工厂供电实验报告
实验一 发电机组的起动与运转
一、实验目的
1．了解微机调速装置的工作原理和掌握其操作方法。
2．熟悉发电机组中原动机（直流电动机）的基本特性。
3．掌握发电机组起励建压，并网，解列和停机的操作
二、原理说明
在本实验平台中，原动机采用直流电动机模拟工业现场的汽轮机或水轮机，调速系统用于调整原动机的转速和输出的有功功率，励磁系统用于调整发电机电压和输出的无功功率。
图3-1-1为调速系统的原理结构示意图，图3-1-2为励磁系统的原理结构示意图。
图3-1-1 调速系统原理结构示意图
装于原动机上的编码器将转速信号以脉冲的形式送入THLWT-3型微机调速装置，该装置将转速信号转换成电压，和给定电压一起送入ZKS-15型直流电机调速装置，采用双闭环来调节原动机的电枢电压，最终改变原动机的转速和输出功率。
图3-1-2 励磁系统的原理结构示意图
发电机出口的三相电压信号送入电量采集模块1，三相电流信号经电流互感器也送入电量采集模块1，信号被处理后，计算结果经485通信口送入微机励磁装置；发电机励磁交流
电流部分信号、直流励磁电压信号和直流励磁电流信号送入电量采集模块2，信号被处理后，计算结果经485通信口送入微机励磁装置；微机励磁装置根据计算结果输出控制电压，来调节发电机励磁电流。
三、实验内容与步骤
1．发电机组起励建压
⑴ 先将实验台的电源插头插入控制柜左侧的大四芯插座（两个大四芯插座可通用）。接着依次打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。
⑵ 将控制柜上的“原动机电源”开关旋到“开”的位置，此时，实验台上的“原动机启动”光字牌点亮，同时，原动机的风机开始运转，发出“呼呼”的声音。
⑶ 按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“自动”方式，开机默认方式为“自动方式”。
⑷ 按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“启动”键，此时，装置上的增速灯闪烁，表示发电机组正在启动。当发电机组转速上升到1500rpm时，THLWT-3型微机调速装置面板上的增速灯熄灭，启动完成。
⑸ 当发电机转速接近或略超过1500rpm时，可手动调整使转速为1500rpm，即：按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“手动”方式，此时“手动”指示灯会被点亮。按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键即可调整发电机转速。
⑹ 发电机起励建压有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动起励建压；一是常规起励建压；一是微机励磁。发电机建压后的值可由用户设置，此处设定为发电机额定电压400V，具体操作如下：
① 手动起励建压
1) 选定“励磁调节方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁调节方式”旋钮旋到“手动调压”，“励磁电源”旋钮旋到 “他励”。
2) 打开励磁电源。将控制柜上的“励磁电源”打到“开”。
3) 建压。调节实验台上的“手动调压”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压（线电压）达到设定的发电机电压。
② 常规励磁起励建压
1) 选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“常规控制”，“励磁电源”旋钮旋到 “自并励”或“他励”。
2) 重复手动起励建压步骤⑵
