第一部分发电厂电气部分实验.docx
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第一部分发电厂电气部分实验
第一部分 发电厂电气部分实验
一、模拟电厂实验的基本要求
模拟电厂实习是电力专业教学的重要环节，可以巩固和丰富已学到的理论知识,为了保证实习顺利进行和实习质量,以及为了培养良好的习惯，参加实习同学必须遵守以下事项:
１.每次实习前必须根据实习指导书，结合课程内容进行预习,明确实习目的和内容,指导老师在实习前先进行提问,如发现未预习者，则停止该次实习。
2．进入教学电厂注意安静、严肃、爱护仪器设备、不得任意拨动开关,玩弄设备,损坏设备根据情节严重性予以处理或照价赔偿。
3. 经指导老师同意，方可进行实习操作。
４. 实习过程中如发生事故应保持冷静。
迅速切断电源，报告指导老师共同检查分析事故原因。
5.实习中学生必须详细记录下物理现象，数据请指导老师审阅后方可复归设备，切断电源。
6．实习报告应争取当天完成,最迟在下一次实习前交给指导老师，否则不得继续参加实习。
7.实习课不得无故缺席，如因特殊原因需补做实习内容应征求指导老师意见。
8.本电厂凡是规定操作的实习，必须认真填写操作票,否则不准参加实习。
9．每次实习后必须把设备复归原位、图纸、工具整理好，才能离开电厂。
１０. 来本电厂实习学生要穿鞋，衣服要扣好，女同学要扎好头发,特别注意人身和设备安全。
二、模拟电厂的概况
该模拟电厂实验室由发电机室、屋内配电装置、主控室组成。
它的平面布置图如下:
1.电机室
由两台运行发电机组以及为发电机服务的整流屏，交直流配电柜、总电源盘、用来
监视发电机主要物理参数的励磁柜组成。
电机室平面布置
2.总电源盘:
由五个开关组成，上面一个总开关，下面有4个分开关，分开关１是作为模拟电厂与省电力系统联络的开关，分开关3是作为励磁柜的电源,分开关4是作为模拟电厂交流电源供电用的。
3.交直流柜:
本柜最下面的开关是模拟电厂交流电源供电开关,左右二个开关是发电机启动开关，中间开关作为模拟电厂直流操作，监视测量,灯光显示电源。
4.整流屏：
供给发电机直流电动机的电源,供给模拟电厂直流操作、监视、工作电源。
５．励磁柜：
供给发电机组励磁电流,监视发电机的电压、频率、有功功率、无功功率、以及励磁电流、励磁电压的大小。
６. 屋内配电装置:
屋内配电装置是模拟电厂的重要组成部分,它是按主接线的要求,由二套母线、隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器、及电压互感器的保护熔断器、刀开关等设备构成，用来接受和分配电能。
◆模拟电厂屋内配电装置特点:
1）成套的配电装置：
所有电气设备都布置在柜中,基本上根据回路的开关设备，保护设备母线、电缆构成不同的开关柜。
2）双行排列,两面维护、维修、巡视、运行操作方便。
３）运行可靠、布置紧凑占地面积小、设有放置电缆的电缆沟
4）安全距离有些不够,没有扩建的可能
◆在开关柜中配置设备满足如下几点:
1）同一回路的电器和导线布置在一个柜内，以保证检修安全
2）电源开关柜如1＃、２#发电机开关柜布置在I、II二段工作母线的中部,达到母线截面通过较小的电流
3）较重的设备,如电压互感器布置在下层,便于安装。
4）布置清晰、对称，即二排相同开关柜相对排列,便于巡视、便于操作、不容易误操作。
５）10KＶ母线装置在配电装置的上部（即开关柜顶上）呈垂直布置,便于观察。
◆配电装置平面布置图
