构，
楼宇中典型供电线路形式。
2
建筑设施智能技术专业
选修
演示性
7
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置
选做其中一个
2
实验二典型楼层配电运行方式实验
放射式和干线式相结合的混合式配电系统
2
建筑设施智能技术专业
选修
演示性
7
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置
3
实验三供配电系统中运行线路状态的现场监测和控制实验
负荷监测和控制；备用电源控制；供电恢复控制
2
建筑设施智能技术专业
选修
验证性
7
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置
选做其中一个
4
实验四备自投联动控制实验
进线备自投方式；变压器备自投方式；桥开关备自投方式；分段开关备自投方式
2
建筑设施智能技术专业
选修
验证性
7
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置
5
实验五双电源自动切换控制实验
双电源供电负荷线路控制；应急照明双电源切换控制
2
建筑设施智能技术专业
必修
设计性
7
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置
6
实验六应急电源自动投入和退出运行控制实验
应急电源投入和退出的工作运行
2
建筑设施智能技术专业
选修
验证性
7
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置
选做其中一个
7
实验七功率因数补偿实验
智能无功补偿装置的使用方法
2
建筑设施智能技术专业
选修
验证性
7
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置
8
实验八和消防自动报警系统的联动实验
消防报警信号和供配电系统的运行变化状态
2
建筑设施智能技术专业
选修
演示性
7
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置
9
实验九供配电监控系统运行调度实验
配电监控系统的功能和作用
2
建筑设施智能技术专业
选修
演示性
7
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置
五、实验环境
THPGP-2型楼宇供配电综合自动化系统实验装置，电流表，电压表，万用表
六、实验总体要求
1.掌握建筑供配电系统的运行方式、线路结构、备自投等的原理和调试方法，能初步设计和使用这些电路。
2.熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能及使用方法。
3.能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题。
4.能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。
实验一智能建筑的供电运行方式实验
一、实验目的
1．了解楼宇供电线路结构。
2．熟悉楼宇中典型供电线路形式。
二、实验原理
根据智能建筑的特点，为了保障大楼和设备的安全，应根据建筑物内用电负荷的性质和大小，外部电源情况，确定电源的回路数，保证供电可靠。
除了具有外部电网的可靠电源外，还应有备用的柴油发电机组，作为应急电源，备用发电机组的容量要保证全部一级负荷和部分二级负荷供电（主要保证消防设备和事故照明装置供电）。
本实验装置采用两回路电源同时供电，设有自备电源系统（均由市电模拟），采用单母线分段运行方式，供电可靠性高，适用于负荷大、高压出线回路少的智能建筑。
如图3-1所示供电网络结构。
图3-1供电网络结构
三、实验内容和步骤
1．打开总操作电源
实验柜后面空气开关向上扳至“ON”。
2．打开总进线电源
实验柜正面塑壳断路器向上扳至“ON”。
3．供电运行
将选择开关QF1、QF2旋至合闸，观察1#、2#母线电压指示，旋转切换开关，观察电压变
化。
将QF1、QF2旋至分闸。
4、供电线路结构变化
将选择开关QF1、QF4旋至合闸，观察1#、2#母线电压指示，旋转切换开关，观察电压变化。
