发电厂电气部分实验指导书(贺州学院2015-09-15)

1、发电厂电气部分实验指导书贺州学院机械与电子工程学院贺州学院机械与电子工程学院电气工程教研室电气工程教研室二二一四年十月一四年十月发电厂电气部分实验指导书 - 1 -前前 言言发电厂电气部分实验以电力系统为主线，实验内容包括发电、输变电和配电系统的设备和构成等方面的相关知识，通过实验，使学生认识发电厂、变电所常用的主要电器设备，了解发电厂、变电所电气主接线；熟悉断路器的电磁操动机构及其控制回路和信号回路。本书作为贺州学院发电厂电气部分实验用书，内部资料，请勿扩散。由于编者水平有限，加之时间仓促，本实验指导书疏误之处在所难免，敬请各位专家读者批评指正。 2014 年 10 月 27 日 发电厂电气

2、部分实验指导书 - 2 -目目 录录前前 言言.- 1 -实验一实验一一次设备的认识与主接线图的绘制实验一次设备的认识与主接线图的绘制实验.- 1 -实验二实验二CADE-SIMU 的认识实验的认识实验.- 3 -实验三实验三CADE-SIMU 设计、仿真电动机的正反转控制回路设计、仿真电动机的正反转控制回路 .- 10 -实验四实验四电压测控回路的设电压测控回路的设计计和仿真实验和仿真实验.- 13 -实验五实验五限时电流速断保护限时电流速断保护 (电流电流 II 段段)的控制回路设计和仿真实验的控制回路设计和仿真实验.- 15 -实验六实验六断路器的中央控制信号回路设计和仿断路器的中央控制

3、信号回路设计和仿真真实验实验.- 17 -附录：实验涉及设备清单及说明附录：实验涉及设备清单及说明.20发电厂电气部分实验指导书 - 1 -实验一实验一一次设备的认识与主接线图的绘制实验一次设备的认识与主接线图的绘制实验一、实验目的与要求1、了解发电机的基本结构。2、掌握常见设备的符号。3、学会一次主接线的绘制。二、实验类型验证型三、实验原理及说明1、电力系统的概念动力系统、电力系统、电力网三者的相互关系如图所示： 2、电气设备的分类（1）一次设备在电力系统中，担任发电，变电、配电任务的设备，称为一次设备。表示一次设备连接的电气接线图，称为一次接线图或主接线图。 设备有：发电机、变压器、断路器

4、、隔离开关、负荷开关、自动空气开关、接触器、闸刀开关、母线、电力电缆、电抗器、熔断器、避雷器、电力电容器、电压互感器、电流互感器等。（2）二次设备对一次设备进行监视、测量、控制、保护、调节的辅助设备，称为二次设备。 表示二次设备连接的电气接线图，称为二次接线图。 设备有：继电器、仪表、控制开关、信号设备、自动装置、控制电缆等。3、电气主接线电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路间的相互关系。它的设计直接关系到全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定的作用。发电厂电气部分实验指导书 -

5、2 -4、电气主接线的基本要求电气主接线的基本要求，概括地说包括：可靠性、灵活性和经济性三个方面。5、电气主接线的基本形式主接线的基本形式可分为有汇流母线和无汇流母线两大类，有汇流母线的接线形式的基本环节是电源、母线和出现（馈线） 。（1）有汇流母线的主接线形式有汇流母线的主接线形式主要有：单母线接线、双母线接线、一台半断路器接线（又称 3/2 接线） 、4/3 台断路器接线、变压器母线组接线等。（2）无汇流母线的主接线形式无汇流母线的主接线形式主要有：单元接线、桥型接线、角形接线等。四、实验仪器312 机电仿真实验室。五、实验内容和步骤1、认识配电装置内各类电气设备。其中包括：母线、断路器、

6、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、变压器等。2、观察各间隔走线情况，判断各是什么间隔。3、观察所有电气设备布置的安全距离与什么因素有关。4、根据此模型的电器设备布置情况，画出对应的电气主接线图。六、注意事项机组停机时，必须将机组转速减到零再跳开 2KM，否则下次起动电动机可能会遭受很大的冲击。七、思考题1、按规定的标准符号，画出与配电装置对应的电气主接线图。2、什么是内桥接线，什么是外桥接线？分别画出内桥、外桥接线的一次接线图，并说出内桥、外桥接线的优缺点。3、三卷变的 110kV 的降压变压器，高中低压侧的接线分别是什么？4、什么是自耦变压器？自耦变压器与普通的变压器有什么区别？发电