主变 母分开关柜 2#发电机柜2#母联开关柜ＩI段10KV线路
ＩI段工作母线
备用母线
备用母线
Ｉ段工作母线
3５KV线路 主变开关柜１#发电机柜 １#母联开关柜I段10KV线路
1）３5KV线路开关柜
由于本系统与省电力系统联系仅用一条回路，即35KＶ线路，开关柜内装置有一个
隔离开关，模拟断路器一台、电流互感器６个、电压互感器二组及电压互感器的保护闸刀开关,熔断器。
2）主变开关柜
作为变压器投入和切断与系统联系的开关,开关柜内装置有二个隔离开关、一台断
路器、9台电流互感器、3个单相电压互感器闸刀开关,熔断器。
３）1#、２＃发电机开关柜
作为发电机启动后投入系统运行或切断与系统联系用,开关柜内装置有二个隔离开
关、一台断路器、6个电压互感器，６个电流互感器、一个闸刀开关,熔断器。
4）1#、2＃母联开关柜
作为工作母线与备用母线联系的开关，开关柜内设有二个隔离开关、一台断路器、
一台电流互感器、3台单相电压互感器、一个闸刀开关、３个熔断器。
5）1＃、2#10KV线路开关柜
作为1０KＶ母线与负荷联系的开关，开关柜内设有4个隔离开关、2个熔断器、4
个电流互感器。
6）主变模拟10KV升到35KV电压。
7.主控室
◆模拟电厂主接线
1）一次设备:
二台发电机、一台联络变压器、二套母线、发电机电压四条出线、一条35KV线路、每回路有一个断路器、二个隔离开关及辅助设备、电流、电压互感器、闸刀开关、熔断器、导线、电缆等。
2）主接线:
由以上高压电器设备通过连接组成的生产电能,分配电能，接受电能的电路,即为模拟电厂一次接线——主接线。
◆ 主接线分析
1）保证供电可靠:
①母线二套,且工作母线分段,重要用户可分配在二段母线上，进行二个回路供电。
②具有备用母线，工作母线检修可以不停电运行，只要将工作母线上回路简单倒换到备用母线上去。
③出线断路器检修，停电时间也很短,它可用母联开关代替。
④线路故障只暂停该线路供电,不影响其他回路供电，所以此种接线,供电可靠,断电机会少，影响范围小,损失少。
2）运行时较灵活:
本电厂主接线随着运行需要可以进行多种变化以保证供电的可靠。
①工作母线I段与II段正常时可并列运行,事故时可分开运行;②当某一段母线检修时可用备用母线代替它运行;③工作母线I段与ＩI段及备用母线必要时可以并列运行④任一条出线断路器检修可将母联开关代替它进行供电,由于本主接线运行方式容易改变比较灵活,所以保证供电的安全和供电的可靠。
3）经济性:
由于该主接线采用二套母线,工作母线分段,所以转换操作比多、杂、装置隔离开关多，相对而言经济性比较差。
4）主变压器或联络变压器:
本电厂只有一台变压器与系统联系,它有发电机电压负荷、正常情况下二台发电机除供给机端负荷有剩余的功率，通过变压器输送给系统。
但当一台发电机故障或停机检修时,机端负荷要向系统索取部分功率,此时主变能承担从系统倒送功率的能力以保证机端负荷的需要。
由于本主变压器是用在3.54伏与１０千伏两个电压等级之间交换功率的，所以我们又称为联络变压器。
由于电厂只装一台变压器和系统，所以属于弱联系的中小型发电厂。
◆设备编号原则及操作原则：
1）断路器编号原则：
本电厂编号原则根据电压等级，如一号发电机断路器。
10１、左边10表示1０KN电压等级，而右边1号表示发电机断路器的序号，与其相对应的二个隔离开关编号,是根据断路器而编的，当隔离开关是投向工作母线的，则编为1011,即末位用“１”表示；当隔离开关是用于投向备用母线的，则编为1012，即末位用“2”表示。