3) 励磁电源为“自并励”时，需起励才能使发电机建压。先逐渐增大给定，可调节THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大到3.5V左右，按下THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“起励”按钮然后松开，可以看到控制柜上的“发电机励磁电压”表和“发电机励磁电流“表的指针开始摆动，逐渐增大给定，直到发电机电压达到设定的发电机电压。
4) 励磁电源为“他励”时，无需起励，直接建压。逐渐增大给定，可调节THLCL-2常规励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压达到设定的发电机电压。
③ 微机励磁起励建压
1) 选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“微机控制”，“励磁电源”旋钮旋到 “自并励”或“他励”。
2) 检查THLWL-3微机励磁装置显示菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下：
“励磁调节方式”设置为实验要求的方式，此处为“恒Ug”。
“恒Ug预定值”设置为设定的发电机电压，此处为发电机额定电压。
“无功调差系数”设置为“+0”
具体操作见THLWL微机励磁装置使用说明。
3) 按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“启动”键，发电机开始起励建压，直至THLWL-3微机励磁装置面板上的“增磁”指示灯熄灭，表示起励建压完成。
2．发电机组停机
⑴ 减小发电机励磁至0。
⑵ 按下THLWT-3微机调速器装置面板上的“停止”键。
⑶ 当发电机转速减为0时，将THLZD-2电力系统综合自动化控制柜面板上的“励磁电源”打到“关”，“原动机电源”打到“关”。
3．发电机组并网
⑴ 首先投入无穷大系统，具体操作参见第一部分“无穷大系统”，将实验台上的“发电机运行方式”切至“并网”方式。打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。
⑵ 发电机与系统间的线路有“单回”和“双回”可选。根据实验要求选定一种，此处选“单回”。单回：断路器QF1和QF3（或者QF2、QF4和QF6）处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态；双回：断路器QF1、QF2、QF3、QF4和QF6处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态。
⑶ 合上断路器QF7，调节自耦调压器的手柄，逐渐增大输出电压，直到接近发电机电压。
⑷ 投入同期表。将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。
⑸ 发电机组并网有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动并网；一是半自动并网；一是自动并网。为了保证发电机在并网后不进相运行，并网前应使发电机的频率和电压略大于系统的频率和电压。
① 手动并网
所谓“手动并网”，就是手动调整频差和压差，满足条件后，手动操作并网断路器实现并网。
1) 选定“同期方式”。将实验台上的“同期方式”旋钮旋到“手动”状态。
2) 观测同期表的指针旋转。同期时，以系统为基准，fg > fs 时同期表的相角指针顺时针旋转，频率指针转到“+”的部分；Ug>Us 时压差指针转到“+”。反之相反。fg和Ug表示发电机频率和电压；fs 和Us表示系统频率和电压。
根据同期表指针的位置，手动调整发电机的频率和电压，直至频率指针和压差指针指向“0”位置。表示频率差和压差接近于“0”，此时相角指针转动缓慢，当相角指针转至中央刻度时，表示相角差为“0”，此时按下断路器QF0的“合闸”按钮。完成手动并网。
4．发电机组发出有功和无功功率
⑴ 调节励磁装置，调整发电机组发出的无功，使Q=0.75kVar，PF=0.8。具体操作：
① 手动励磁：调节THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“手动调压”旋钮，逐步增大励磁，直到达到要求的无功值。
