水力发电综合性实验指导书(本科)
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水 泵： 2.2 主要电气设备(控制盘)
1．A1 电源盘 A1 电源盘为所有控制系统提供交直流 220V、直流 24V 电源。直流 24V 可提 供 50A 的电流输出，直流 220V 可提供 30A 的电流输出，交流 220V 可提供 60A 的 电流输出。 2．A2 励磁调节器盘 励磁调节器的主要功能是在机组并网前自动调解发电机的端电压，在机组并 网后根据需要调整发电机的无功功率，机组甩负荷后能迅速将机端电压降低到安 全的数值。在并网前后均可选择手动控制功能，进行手动调整。 3．A3 调速器盘（调速器电气柜） 调速器的主要功能是在机组并网前自动调整发电机电压的频率，跟踪系统电 压的频率，在机组并网后调整发电机的有功功率。机组甩负荷后迅速将导叶关到 空载或零，保证发电机不过速。在并网前后均可选择手动控制功能，进行手动调 整。 4．A4 继电保护盘 继电保护装置主要功能是保护发电机和变压器的安全运行，其中设有发电机 过流保护，转子一点接地保护，过电压保护，变压器差动保护，失磁保护等。在 发生事故或故障时，自动跳闸或报警。 5．PLC 控制盘 PLC 控制盘是机组控制的中心，主要完成机组的开停机、负荷调整、状态转 换等操作与控制，完成机组的自动准同期并列，显示各断路器的开关状态等。 正面第一单元：安装有同期装置（DIS－2CM）、同期启动按钮、同期转换开 关、同期停止按钮。 正面第二单元：安装有按钮及指标灯。 正面第三单元：安装有 PLC 可编程控制器（ORMON－CJ1M），分上下部分。 上部分基本单元为一个电源模块（PA205R）、CUP 模块（CJ1M－CPU13）、I/O 驱动 模块（IC101）、三个 I/D 模块（I/D231）、两个 O/D 模块（O/D231）及一个上位
图 1 实验室过水系统
2 实验室主要设备介绍
2.1 主要机械设备 水轮机：型号：HL240-LJ-14B 功率：10 kW 水头：H = 15 m 流量：Q = 0.094 m3/s 转速：n = 1500 rpm
1
水力发电综合实验
发电机：额定功率：5 kW 出口电压：400 V 出口电流：9.05 A 功率因数：0.8 励磁电压：40 V 励磁电流: 6 A 相 数：3
5 实验安排
实验分组进行，实验项目与安排如下：
时 实验项目
间
实验内容
实验目的
实验 方式
1、讲解实验内容，布置实
介绍实验室系
验任务。
统组成及实验设备。
第
集中授课 2、实验室及设备介绍。
全班 了解实验室功
一
3、讲解实验要求，学生分 能；明确实验任务。
天
组。
熟悉实验室及
了解实验设备功能和
熟悉并掌握系
设备
操作方法。
仪器仪表的量程和使用方法。 2．熟悉实验项目，明确实验目的，做好实验前的预习及相关知识的复习。 3．根据实验项目及实验任务要求，设计实验内容，编写操作流程，实验开
始前交给指导老师检查合格后方可开始实验。 4.2 实验成果要求
每个实验项目结束后，撰写该项实验的报告。要求详细、具体并条理清晰地
4
水力发电综合实验
天
4、实验不成功的可补做。
全班
6 操作指导
6.1 一次系统的正常运行方式
正常情况下 1#机组和 1#线路运行在上母线，其上刀闸合，下刀闸切； 2#机组和 2#线路运行在下母线，其上刀闸切，下刀闸合。母线联络开关在 合位。上下电压互感器刀闸均在合位。由于一期工程 2#机组和 2#线没有施工， 因此模拟图上没有显示。
停，以满足机组运行条件，保证机组正常运行。 该实验可在其他实验进行过程中完成。 9. 计算机远程监控实验 在上位计算机上完成开机、并网、负荷调整、状态切换、停机等操作内容。
实验目的是理解计算机远程监控内容及功能。
4 实验要求
4.1 实验前的准备 1．了解实验室功能，熟悉实验系统，掌握主要设备的功能及其操作，以及
热能与动力工程专业（水动方向）
水力发电综合实验 指导书及任务书
陈铁华 郭秀兰 编写
长春工程学院 水力发电实验室
目录
1 实验室概况........................................................1 2 实验室主要设备介绍................................................1 3 实验项目..........................................................3 4 实验要求..........................................................4 5 实验安排..........................................................5 6 操作指导..........................................................6 7 成绩评定..........................................................8