同理35KV，电压等级回路设备编号也是这样，如3５ＫV线路的断路器,它的编号是3501,“３5”表示３5KV电压等级，右边“１”号则表示该断路器的序号,而它相应的隔离开关则编为3５０11。
２）模拟母线颜色含义:
“绛红色“表示10KV电压;
“黄色”表示35KV电压；
区别于配电装置上A、B 、C、黄、绿、红三色。
3）主接线倒闸操作原则：
①接通线路操作原则:
先合隔离开关,后合断路器。
切断线路操作原则;先断断路器，后断隔离开关。
② 举例Ｉ段工作母线检修操作原则:
◆合 1031，1０3２;
◆合103；（检查备用母线是否完好,若10３合后立即跳说明备用母
线存在故障，排除故障后,再操作）然后根据等电位原则进行下面操作；
◆合上１072,1082，1０~２,１012;
◆接１07１，1０81,１06１,1０11：
（将I段母线上线路移到备用母线上）
◆断１04（如果１０4在合闸运行状态）
◆拉1041,10４２
◆断10３
◆拉1０３１；１０３2
使工作母线Ｉ段不带电,从而可以检修,达到出线不停电目的,其他操作原则同上。
8.主控室控制屏平面布置图：
发电厂的主控室的布置将控制屏,和控制台放在一起,电厂采用集中同期，集中同期装置一般布置在主环线路侧靠近主环正面的第一块屏,——同期小屏。
1）控制屏的屏面布置原则:
a.监视、操作、调节方便；
b．紧凑、模拟接线清晰
c.相同安装单位布置应一致
2）屏顶小母线布置:
1（+ＳＭ）闪光信号小母线
2+KM直流控制小母线正极
3-KM直流控制小母线负极
4+XM信号回路小母线正极
5-ＸM信号回路小母线负极
61YＢM预告信号小母线（无时限）
7 2YＢM预告信号小母线（无时限）
8 3ＹBM预告信号小母线（带时限）
9４YBM预告信号小母线（带时限）
10SYM事故跳闸信号小母线
11ZYM指挥信号小母线
12TQMa’运行系统同期小母线
13ＴQMa待并系统同期小母线
１4ＴQMC待并系统同期小母线
15TＱMJ自同期小母线
16 ITH同期装置发出合闸脉冲小母线
１7ZTH同期装置发出合闸脉冲小母线
1８ZTＨ同期装置发出合闸脉冲小母线
3）控制屏上测量仪表配置：
为了监视模拟电厂各电路的电能质量，负荷状态和某些设备和装置的运行状态，以便值班人员正确掌握运行情况及时发现异常情况,预防事故和及时处理事故,装设必要的测量仪表。
◆发电机回路:
①定子回路：
交流电流表三只（每相一只４00A）；交流电压表一只（12KV）； 有功功率表一只（15ＫW）;无功功率表一只（１5KVar）机房盘上电压表一只;频率表一只；有功功率表一只。
②转子回路:
直流电流表一只;直流电压表一只。
◆变压器回路:
交流电流表一只（600A）;有功功率表一只（５000KW）。
◆ 10KV母线回路：
交流电压表一只（１2KV发电机控制屏）;频率表一只（45~５5HZ发电机控制屏）;交流电压表三只（０-12ＫＶ）（1０KV线路控制屏）作绝缘监察之用。
◆１0KV馈线配置的仪表:
交流电流表一只（0－4００Ａ）;有功功率表一只（40００KW）。
◆10ＫV母线I、II段之间配置的仪表:
交流电流表一只（4０0A发电机控制屏）。
◆ 同期小屏配置的仪表:
交流电压表二只；频率表二只;整步表一只。
4）控制台：
◆模拟接线清晰,二种颜色，二种电压等级
◆隔离开关位置指示器；断路器位置指示器在某控制开关两侧,其断路器的控制开关与模拟接线相应位置。
◆发电机控制台设有指挥信号与电机室对立的。