重新将选择开关QF3、QF4旋至合闸，观察1#、2#母线电压指示，旋转切换开关，观察电压变化。
5、供电线路运行闭锁控制
将选择开关QF1、QF2旋至合闸，合闸QF4，能否合上，分析原因。
将选择开关QF1、QF2旋至合闸，合闸QF3，能否合上，分析原因。
四、实验报告
1．比较两路独立电源和一路电源供电在供电面积和可靠性方面的区别。
2．说明变压器低压侧采取单母线分段方式的特点。
3．根据实验现象，分析供电线路各种运行状态下的特点。
实验二典型楼层配电运行方式实验
一、实验目的
1．了解楼宇楼层配电线路结构。
2．熟悉楼宇中典型楼层配电线路形式。
二、原理说明
低压配电系统可分为放射式和干线式两大类。
在高层民用建筑中，对各楼层电力、照明设备的供配电，由于各楼层用电负荷比较均匀，采用干线式配电系统比较合理。
对于大型的智能建筑，多采用放射式和干线式相结合的混合式配电系统。
本实验系统通过楼层照明配电线路的变化，演示典型楼层的配电方式。
主要有四种方式，如图3-2所示。
图3-2
三、实验内容和步骤
楼层配电运行方式一（图3-3）
1、打开总操作电源，依次合闸进线电源总开关QF1，1#母线得电，观察母线电压指示220/380V。
2．在“楼层照明配电接线”区按图接线，完成配电线路组建。
3．合闸断路器（1～4楼层照明出线），按下照明总配电箱通断开关，光字牌亮。
不亮，说明母线未得电或照明回路出线断路器未合闸。
4．依次接通各楼层照明的船形开关，对应光字牌亮。
说明：
船形开关用于控制光子牌的通断。
当L接火线，N接零线时，接通开关，光字牌亮。
5．分析楼层配电运行方式一配电网络结构和运行特点。
6、依次断开各船形开关，分闸出线断路器、QF1和进线电源断路器，最后断开总操作电源，切断实验柜电源。
图3-3
楼层配电运行方式二（图3-4）
实验步骤同楼层配电运行一，按图接线，完成配电线路组建。
分析楼层配电运行方式二配电网络结构和运行特点。
图3-4
楼层配电运行方式三（图3-5）
实验步骤同楼层配电运行一，按图接线，完成配电线路组建。
分析楼层配电运行方式三配
电网络结构和运行特点。
（虚线部分已经接好，不需要接线）
图3-5
楼层配电运行方式四（图3-6）
实验步骤同楼层配电运行一，按图接线，完成配电线路组建。
分析楼层配电运行方式四配电网络结构和运行特点。
图3-6
四、实验报告
1．说明四种典型楼层配电线路的特点。
2．根据楼层配电接线方式，分析不同线路结构的使用场所。
五、注意事项
1．实验接线时，注意不要把火线和零线短接。
2．实验过程中如果按下“1～4层照明总配电箱”通断开关，光字牌未亮，说明内部保险丝可能熔断，打开右侧门更换保险丝（3A），再重新上电实验。
实验三供配电系统中运行线路状态的现场监测和控制实验
一、实验目的
1．了解楼宇中负荷的分类。
2．熟悉各类负荷的运行线路特点。
二、原理说明
对于低压配电系统主要监测控制内容有：
（1）电源监测：
对高低压电源进出线及变压器的电压、电流、功率因数、频率、断路器的状态监测。
（2）备用电源控制：
在主要电源供电中断时自动启动柴油发电机或燃气发电机组；在恢复供电时停止备用电源，并进行倒闸操作、直流电源监测、不间断电源的监测。
（3）供电恢复控制：
当供电恢复时，按照设定的优先程序，启动各个设备电机，迅速恢复运行。
避免同时启动多个设备，而使供电系统跳闸。
在本实验系统中，在实验柜上，主要监测以下内容：
各路进线断路器的分、合闸；各配电线路通和断，双电源线路的状态；内、外部负荷的选择；负荷线路电流的读取。
三、实验内容和步骤
1．进线断路器的分、合闸状态监测
打开总操作电源，合闸进线电源总开关，将选择开关QF1旋至合、分闸，观察分、合闸指示灯的变化。
同样操作QF2、QF3和QF4，观察指示灯的变化。
2．母线电压的监测
旋转母线电压切换开关，观察显示电压的变化。
3．配电出线空气开关分、合状态的监测
1#、2#母线得电，依次分、合各出线空气开关，观察各出线指示灯的亮、灭情况。
4、配电出线电流参数的读取
1#、2#母线上的各负荷投入运行，记录并观察指针式电流表的数据和变化情况。
注意：
一定要确定动力系统先投入，并能正常工作，这样才能保证整个散热系统正常工作。
5、内、外部负荷选择切换
在实验台后面下部，有负荷选择区域，可选择本实验系统接两种类型负荷：