7、厂电气部分实验指导书 - 3 -实验二实验二CADE-SIMU 的认识实验的认识实验一、实验目的与要求1、了解 CADE-SIMU 的界面特色和基本功能。2、熟悉 CADE-SIMU 的菜单结构。3、学会 CADE-SIMU 的基本操作和参数设置方法。二、实验类型验证型三、实验原理及说明1、器件菜单的结构CADE-SIMU 的菜单分为两层，如下图：上排是器件的总菜单，下排是器件详细菜单，总菜单的作用见下图所示：2、器件详细菜单：（1）电源，点击 后，出现电源的详细选择菜单：发电厂电气部分实验指导书 - 4 -（2）熔断器：（3）自动开关元件：（4）接触器触点：（5）电动机：（6）电子元件：（7

8、）各种辅助触点：发电厂电气部分实验指导书 - 5 -（8）时间继电器：延时型继电器应配用相应的触点，而脉冲发生器可以使用任何触点。（9）按钮、开关：（10）线圈、输出：（11）导线、电缆：发电厂电气部分实验指导书 - 6 -四、实验仪器323 机电仿真实验室。五、实验内容和步骤1、打开网址下列，下载“CADe-SIMU.rar”压缩包，并解压。下载网址：http:/ （2）绘制如下信号灯控制回路，将信号灯的颜色改为黄色，信号灯用自己的名字进行命名。发电厂电气部分实验指导书 - 7 -4、保存绘制好的图形：（1）在菜单栏选择“文件” ，在弹出的对话框中选择“另存为” ；（2）在弹出的对话框中选择

9、要保存的路径，并将文件名改成“姓名”+“的信号灯控制原理图” ，如下图：5、仿真（1）仿真按钮如图：发电厂电气部分实验指导书 - 8 -单击运行按钮“” ，开始仿真。（2）按下开关“hz” ，线圈“-K”得电， “-K”的辅助触点 13、14 吸合，信号灯得电，亮。（3）按下“fz”按钮， “-K”的辅助触点 13、14 断开，线圈“-K”失电，信号灯失电，灭。六、注意事项1、各元件必须可靠连接，否则调试时会出现异常；2、为保证元件可靠连接，在绘图时应该作如下设置：“文件”“选项”在弹出对话框中的“试图选项”栏的“参照” 、 “连接符” 、 “自动连线”这三个选项前的“”内打“” ，如下图：发

10、电厂电气部分实验指导书 - 9 -3、放元件时利用光标把元件对齐，画导线时注意把小黑点放在连接符中点，以防止连线未可靠连接而导致电路无法接通；4、要注意线圈和辅助触点的名字保持一致，否则调试时相关功能无法实现。七、思考题1、器件详细菜单中的“N”端和“PE”端有什么不同？请说出具体的区别。2、在 CADE-SIMU 中如何调节图纸的尺寸大小？请说出具体的操作步骤。3、在 CADE-SIMU 中如何元件的相关参数？请说出具体的操作步骤。4、在 CADE-SIMU 中绘图时，为什么同一器件的各个元件要同一名称，大小写要相同？发电厂电气部分实验指导书 - 10 -实验三实验三CADE-SIMU 设计

11、、仿真电动机的正反转控制回路设计、仿真电动机的正反转控制回路一、实验目的与要求1、了解 CADE-SIMU 各元件的特点。2、熟练 CADE-SIMU 的设计和应用方法。3、掌握联锁（互锁）的概念和应用。二、实验类型设计型三、实验原理及说明在实际生产中，很多时候都需要进行电动机可以实现正转和反转。三相鼠笼式异步电动机正反转的实现原理并不复杂，只需要将接在交流电动机的三相交流电源进线中的任意两相对调，就可以实现电动机的反转。但实际电路中，要实现这一功能，还有许多需要注意的细节：1、接触器连锁正反转控制线路利用两个交流接触器交替工作，改变电源接入电动机的相序来实现电动机正反转控制，具体原理如图 3