9. 模拟电厂断路器的控制
发电机、变压器、线路的投入和切除，都有用断路器进行操作本模拟电厂的各断路器，都有各自的操作系统,通过控制回路,并集中在主控制室内进行操作的控制系统与开关设备一般有段比长的距离，操作过程中,由灯光信号反映出各断路器的位置状态,这种方式,称为距离控制,断路器的距离操作。
模拟电厂控制回路满足下列要求:
1）断路器的合闸和跳闸回路是按短时间通电设计的，所以操作后，开关能自动断开合闸和跳闸回路,以避免烧坏线圈。
２）断路器既能在这方向由控制开关进行手动合闸和跳闸又能在继电保护作用下,自动跳闸。
３）以红、绿灯发平光表示断路器为合闸，或分闸状态；红、绿灯闪光表示预备合闸和分闸状态;绿灯闪光和表示自动跳闸状态。
4）具有防止断路多次合、跳闸、装设有“电气防跳”装置。
１0.模拟电厂四种信号装置
◆位置信号:
1）隔离开关位置信号:
装置于1、２号发电机回路，变压器回路,10KＶ输电线路。
隔离开关位置信号作用，是用以指示隔离开关的工作状态。
其外形及指示的三种工作状态：
①合闸状态②分闸状态③无电状态
2）断路器位置信号:
装置于１、２号发电机回路,变压器回路,母分、母联，１0KV输电线路及３5KV输电线路，在断路器控制开关若上两侧装有“红”、“绿”灯各一盏,“红”灯表示断路器处在合闸状态,“绿”灯表示断路器处在分闸状态。
“红”与“绿”灯都不亮表示直流回路和灯具本身有问题。
◆故障信号:
本信号的作用,当断路器事故跳闸后，启动电笛发出音响,同时该断路器位置信号绿灯闪光。
１）闪光电源：
模拟电厂闪光电源装置比较简单，用一个中间继电器及延时复归接点组成的电路。
2）事故音响信号:
模拟电厂主控室设有公用的事故音响信号装置，在断路器和控制开关发生“不对应”分闸情况时,发出事故音响信号，用蜂鸣器（电笛）报警。
音响解除方式采用由运行人员按复归,事故音响信号装置可以重复动作。
◆ 预告信号：
主控室内设有公用的预告信号装置,用以预告设备或系统发生某些不正常情况时，发出音响和灯光信号的装置，音响是用电铃，灯光信号是用光字牌。
1）瞬时预告信号：
发电机定子线圈接地，励磁线圈接地，变压器瓦斯保护动作；温升过负荷
2）延时预告信号:
发电机差动回路断线,强行励磁回路断线，电压互感器低压熔断器熔断,过负荷。
变压器、10KV电压互感器回路断线,保护装置出口继电器自保持回路断线。
◆命令信号（指挥信号）：
装置作用:
主控室与电机室之间装设有命令信号,使两车间运行人员取得联系,互相发出主要操作命令,每台机组装设一套,全厂共有二套,分别设在主控室控制屏上地机房盘上。
１1. 模拟电厂同期装置与手动准同期操作：
1）同期的意义与作用:
任何一台断路器分闸后，其两侧均有独立的电源时，要在对其断路器进行合闸操作则必须满足两侧交流电压大小相等，频率相等，和电压相位相同，即满足同期条件下方可合闸操作，任何一个条件达不到即是非同期，非同期合闸出现电流冲击,严重时会导致系统失去同步,失去动稳定,以及电器设备损坏事故。
2）模拟电厂要进行同期合闸的断路器很多,但同期装置全厂公用一套,因此设置有同期小母线，每个断路器两侧的交流电压通过电压互感器引出，再经过每个断路器的隔离开关辅助触点引到断路器的同期转换开关ＴK接到同期小母线上，然后经同期小母线再引到同期装置测量仪表中，这样的二次回路和同期装置就构成了同期回路。