② 常规励磁：调节THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐步增大给定，直至达到要求的无功值
③ 微机励磁：多次按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“＋”键，逐步增大励磁，直至达到要求的无功值。
⑵ 调节调速器，调整发电机组发出的有功，具体操作：多次按下THLWT-3微机调速装置“+”键，逐步增大发电机有功输出，使P=1kW。
5．发电机组解列
⑴ 将发电机组输出的有功和无功减为0。具体操作：
① 多次按下THLWT-3微机调速装置“－”键，逐步减少发电机有功输出，直至有功接近0。
② 调节励磁，减小无功。多次按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“－”键，逐步减少发电机无功输出，直至无功接近于0。
备注：在调整过程中，注意不要让发电机进相。
⑵ 按下THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的断路器QF0的“分闸”按钮，将发电机组和系统解列。然后发电机停机，具体参照实验内容“⒉发电机组停机”。
实验二 电磁型电流继电器和电压继电器实验
一、实验目的
1、 熟悉DL型电流继电器和DY型电压继电器的结构、原理和基本特性；
2、 掌握动作电流值、动作电压值及其相关参数的整定方法。
二、预习与思考
1、电流继电器的返回系数为什么恒小于１？
2、动作电流（压）、返回电流（压）和返回系数的定义是什么？3、返回系数在设计继电保护装置中有何重要用途？
三、原理说明
DL—20c系列电流继电器常用于反映发电机、变压器及输电线路的短路和过负荷的继电保护装置中。DY—20c系列电压继电器常用于反映发电机、变压器及输电线路的电压升高（过电压保护）或电压降低（低电压起动）的继电保护装置中。DL—20c、DY—20c系列继电器的内部接线图见图15一1。
上述继电器是瞬时动作的电磁式继电器，当电磁铁线圈中通过的电流达到或超过整定值时，衔铁克服反作用力矩而动作，且保持在动作状态。
过电流（压）继电器：当电流（压）升高至整定值（或大于整定值）时，继电器立即动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。
低电压继电器：当电压降低至整定电压时,继电器立即动作,常开触点断开，常闭触点闭合。
继电器的铭牌刻度值是按电流继电器两线圈相串联，电压继电器两线圈并联时标注的,指示值等于整定值。若上述二继电器两线圈分别改作并联和串联时，则整定值为指示值的2倍。转动刻度盘上指针，以改变游丝的作用力矩，从而改变继电器动作值。
图15-1电流（电压）继电器内部接线图
图15-2电流继电器实验接线图
图15-3过电压继电器实验接线图
五、实验内容与步骤 1、绝缘测试(略)
2、整定点的动作值、返回值及返回系数测试
实验接线图15－2、图15－3、图15－4分别为电流继电器及过（低）电压继电器的实验接线，可根据下述要求分别进行实验。
实验的参数电流值（或电压值）可用三相自耦调压器、短路开关等设备进行调节。（1）电流继电器的动作电流和返回电流测试
a、选择DL—24C/2型电流继电器，确定动作值并进行初步整定。本实验整定值为0.8A及1.6A的两种工作状态，见表15－2。
b、根据整定值的要求对继电器线圈确定接线方式（串联或并联）；查表15－5。
c、按图15--2接线，保证自耦调压器输出为零，关断直流电源和微机保护装置。将BC段短路点调至线路首端，设置成最大运行方式下的三相短路，合上QF1、QF2；检查无误后，调节自耦调压器，增大输出电流，使继电器动作。读取能使继电器动作的最小电流值（继电器常开触点由断开变成闭合的最小电流），并记入表15－2中。动作电流用Idj表示。继电器动作后，反向调节自耦调压器及变阻器以降低输出电流，使触点开始返回至原来位置时的最大电流称为返回电流，用Ifj表示，读取此值并记入表15—2。据此计算返回系数；继电器的返回系数是返回电流与动作电流的比值，用Kf 表示，即：