12、-1 所示：图 3-1 异步鼠笼式电动机正反转原理2、接触器的联锁值得注意的是，若 KM1 与 KM2 同时得电，主电路的电源将会短路，为防止出现这一现象，我们可以在控制电路中分别串接一对对方的辅助常闭出头，当一个接触器得电动作，通过其辅助常闭触头使另一个接触器不得点动作，接触器直接的这种相互制约的作用，叫做接触器的联锁或者互锁。3、按钮、接触器的双重联锁为克服接触器联锁正反转控制电路和按钮联锁正反转控制电路的不足，在接触器联锁的基础上，又增加了按钮联锁，就构成了接触器、按钮双重联锁正反转控制电路，双重互锁的原理图如图 3-2 所示：发电厂电气部分实验指导书 - 11 -图 3-2 按钮、接触

13、器的双重联锁原理四、实验仪器323 机电仿真实验室。五、实验内容和步骤1、熟悉电动机正反转的控制原理2、设计电动机正反转的控制电路电动机正反转的控制电路设计要求：（1）能够通过按键实现电动机的启动和停止；（2）能够实现电动机的正转、反转控制；（3）当电机过热时能够自动停止运行；（4）电路应能防止正反转切换时，两个接触器同时得电，主电路发生短路事故的发生。3、使用 CADE-SIMU 对设计的电动机正反转控制回路进行绘制，电动机以自己的名字命名，并显示。4、运行仿真控制电路，并根据仿真结果进行调试。5、调试通过后以“姓名”+“电动机正反转控制回路”为文件名，保存该本次试验的文件。六、注意事项1、

14、为保证电路安全，通常会在回路中接入熔断器作为保护；2、注意理解互锁的原理和使用范围。发电厂电气部分实验指导书 - 12 -七、思考题1、使用 CADE-SIMU 对设计的电动机正反转控制回路进行仿真，并将仿真结果截图打印后粘贴到实验报告上，电动机以自己的名字命名。2、在回路中如何使用热继电器以防止电动机过热？3、交流接触器和继电器的区别是什么？发电厂电气部分实验指导书 - 13 -实验四实验四电压测控回路的设计和仿真实验电压测控回路的设计和仿真实验一、实验目的与要求1、了解电压互感器的作用和结构。2、熟悉电压互感器的工作原理。3、学会电压测控回路的接线原理和方法。二、实验类型设计型三、实验原理

15、及说明电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器，它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压 U1 时，在铁心中就产生一个磁通 ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压 U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即 100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛） ，另有非电磁式的，如电子式、光电式。电压互感器的分类如下：1、按安装地点可分为户内式和户外式。35kV 及以下多制成户内式；

16、35kV 以上则制成户外式。2、按相数可分为单相和三相式，35kV 及以上不能制成三相式。3、按绕组数目可分为双绕组和三绕组电压互感器，三绕组电压互感器除一次侧和基本二次侧外，还有一组辅助二次侧，供接地保护用。4、按绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式和充气式。干式电压互感器结构简单、无着火和爆炸危险，但绝缘强度较低，只适用于 6kV 以下的户内式装置；浇注式电压互感器结构紧凑、维护方便，适用于 3kV35kV 户内式配电装置；油浸式电压互感器绝缘性能较好，可用于 10kV 以上的户外式配电装置；充气式电压互感器用于 SF6 全封闭电器中。5、按工作原理划分，还可分为电磁式电压互感器，电容式电压

17、互感器和电子式电压互感器。四、实验仪器323 机电仿真实验室。五、实验内容和步骤1、熟悉电压互感器的结构和测量原理2、设计电压互感器测控回路发电厂电气部分实验指导书 - 14 -电压互感器测控回路设计要求：（1）能够通过隔离开关进行投退；（2）能够有效防止电压互感器二次侧短路；（3）当电压回路出现故障时，应该有相应的声、光信号；（4）当故障消失时，声（电铃） 、光（光字牌）信号能够自动复归；（5）能够有效防止当隔离开关拉开后，电压互感器二次侧向一次侧倒送电。3、使用 CADE-SIMU 对设计的电压互感器测控回路进行绘制，电压互感器以自己的名字命名，并显示。4、运行仿真控制电路，并根据仿真结果