内部电阻和电抗模拟负荷；外部楼宇系列实验台。
6、功率因数监测
在智能无功功率自动补偿器JKL5CF上可以监测总进线的功率因数变化。
使用方法见附录一。
四、实验报告
分析供配电系统中监测和控制的内容
实验四备自投联动控制实验
一、实验目的
1．了解电力系统自动装置概念。
2．熟悉备自投工作方式的。
二、原理说明
备用电源自动投入装置（BZT）的作用是：
当正常供电电源因供电线路故障或电源本身发生事故而停电时，它可将负荷自动、迅速切换至备用电源，使供电不至中断，从而确保用电设备连续正常运转，把停电造成的经济损失降到最低程度。
常用的备用电源自动投入方式主要有：
1、进线备自投方式
2、变压器备自投方式
3、桥开关备自投方式
4、分段开关备自投方式
本实验装置通过开关设置，可完成进线备自投、分段开关备自投和自备电源系统自动投入。
（1）进线备自投工作原理：
图3-7进线备自投
正常运行条件：
情况1：
进线2备用进线1：
1DL处于合位置，2DL处于分位置，进线1、进线2均有电压，备自投投入开关处于投入位置
情况2：
进线1备用进线2：
2DL处于合位置，1DL处于分位置，进线1、进线2均有电压，备自投投入开关处于投入位置
启动条件：
进线2备用进线1：
进线2有电压，进线1无电压，且无电流
进线1备用进线2：
进线1有电压，进线2无电压，且无电流
动作过程：
对启动条件
（1）
1DL处于分位置，经延时后合上2DL
对启动条件
（2）
2DL处于分位置，经延时后合上1DL
退出条件：
对启动条件
（1）2DL处于合位置，备自投一次动作完毕，备自投投入开关处于退出位置。
对启动条件
（2）1DL处于合位置，备自投一次动作完毕，备自投投入开关处于退出位置
（2）分段开关备自投工作原理：
图3-8分段开关备自投
正常运行条件：
1、3DL处于分位置，1DL、2DL处于合位置
2、I段、II段母线均有电压
3、备自投投入开关处于投入位置
启动条件：
1>II段备用I段：
I段母线无压，1DL进线1无流，II段母线有压。
2>I段备用II段：
II段母线无压，2DL进线2无流，I段母线有压。
动作过程：
对启动条件1>当1DL处于分位置，经延时后合上3DL。
对启动条件2>当2DL处于分位置，经延时后合上3DL。
退出条件：
3DL处于合位置，备自投一次动作完毕，备自投投入开关处于退出位置
三、实验内容和步骤
1．进线备自投实验
状态一：
将“备用方式”、“明备用线路选择”旋至空挡（垂直状态）。
（1）打开总操作电源，合闸进线电源总开关，将选择开关QF1、QF4旋至合闸。
（2）将“备用方式”旋至“明备用”，将“明备用线路选择”旋至“2#进线”。
（3）将选择开关QF1旋至分闸，观察各进线断路器动作。
（4）将备自投控制选择开关恢复初始状态。
状态二：
将“备用方式”、“明备用线路选择”旋至空挡（垂直状态）。
（1）打开总操作电源，合闸进线电源总开关，将选择开关QF2、QF4旋至合闸。
（2）将“备用方式”旋至“明备用”，将“明备用线路选择”旋至“1#进线”。
（3）将选择开关QF2旋至分闸，观察各进线断路器动作。
（4）将备自投控制选择开关恢复初始状态。
2．分段开关备自投实验
状态一：
将“备用方式”、“明备用线路选择”旋至空挡（垂直状态）。
（1）打开总操作电源，合闸进线电源总开关，将选择开关QF1、QF2旋至合闸。
（2）将“备用方式”旋至“暗备用”。
（3）将选择开关QF1旋至分闸，观察各进线断路器动作。
（4）将备自投控制选择开关恢复初始状态。
状态二：
将“备用方式”、“明备用线路选择”旋至空挡（垂直状态）。
（1）打开总操作电源，合闸进线电源总开关，将选择开关QF1、QF2旋至合闸。
（2）将“备用方式”旋至“暗备用”。
（3）将选择开关QF2旋至分闸，观察各进线断路器动作。
（4）将备自投控制选择开关恢复初始状态。
四、实验报告
1．根据实验现象分析备自投各种运行方式的工作原理。
实验五双电源自动切换控制实验
一、实验目的
1．了解双电源自动切换装置概念。
2．熟悉双电源供电负荷线路运行方式。
二、原理说明
楼宇中有些重要负荷，需要两路电源供电，而用电设备某一时刻只能从一路电源取电，因此在线路末端设置有双电源自动切换装置。