Kf?Ifj
Idj
过电流继电器的返回系数在0.85～0.9之间。当小于0.85或大于0.9时，应进行调整，调整方法详见本节第（4）点。
（2）过电压继电器的动作电压和返回电压测试
a、选择DY—28c/160型过电压继电器（当过电压继电器使用），确定动作值为1.2倍的额定电压，即实验参数取120V并进行初步整定。
b、根据整定值要求确定继电器线圈的接线方式，查表15－6。
c、将自耦调压器逆时针方向方向调到底，保证电压输出为零。按图15--3接线。检查无误后，调节自耦调压器，分别读取能使继电器动作的最小电压Udj和使继电器返回的最高电压Ufj，记入表15－3并计算返回系数Kf。返回系数的含义与电流继电器的相同。返回系数不应小于0.85，当大于0.9时，也应进行调整。
（3）低电压继电器的动作电压和返回电压测试
a、选择DY—28c/160型低电压继电器，确定动作值为0.7倍的额定电压，即实验参数取70V并进行初步整定。
b、根据整定值要求确定继电器线圈的接线方式，查表15－6。
c、按图15--3接线，调节自耦调压器，增大输出电压，先对继电器加100伏电压，然后逐步降低电压，至继电器舌片开始跌落时的电压称为动作电压Udj，再升高电压至舌片开始被吸上时的电压称为返回电压Ufj，将所取得的数值记入表15－3并计算返回系数。返回系数Kf为:
Kf?Ufj
Udj
低电压继电器的返回系数不大于1.2，用于强行励磁时不应大于1.06。
以上实验，要求平稳单方向地调节电流或电压的实验参数值，并应注意继电器舌片转动情况。如遇到舌片有中途停顿或其他不正常现象时，应检查轴承有无污垢、触点位置是否正常、舌片与电磁铁有无相碰等现象存在。
动作值与返回值的测量应重复三次，每次测量值与整定值的误差不应大于±3%。否则应
检查轴承和轴尖。
在实验中，除了测试整定点的技术参数外，还应进行刻度检验。
用整定电流的1.2倍或额定电压1.1倍进行冲击试验后，复试定值，与整定值的误差不应超过±3%。否则应检查可动部分的支架与调整机构是否有问题，或线圈内部是否层间短路等。
图15－4 低电压继电器实验接线图
六、实验报告
实验结束后，针对过电流、过电压、低电压继电器实验的要求及相应动作值、返回值、返回系数的具体整定方法，按实验报告编写的格式和要求及时写出电流继电器、电压继电器的实验报告。对本实验有何体会，并解答本实验相关的思考题。
实验三 电磁型时间继电器实验
一、实验目的
1、熟悉DS—20系列时间继电器的实际结构、工作原理和基本特性；
2、掌握时限的整定和试验调整方法。
二、预习与思考
1、绝缘测试时发现绝缘电阻下降，且不符合要求，试问这是什么原因引起的？
2、对某一整定点动作时间的测定，所测得的数值大于（或小于）该点整定的时间，并超出允许误差时，你用什么方法进行调整？
3、根据你所学的知识，说明时间继电器常用在哪些继电保护装置及自动化的电路中？
三、原理说明
DS—20系列时间继电器用于各种继电保护和自动控制线路中，使被控制元件按时限控制原则进行动作。该系列的时间继电器是带有延时机构的吸入式电磁继电器，其中DS—21～DS—24 是内附热稳定限流电阻型时间继电器(线圈适于短时工作)，DS—21/c～DS—24/c是外附热稳定限流电阻型时间继电器(线圈适于长时工作)。DS—25～28是交流时间继电器。 该继电器具有一付瞬时转换触点，一付滑动主触点和一付终止主触点。继电器内部接线见图16-1。
图16-1 时间继电器内部接线图
当加电压于线圈两端时，衔铁克服塔形弹簧的反作用力被吸入，常开触点瞬时闭合，常闭触点断开，同时延时机构开始启动，先闭合滑动常开主触点，经延时后闭合常开主触点，从而实现所需的延时控制。当线圈断电时，在塔形弹簧作用下，使衔铁和延时机构立刻返回原位。
从电压加于线圈的瞬间起到延时闭合常开主触点止，这段时间就是继电器的延时时间，它通过整定螺钉来移动静接点位置进行调整，并由螺钉下的指针在刻度盘上指示要设定的时限。