18、进行调试。5、调试通过后以“姓名”+“电压互感器的测控回路”为文件名，保存该本次试验的文件。六、注意事项1、为保证电路安全，通常会在回路中接入熔断器作为保护，防止电压互感器短路；2、软件中电压互感器应 1 端接 L，2 端接 N，否则电压互感器二次侧无电压；3、各元器件和导线要可靠连接，否则无法模拟运行。七、思考题1、使用 CADE-SIMU 对设计的电压互感器的测控回路进行仿真，并将仿真结果截图打印后粘贴到实验报告上，电压互感器以自己的名字命名。2、电压互感器和变压器的区别是什么？3、为什么电压互感器二次侧不允许短路？发电厂电气部分实验指导书 - 15 -实验五实验五限时电流速断保护限时电流

19、速断保护 (电流电流 II 段段)的控制回路设计和的控制回路设计和仿真实验仿真实验一、实验目的与要求1、了解电流继电器和时间继电器的结构。2、熟悉电流继电器和时间继电器的动作原理。3、掌握三段式电流保护和原理。二、实验类型设计型三、实验原理及说明1、电流速断保护当输电线路发生严重故障时，将会产生很大的故障电流，故障点距离电源愈近，短路电流就愈大。电流速断保护就是反应电流升高而不带时限动作的一种电流保护，但电流速断保护不能保护线路的全长。根据继电保护速动性的要求，电流速断保护的动作时限为瞬时动作， 任一相电流大于整定值，保护就会跳闸并发信号。其动作方程为：IdI1式中，Id 为短路电流，I1 速

20、断保护定值。2、电流限时速断保护由于电流速断保护（无时限）不能保护线路全长，因此需要增加带时限的电流速断保护，用以保护线路的其余部分的故障，并作为电流速断保护的后备保护。其保护范围不仅包括线路全长，而且深入到相邻线路的无时限保护区一部分。电流限时速断保护的动作时限应与电流速断保护相配合。当任一相电流大于整定值并超过整定延时，保护跳闸并发信号，其动作方程为：IdI2tt_I2式中，Id 为短路电流，I2 为电流限时速断保护定值；t 为短路电流大于电流限时速断保护定值的时间；t_I2 为电流限时速断保护的整定延时。3、过电流保护电流速断保护和限时电流速断保护可构成线路的主保护。过流保护是按躲开最大

21、负荷电流来整定的一种保护装置，可作为本线路和相邻线路的后备保护，定时限过流保护的动作时限比相邻线路的动作时限均大至少一个t。当任一相电流大于过电流保护的电流整定值并超过整定延时，保护跳闸并发信号，其动作方程为：IdI3发电厂电气部分实验指导书 - 16 -tt_I3式中，Id 为短路电流，I3 为过电流保护定值；t 为短路电流大于过电流保护定值的时间；t_I3 为过电流保护的整定延时。以上三种保护组合在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时，只采用电流速断保护和限时电流速断保护，或限时电流速断保护和定时限过流保护的方式，也可三者同时采用。四、实验仪器323 机电仿真实验室。五、实验内容和步骤1、

22、熟悉电流继电器和时间继电器的动作原理。2、设计电流限时速断保护回路电流限时速断保护回路设计要求：（1）能防止电流互感器二次侧开路；（2）当线路出现短路故障时，若满足动作时间，应该能够自动断开负载；（3）当线路短路切断负荷时，应该有相应的声（电笛） 、光（光字牌）信号；（4）切断负载后，声、光信号能够保持，直到手动复归。3、使用 CADE-SIMU 对设计的电流限时速断保护回路进行绘制，电流互感器以自己的名字命名，并显示。4、运行仿真控制电路，并根据仿真结果进行调试。5、调试通过后以“姓名”+“电流限时速断保护回路”为文件名，保存该本次试验的文件。六、注意事项1、注意三段式电流保护的区别；2、软