在本实验装置上，在“双电源供电负荷线路控制区”和“应急照明双电源自动切换接线区”可完成该装置原理实验。
三、实验内容和步骤
1、双电源供电负荷线路控制
“消防和安全防范系统”、“通信及有限电视系统”、“电梯系统”和“应急照明”回路设置有双电源切换装置，前三者内部接线已完成控制（原理同图3-9），“应急照明”需要外部接线才能完成控制。
各按钮和指示灯以及工作原理如下：
1）1#出线投入/预备按钮：
Ⅰ投入：
1#出线有电后，按下此按钮，灯亮，表示1#出线处于投入状态，KM1合闸。
Ⅱ预备：
当2#出线处于投入状态后，按下此按钮，1#出线处于预备状态。
2）1#出线运行指示灯：
负荷从1#出线取电时，该指示灯亮。
3）2#出线预备/投入按钮：
Ⅰ投入：
2#出线有电后，按下此按钮，灯亮，表示2#出线处于投入状态，KM2合闸。
Ⅱ预备：
当1#出线处于投入状态后，按下此按钮，2#出线处于预备状态。
4）2#出线运行指示灯：
负荷从2#出线取电时，该指示灯亮。
实验步骤如下：
1）1#、2#电源进线同时供电，合闸消防和安全防范系统1#出线、2#出线断路器。
2）按下1#出线投入/预备按钮，按钮灯亮，运行灯亮，1#出线处于投入运行状态。
3）按下2#出线预备/投入按钮，按钮灯亮，运行灯不亮，2#出线处于预备状态。
4）断开1#出线断路器，观察1#出线、2#出线运行指示灯的变化。
5）再次合闸1#出线断路器，观察1#出线投入/预备按钮灯变化
6）断开2#出线断路器，观察1#出线、2#出线运行指示灯的变化。
同上实验步骤，熟悉通信及有限电视系统、电梯系统双电源运行线路切换控制。
2、应急照明双电源切换控制
从以下三个中任选一个设计应急照明双电源自动切换线路图并接线。
（1）互为备用
动作过程要求如下：
1）SA1按下后，配电箱从1#线路取电。
此时按下SA2。
2）1#应急照明出线失电，应急照明配电箱从2#线路取电。
3）当1#应急照明出线再次得电，一旦2#出线失电，应急照明配电箱自动从1#应急照明出线取电。
（2）互为备用
具有防触点竞争功能，实验步骤要求参考
（1）。
（3）带自适应功能
增加按钮SA3，实验步骤要求参考
（1）。
四、实验报告
画出双电源自动切换装置的电路图，分析其工作原理。
实验六应急电源自动投入和退出运行控制实验
一、实验目的
1．认识应急电源的作用。
2．熟悉应急电源投入和退出的工作运行条件。
二、原理说明
自备电源系统是防止各外部电源停电时，给配电母线提供交流电源，保证楼宇内重要负荷的持续供电运行。
备自投工作原理如图：
正常运行条件：
1、2DL处于分位置，1DL处于合位置
2、母线有电压
3、备自投投入开关处于投入位置
启动条件：
母线失压
动作过程：
投入：
1DL分位置，2DL合位置
退出：
1DL合位置，2DL分位置
三、实验内容和步骤
1、自备电源系统自动投入
将“备用方式”、“明备用线路选择”旋至空挡（垂直状态）。
（1）打开总操作电源，合闸进线电源总开关，将选择开关QF1和QF4旋至合闸。
（2）将“备用方式”旋至“自备电源系统”。
（3）将选择开关QF1旋至分闸，观察各进线断路器动作。
（4）将备自投控制选择开关恢复初始状态。
2、自备电源系统自动退出
将选择开关QF1旋至合闸，观察各进线断路器动作。
四、实验报告
1．根据实验现象，分析自备电源系统投入和退出工作原理。
2．分析电源进线和自备电源系统为什么不能同时投入运行？
实验七功率因数补偿实验
一、实验目的
1、认识无功补偿的意义。
2、熟悉智能无功补偿装置的使用方法。
二、原理说明
无功补偿的重要目的是防止低压线路功率因数较低，导致电压下降或发电机组感性功耗增加。
所以低压无功补偿的作用非常重要。
无功补偿的主要方法为补偿电容器组，本实验装置的补偿控制方式有手动和微机自动控制两种。
无功补偿安装位置以及结构原理如图1-1。
本实验装置内为A相单相补偿，电容器组的参数如下表3-1：
表3-1
组数
电容值（uF）
补偿无功功率（kVar）
第1组
1
0.015
第2组
1
0.015
第3组
2.2
0.033
第4组
2.2
0.033
无功计算方法：
XC—电容器的容抗
f—电源频率（Hz）
U—电容两端的电压（kV），本装置内按220V计算
C—电容值（μF）
QC—无功功率（kVar）
三、实验内容和步骤
1、手动无功补偿实验