五、实验内容与步骤
1、内部结构检查
2、绝缘测试（略）
3、动作时间测定
动作时间测定的目的是检查时间继电器的控制延时动作的准确程度，也能从中发现时间继电器机械部分所存在的问题。
测定是在额定电压下，取所试验继电器允许时限整定范围内的大、中、小四点的整定时间值（见表16－2），在每点测定三次，其误差应符合表16—2的要求。用电秒表测定时间继电器动作时间的实验接线图如图16-2所示。
图16-2时间继电器实验接线图
按图16-2接线后，将继电器定时标度放在较小的刻度上（如DS—23型可整定在2.5s）。打开电秒表工作电源开关，并将电秒表复位，合上开关S，使继电器与电秒表同时起动，继电器动作后经一定时限后，触点（5）（6）闭合。将电秒表控制端“I”和“II”短接，秒表停止记数，此时电秒表所指示的时间就是继电器的延时时间，把测得数据填入表16－3中。每一整定时间刻度应测定三次，取三次平均值作为该刻度的动作值。
表16-2 时间继电器整定时间与允许误差
然后将定时标度分别置于中间刻度5s、7.5s及最大刻度10s上，按上述方法各重复三次，求平均值。
动作时限应和刻度值相符，允许误差不得超过表16－2中的规定值，若误差大于规定时，可调节钟表机构摆轮上弹簧的松紧程度，具体操作应在教师指导下进行。
六、实验数据
实验四 6～10KV线路过电流保护实验
一、实验目的
1、掌握过流保护的电路原理，深入理解继电保护、自动装置的二次原理接线图和展开接线图。
2、学会识别本实验中继电保护的实际设备与原理接线图和展开接线图的对应关系。
3、通过实际接线操作, 掌握过流保护的整定调试和动作试验方法。
二、预习与思考
1、根据实验内容，参考图19－1、图19－2，设计并绘制过电流保护实验的接线图（可参照图19－3）。
2、为什么要选定主要继电器的动作值，并进行整定？
3、过电流保护中哪一种继电器属于测量元件？
三、原理说明
电力自动化与继电保护设备称为二次设备。二次设备经导线或控制电缆以一定的方式与其他电气设备相连接的电路称为二次回路，或叫二次接线。二次电路图中的原理接线图和展开接线图是广泛应用的两种二次接线图，它们是以两种不同的型式表示同一套继电保护电路。
1、原理接线图
原理接线图用来表征继电保护和自动装置的工作原理。所有的电器都以整体的形式画在
一张图上，相互联系的电流回路、电压电路和直流回路都综合在一起。为了表明这种回路对一次回路的作用，将一次回路的有关部分也画在原理接线图中，以达到对这个回路有一个整体的概念。图19—1表示6~10KV线路的过电流保护原理接线图。
从图中可以看出，整套保护装置由五只继电器组成，电流继电器3、4的线圈接于A、C两相电流互感器的二次线圈回路中，即两相两继电器式接线。当发生三相短路或任意两相短路时，流过继电器的电流将超过整定值，其常开触点闭合，接通了时间继电器5的线圈回路，直流电源电压加在时间继电器5的线圈上，使其起动，经过一定时限后其延时触点闭合，接通信号继电器6和保护出口中间继电器7的线圈回路。二继电器同时起动，信号继电器6触点闭合，发出6－10KV线路过流保护动作信号并自保持，中间继电器7起动后把断路器的辅助触点8和跳闸线圈9二者串联接到直流电源中，使跳闸线圈9通电，脱扣机构动作，使断路器跳闸，切断故障电路，断路器1跳闸后，辅助触点8分开，从而切断了跳闸回路。
由于原理接线图上各元件之间的联系是用整体连接表示的，没有画出它们的内部接线和引出端子的编号、回路的编号；直流部分仅标明电源的极性，没有标出从何熔断器引出；信号部分在图中仅标出“至信号”，无具体接线。因此，只有原理接线图是不能进行二次回路施工的，还要其他一些二次图纸的配合才可，而展开接线图就是其中的一种。
2、展开接线图
展开接线图是将整个电路图按交流电流回路、交流电压回路和直流回路分别画成几个彼此独立的部分，仪表和电器的电流线圈、电压线圈和触点要分开画在不同的回路里。为了避免混淆，属于同一元件的线圈和触点采用相同的文字符号表示。