23、件中电流互感器应 1 端接 L，2 端接 N，否则电流互感器二次侧无电流；3、各元器件和导线要可靠连接，否则无法模拟运行。七、思考题1、使用 CADE-SIMU 对设计的电流限时速断保护回路进行仿真，并将仿真结果截图打印后粘贴到实验报告上，电流继电器以自己的名字命名。2、电流互感器的二次侧是否需要安装熔断器进行保护？请说明原因。3、请说出复压闭锁过流保护的原理。4、电压回路故障和线路短路故障的声光信号有哪些不同？发电厂电气部分实验指导书 - 17 -实验六实验六断路器的中央控制信号回路设计和仿真实验断路器的中央控制信号回路设计和仿真实验一、实验目的与要求1、了解断路器的分类及其结构。2、熟悉断

24、路器控制信号回路。3、掌握“二次回路展开图”的阅读方法。二、实验类型设计型三、实验原理及说明断路器是指是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器是电力系统中的重要元件，它的种类繁多，原理与作用各异。1、按灭弧介质的不同分类（1）油断路器：指触头在变压器油（断路器油）中开断，利用变压器油（断路器油）作为灭弧介质的断路器。（2）压缩空气断路器：以压缩空气作为灭弧介质和绝缘介质的断路器，弧所用的空气压力一般在 10134052kPa (1040atm)的范围内。（3）SF6 断路器：以 SF6 气体作为灭弧介质，或兼作绝缘介质

25、的断路器。（4）真空断路器：指触头在真空中开断，利用真空作为绝缘介质和灭弧介质的断路器，真空断路器需求的真空度在 10-4 Pa 以上。2、按装设地点的不同分类（1）户外式：是指具有防风、雨、雪、污秽、凝露、冰及浓霜等性能，适于安装在露天使用的高压开关设备。（2）户内式：是指不具有防风、雨、雪、污秽、凝露、冰及浓霜等性能，适于安装在建筑物内使用的高压开关设备。3、按断路器在电力系统中工作位置的不同分类（1）发电机断路器。它主要用来切断发电机母线的短路故障。发电机断路器主要有3 种类型：少油型、压缩空气型和 SF。型。少油型用于短路电流较小的回路，另两种断路器的开断能力很强。（2）输电断路器。工

26、作于 35kV 及以上的输电系统中的断路器，这类断路器要求能进行自动重合闸，而且由于系统稳窟的需要应有较短的开断时间和自动重合闸的无电流间隔时间(O2s)。此外输电断路器还要求有切断近区故障和空载长线的能力，如果是作为联络用断路器则还需要考虑失步开断能力。发电厂电气部分实验指导书 - 18 -（3）配电断路器。工作于 35kV 以下的配电系统中，其额定电压为 6lOkV，额定电流为 2001250A，额定开断电流小，从保证供电的可靠性出发。这类断路器仍有自动重合闸要求，又因它对系统稳定的影响较小，自动重合闸的无电流间隔时间可以取得大些(05s)，对开断时间的要求也可适当放宽。4、按照断路器所用

27、操作能源能量形式的不同分类操动机构（1）手动机构：指用人力合闸的机构。（2）直流电磁机构：指靠直流螺管电磁铁合闸的机构。（3）弹簧机构：指用事先由人力或电动机储能的弹簧合闸的机构。（4）液匪机构：指以高压油推动活塞实现合闸与分闸的机构。（5）液压弹簧机构：指用碟簧作为贮能介质、液压油作为传动介质。（6）气动机构：指以压缩空气推动活塞使断路器分、合闸的机构。（7）电动操动机构：用电子器件控制的电动机去直接操作断路器操动杆。四、实验仪器323 机电仿真实验室。五、实验内容和步骤1、熟悉断路器的结构和原理。2、设计断路器的中央控制信号回路断路器的中央控制信号回路设计要求：（1）通过隔离开关给断路器明显的物理断开点；（2）能实现断路器的实现手动、自动分合闸，并有相应的信号灯表示断路器的分（绿灯）合（红灯）情况，手动分闸时，事故信号、预告信号不动作；（3）有信号灯表示断路器的“合闸” 、 “分闸”状态；（4）按下“电铃试验”按钮，可以试验预告音响是否正常；（5）按下“电笛试验”按钮，可以试验事故音响是否正常；（6）各段电流保护都有对应的压板进行投退（试验中用手动开关代替） ；（7）当线路出现短路故障（用手动开关模拟线路短路故障）时，若满足动作时