由于同期小母线全厂公用一套，所以在同一时刻,只允许一台断路器的两侧的电压接至同期小母线上,每次只能有一台断路器进行同期合闸,即每次只允许将一个ＴＫ旋转到“同期”位置，一台断路器同期操作完毕后,需将TK开关旋转到“不同期”位置，然后才能对其它断路器进行同期操作。
三、模拟电厂实验的操作方法与要求：
1.分组操作:
每次实验时，要求每三个人分成一组进行实验操作,三个人分成不同的角色。
即唱票、操作、监护。
2.写好操作票：
每次实验要预先写好操作票，包括操作设备的顺序,操作的任务。
3.实验中的注意问题：
1）操作中发现异常现象应及时报告以便马上处理，可避免影响实验任务完成。
2）操作实验每次完成后必须将操作票给指导老师签字,作为完成实验任务的依据及实验考核的依据。
实验1.教学电厂认识实习及发电机组开、停机、调频调压
一、实习目的
1.参观教学电厂总体布置;
2.掌握主接线,配电装置,开关柜名称及其作用；
3.掌握各控制盘,操作台名称及其作用；
4.了解发电机开机前的准备工作;
5.掌握本电厂的开机、调频、调压操作;
6.掌握停机操作;
7.学习发电机停机后检查工作；
二、实习内容说明:
1.发电机是生产电能主要元件,电气运行人员首先要熟悉其生产电能的过程,掌握
开机、停机、调频,调压方式，及其有关设备的作用。
2.主控制室是电厂的控制中心,控制盘上的仪表和电器起着监视和控制生产电能作
用。
操作台上画有二种不同颜色模拟母线。
“绛红色”表示１０ＫV电压等级;“黄色”表示３５KＶ电压等级。
3.配电装置是电厂接受、分配、变换和输送电能的装置。
开关柜顶装设两套母线,
用黄、绿、红表示A、B、C三相。
工作母线是分段的。
发电机电压出线有四条。
本厂负荷为电阻箱通过一台屋内变压器（35KV／1０ＫV）与3５ＫＶ系统联系。
4.开机前的准备工作：
１）检查发电机清洁情况：
出线与设备、保护、控制连接完好；拨动转子活动能否自如,用摇表测量定子线圈，励磁回路绝缘电阻。
2）检查调速电动机及励磁变阻器,要求其动作平稳,接触完全可靠,转向正确,检查后将调速电动机减至相当于“汽轮机”最低转速的位置即励磁变阻器转向最大电阻位置。
3）核实设备位置:
发电机断路器,隔离开关,控制开关,同期开关,强励开关均在断开位置,各指示灯信号灯指示正确。
5.开机。
合上空气开关,发电机转动，起始低速,请仔细倾听机内声音是否正常;
轴承震动，温升是否正常,整流子和滑环上的碳刷接触良好,检查正常后把直流电动机的启动电阻逐渐降低，发电机转速上升至额定值。
然后再缓慢转动励磁机变阻器的手轮逐渐升高转子电流和定子电压直到和电网电压相等。
１）交流同步发电机（模拟1200０KW发电机）
图１-1 交流同步发电机接线图
１． 发电机定子线圈 2．发电机场圈
３.发电机集电环 4.励磁机电枢
5.励磁机场圈 6.励磁机变阻器
2）直流电动机（相当于实际电厂的汽轮机）
励磁方式复励 励磁电压2２0伏励磁电流
1. 45A接线图如下：
图1-2直流电动机原理接线图
2.汽轮机的调速装置及其调速操作
教学电厂的原动机为一台７.５ＫW22０伏直流电动机用改变其励磁电流的大小达到调速。
励磁变阻器滑动触头靠蜗轮变速机构与一台0.２５KW２2０伏直流电动机接合，利用电机的正、反转来增大或减少励磁电阻，从而改变励磁电流。
控制电路详见下图,调速开关用ＺK型号LW２-２、2、2、２／F4正常时,调速开关ZK在“断开”位置，手柄向右转动为“加速”向左转为“减速”,操作完毕，手柄靠开关弹簧自动返回到“断开”位置。
汽轮机调速电动机的远方控制和自动控制回路。
图2-3LＷ2－２、2、２、2／Ｆ4调频开关