1）将“无功补偿方式”选择开关旋至“停止”。
2）1#进线供电，母线开关QF4闭合，两条母线同时投入。
楼宇负荷选择均为内部，投入全部负荷，相关操作步骤可参考实验三。
注意：
一定要确定动力系统先投入，并能正常工作，这样才能保证整个散热系统正常
工作。
3）将“无功补偿方式”选择开关旋至“手动”、“2”、“3”、“4”。
观察电容器组的投入情况，功率因数的变化，分析原因。
注意：
手动投切时，可在智能无功补偿装置上查看功率因数变化，该装置也会发出投入信号，但不会控制电容器组的投切。
2、自动无功补偿实验
1）将“无功补偿方式”选择开关旋至“自动”。
2）1#进线供电，母线开关QF4闭合，两条母线同时投入。
按照智能无功补偿装置的使用说明书学习操作装置，熟悉各功能设置。
注意：
1#母线失电时，智能无功补偿装置停止工作。
3）楼宇负荷选择均为内部，投入全部负荷。
相关操作步骤可参考实验三。
4）设置参数如附录一出厂设置参数，观察电容器组的投入情况，投入指示灯的变化规律，功率因数的变化，分析原因。
5）切除2#母线上全部负荷，逐渐切除1#母线上的负荷，观察电容器组变化情况，分析变化规律。
6）切除全部负荷，关闭电源开关。
注意：
可以在智能无功功率自动补偿器JKL5CF上监测总进线电源的功率因数，在1#母线上投切电容器组。
四、实验报告
1．分析手动和自动无功补偿的区别。
2、说明无功补偿的工作原理。
3、分析欠补偿和过补偿的区别。
实验八和消防自动报警系统的联动实验
一、实验目的
1、了解消防报警信号发生时，供配电系统的运行变化状态。
二、原理说明
当建筑发生火灾或其他灾害时，会自动发出消防告警信号，此时，供配电系统将根据消防信号进行相关联动措施，主要是切除非重要负荷的供电，同时要保证消防电源以及应急电源的持续供电。
本实验装置上，供配电系统上位机接受消防告警信号，采取自动和手动两种方式，进行相关的联动措施。
三、实验内容和步骤
1、给实验装置上电，各线路断路器工作在ON状态，投入各条运行线路。
2、运行上位机软件。
3、按下“消防告警信号模拟按钮”，发出消防信号。
4、观察上位机画面的变化，进行相关联动操作。
5、再次按下“消防告警信号模拟按钮”，取消消防信号。
四、实验报告
1．根据实验步骤，分析发生消防联动信号时，供配电系统运行状态的变化。
实验九供配电监控系统运行调度实验
一、实验目的
1、熟悉供配电监控系统的功能和作用。
2、熟悉供配电系统的操作。
二、原理说明
供配电综合自动化系统以计算机为核心，实现对系统全面的自动监控，实现供配电系统工作的安全性、可靠性、节能性、灵活性。
供配电统上位机系统运行调度包括以下两方面内容：
1、供配电系统设备的自动控制
供配电综合自动化系统可对系统的主开关、断路器等设备的工作状态进行自动控制。
控制内容如下：
1）高低压断路器、开关设备按顺序自动接通、分断，高/低压母线联络断路器按需要自动接通、分断。
2）柴油发电机组备用电源开关设备按顺序自动投入或自动脱离，即由开关设备的自动分、合闸实现备用电源和市电供电的转换。
根据实践证明，楼宇自控系统对供配电系统的监控要求是“只监不控“，这样可保证供配电系统的安全可靠。
2、供配电系统的监测和保护
为了对供配电系统设备的运行状态及供电情况及时、准确地了解和掌握，为了保证供配电质量和系统安全，要对供电系统以下内容进行监测：
1）开关状态监测和报警
高压进线、出线，低压进线、部分重要负荷出线及母线的断路器状态监测，故障报警。
2）线路状态监测和报警
电源电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率自动监测及供电质量积算。
3）负荷监测和报警
各级负荷的电压、电流自动监测显示和报警。
4）系统有功电度、无功电度、功率因数等测量和系统报警。
三、实验内容和步骤
1、上电运行实验设备，投入运行设备，操作方法同前实验。
2、运行上位机软件。
在“供配电监控管理系统”窗口中，操作各子菜单功能，熟悉各监控画面内容，分析运行状态变化情况。
3、关闭软件，关闭实验设备各电源。
四、实验报告
1．根据实验步骤，分析供配电系统的监控原理。
2．分析供配电监控系统的主要内容。
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