展开接线图一般是分成交流电流回路、交流电压回路、直流操作回路和信号回路等几个主要组成部分。每一部分又分成若干行，交流回路按a、b、c的相序，直流回路按继电器的动作顺序各行从上至下排列。每一行中各元件的线圈和触点按实际连接顺序排列，每一回路的右侧标有文字说明。
展开接线图中的图形符号和文字标号是按国家统一规定的图形符号和文字标号来表示的。
图19—1 6~10KV线路过电流保护原理图
1—断路器； 2—电流互感器； 3、4—电流继电器； 5—时间继电器；
6—信号继电器； 7—保护出口中间继电器；8－断路器的辅助触点；9—跳闸线圈。
二次接线图中所有开关电器和继电器的触点都按照它们的正常状态来表示，即指开关电器在非动作状态和继电器线圈断电的状态。即常开(动合)触点就是继电器线圈不通电时,该触点断
开,常闭(动断)触点则相反。
图19—2是根据图19—1所示的原理接线图而绘制的展开接线图。左侧是保护回路展开图，右侧是示意图。从中可看出，展开接线图是由交流电流回路、直流操作回路和信号回路三部分组成。交流电流回路由电流互感器1LH的二次绕组供电，电流互感器仅装在A、C两相上，其二次绕组各接入一个电流继电器线圈，然后用一根公共线引回构成不完全星形接线。A411、C411和N411为回路的编号。
图19—2 6~10KV线路过电流保护展开图
QS—隔离开关；QF—断路器；1LH、2LH—电流互感器；1LJ、2LJ—电流继电器；
SJ—时间继电器；XJ—信号继电器；BCJ－保护出口中间继电器；TQ—跳闸线圈。
在直流操作回路中，画在两侧的竖线表示正、负电源，向上的箭头及编号101和102表示它们分别是从控制回路（＋）（－）的熔断器FU1和FU2下面引出。横线条中上面两行为时间继电器起动回路，第三行为信号继电器和中间继电器起动回路，第四行为信号指示回路，第五行为跳闸回路。
3．实验原理说明
实验线路见图19－3。过电流保护的动作顺序如下:当调节单相自耦调压器和变阻器R，模拟被保护线路发生过电流时，电流继电器LJ动作（注：实验中交流电流回路采用单相式），其常开触点闭合,接通时间继电器SJ的线圈回路，SJ则动作，经过一定时限后，其延时触点闭合，接通信号继电器XJ和保护出口中间继电器BCJ的线圈回路，BCJ的常开触点闭合，从而接通了跳闸回路（因断路器QF在合闸状态，其常开触点QF是闭合的）。使断路器跳闸，切断短路电流。同时，XJ动作并自保持，接通光字牌GP，则光字牌亮，显示“6－10KV过流保护动作指示”。通过实验接线整定调试后，将会体会到：用展开接线图表达较为清晰，易于阅读，便于了解整套装置的动作程序和工作原理，特别在复杂的电路中，其优点更为突出。
四、实验内容与步骤
1、选择电流继电器的动作值（确定线圈接线方式）和时间继电器的动作时限。（例：设额定运行时的工作电流为0.2A，选择DL－24C/0.6型电流继电器，整定动作值0.3A；选择DS－23型时间继电器整定动作时限2.5S；也可根据老师要求进行整定。）
(a)交流回路
直流操作电源
过电流保护
保护操
保护出口及主
断路器分闸
作及信
信号继电器指
示灯回路
号回路
信号继电器复
归回路
(a)交流回路
(b)直流回路
图19—3 6~10KV线路过电流保护实验接线图
2、参照实验指导书中实验十五和实验十六的调试方法分别对电流继电器和时间继电器进行整定调试。
3、按图19—3过电流保护实验接线图进行接线。任选一相电流互感器，将其副边与电流继电器线圈相连。其他两相副边短路。
4、检查上述接线和设备，确定无误后。合上断路器QF1H和QF2，将线路电压升至105V，在线路末端进行三相短路，进行保护动作试验，并认真观察各继电器的动作过程，做好记录。 五、实验报告
1、本实验安装调试及动作试验结束后要认真进行分析，并按实验报告的要求及时写出过电流保护的实验总结。
2、叙述过电流保护整定，试验的具体操作步骤和方法。 3、试说明过电流保护装置的实际应用和保护范围。
4、通过本实验谈谈你对实际设备与原理接线图和展开接线图对应关系的认识。 5、书面解答本实验的思考题。