3. 发电机完全停止转动后做如下检查;
1）量定子线圈与全部励磁回路的绝缘电阻；
2）检查励磁机励磁回路变阻器上各接点如有发热或熔化的情况则必须设法消除；
３）检查“汽轮机”的调速电动机各点接触。
三、实习操作步骤:
１.开机前的准备工作（详见实习内容1）
２．开机
（1）先合系统电源总开关;
（2）合系统电源分开关３;
（3）合系统电源分开关4;
（4）合交直开关柜总开关5；
（5）合励磁柜电源开关；
（6）合整流器开关
（7）合发电机开关#１或＃2机组低速转动。
3.调频启动电阻箱把手转到电阻最小位置发电机频率升高至50HＺ；
4. 调压 轻按励磁柜励磁按钮,加入励磁电流，使电压升高至３８0V；
5.停机
（1）将励磁变阻器电阻全部加入:
（电压最小位置）
（2）将发电机启动电阻全部加入；（转速最低位置）
（3）断开发电机开关#1
（4）断开整流器开关；
（5）断励磁柜电源开关;
（6）断交直流开关柜总开关5；
（7）断系统电源分开关4、3,
（8）断总开关。
四、实习设备
１.发电机室 ２.主控制盘
3．万用表一块 ４． 摇表一块
五、实习报告
记录下开机、调频、调压和停机操作过程，及调节过程中电压表,频表及直流电压表（列成表格记录见表1、2）电流表的变化过程。
六、参考资料
1.发电厂教科书
2.实习指导书
3.模拟电厂全套图纸
各绝缘电阻的测量数据表1（MR）
R开机前
R开机后
差值
Ｒ开机前
R开机后
差值
A
Aˊ
B
Ｂˊ
C
Ｃˊ
x
xˊ
ｙ
ｙˊ
z
zˊ
Ｌ１
σ1
L2
σ2
发电机调节过程各物理量变化情况:
表２
U~
f（ＨＺ）
IＡ（A）
ＩB（A）
IＣ（Ａ）
A_（A）
V_（v）
电压额定值１0KV
ｆ＝５０HZ时
当U=１0ＫＶ
f=50hｚ时
实验2.断路器距离操作和信号系统
一、实验目的：
1．发电厂断路器距离操作的方法：
2．掌握控制开关的结构，触点符号及其六个位置
3．观察CD２操纵机构动作过程。
二、实验内容：
1．发电厂的手动合闸和分闸操作
2.掌握发电厂断路器六个位置的信号状态
三、实验操作步骤:
（一）距离手动合闸操作
1.发电机开机,调频、调压
２.检查某一回路断路器确在分闸位置，控制开关ＫK手柄在“跳闸后”的水平位置，合上该同路同期开关。
3.检查合闸回路是否完好，看断路器处于跳闸位置知识绿灯LD亮否,若回路完好可合闸。
３.先合上某一回路出线刀闸Ｇ。
4.后将KK手柄由“跳闸后”的水平位置顺时针转动９0°到“预备合闸”的垂直位置,KＫ1３－１4闭合,绿灯回路接闪光母线＋SＭ上,绿灯闪光,核对所操作的断路器是否有错,确实无误可接着操作，详见图２-３所示。
５.再将KＫ手柄依同一方向转动45°,在“合闸”位置，KK9-12,ＫK17-20合，断路器辅助接点也合,红灯HD亮，表示断路口处于合闸状态,距离手动合闸操作完毕。
（二）距离手动分闸操作：
1.检查某一回路断路器确在合闸位置,控制开关KK手柄在“合闸后”的垂直位置。
２.检查跳闸回路完好,看指示断路器合闸位置的红灯亮否，若回路完好可操作跳闸。
3.先将KK手柄由“合闸后”的垂直位置反时针转动90°到“预备跳闸”的水平位置,KKK１7-1８闭合。
红灯回路接闪光母线+SM上，红灯闪光，核对所操作的断路器是否有错，确实无误接着操作,详见图２－３所示。
4. 后将ＫK手柄依同一方向转动45°,至“跳闸”位置KK
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