2
水力发电综合实验
链接模块（CLK21－V1）。下部分扩展单元为一个电源模块（PA205R）、一个 I/O 通信模块(II101)、一个 O/D 模块（O/D231）、三个 AD 模块（A/D041）及一个通 信模块（SCU41）。
正面第四单元及第五单元：是中间继电器区，共 64 块，线圈电压（DC24V）。 A5 盘后第一层隔板安装有一交流接触器（AC220V），用于同期合闸。
机组过水系统如图 1 所示，由上水箱、尾水池、水管和地下水库组成。机组 的上水箱位于九楼，容积 25m3。上水箱底板高程 31.9m，水箱可蓄水 3.6m。水箱 有一条φ 350 的进水管，与水泵出水管连接；一条φ 200 的出水管，和机组的进 水管相连接；另外还有一条溢水管。机组尾水池位于一楼地下的机组下方。深 2 米，在地下 1.8 米处有出水口，通过φ 500 管路与地下水库连接。地下水库位于 一教学楼台阶地下，容积 100～150m3，底板高程－4m。水库通过出水口与水泵连 接。
6．A6 表计盘 表计盘的主要功能是显示机组各电气与非电气运行参数。装有三相电压、电 流表，分别显示电网电压与电流、机组端电压与电流。有功功率表、无功功率表， 显示机组功率。频率表、转速表，显示机组频率与转速。转子电压与电流表，显 示发电机转子电压与电流。功率因数表显示发电机功率因数。流量与压力表，显 示机组蜗壳前压力钢管中的流量与压力。 7. A7 一次系统盘 一次系统盘的主要功能是将发电机发出的电力，通过主接线各种运行方式的 切换，送往电力网或线路负荷，同时也可向电站自身的负荷供电。盘内安装有一 次设备的开关和刀闸。 盘后一层安装有 5 个接触器，分别为环宇 CJX1－16 四个、德力西 CJX2－6511 一个。 盘后二层安装有电压互感器 2 台，分别为 1YH 和 2YH（变比为 400V/100V）； 电流互感器 1LHA、1LHB、1LHC，变比为 150A/5A；2LHA、2LHB、2LHC；变比为 100A/5A。 盘后三层安装有电流互感器 3LHA、3LHB、3LHC，变比为 50A/5A；4LHA、4LHB、 4LHC，变比为 50A/5A；5LHA、5LHB、5LHC，变比为 75A/5A。 盘后四层安装有变压器一个 BYQ（400V/400V），容量为 2000kVA。 8. A8 负荷盘 负荷盘的功能是将发电机发出的电能向各种负荷分配供电。
6
水力发电综合实验
6.2 开机前的准备工作
开机前需要确认以下设备及开关的正确位置及状态： 1．九楼的取水阀门； 2. 机组前压力钢管的主阀； 3. 供水泵状态、供水泵室（楼梯下面）电源盘上水泵电机电源开关状态、 控制箱内的电源开关状态； 机组进口前压力钢管上的电接点水压表上限接点在 2.6MPa，下限接点在 1.0MPa 位置。正常水压在 1.0～2.6MPa。 4. 压油泵状态。压油罐上的第一块电接点油压表上限接点在 2.5MPa，下限 在 1.8MPa 位置。正常油压在 2.0～2.5MPa。 5. 水抡机导叶状态；调速器状态；励磁调节器状态。 6. A1 电源盘的电源总开关 ZK1；
态切换。实验目的是掌握发电机不同运行状态及各状态间切换的操作流程。 6．发电机保护实验 主要进行失磁保护和过流保护实验。实验目的是掌握发电机过流保护原理和
失磁原理及失磁现象。 7．系统倒闸操作实验 实验室处于全冷态，从系统取电，供机组操作和作为室内用电。实验目的是
掌握倒闸操作流程。 8．辅助系统实验 本实验系统的辅助系统是指循环水系统和调速系统，控制水泵和油泵的起
3
水力发电综合实验
过程中各参量的变化。 3．自动开机及并网实验 将机组按照自动开机过程由停机状态启动，自动并入电网。实验目的是掌握
开机条件和自动并网操作流程。 4．负荷调整实验 调整并网运行机组的有功功率和无功功率。实验目的是掌握调节有功功率及
无功功率的原理和方法。 5．运行状态切换实验 将并网运行的机组进行状态切换，主要进行由发电→进相，发电→调相的状
叙述实验内容、实验目的、实验操作流程，记录运行数据及参数。对实验中遇到 的问题进行分析。 4.3 实验室纪律要求
1．严格遵守学校上课作息时间及实验室根据实验内容而安排的时间。 2．遵守实验室各项管理规定，爱护设备与仪器仪表。 3．保持室内卫生，在未经允许的情况下，禁止操作实验室内的设备。 4.4 实验室安全要求 实验过程中，要求按照事先编写好的正确的操作流程进行，严防误操作，造 成设备损坏。此外，实验室内要注意防火，室内禁止吸烟。
解列并自动停机。
第
在发电机发电状态、
掌握发电机不
运行状态切换
八
进相状态和调相状态间切 同运行状态及各状 分组
实验
天
换运行。
态间的切换方法。
第
在上位计算机上完成
计算机远程监
掌握计算机远
九
开机、并网、负荷调整等、
分组
控实验
程监控内容及功能。
天
状态切换、停机操作。
1、源自文库试；
第
2、实验总结；
十
总结
3、整理全部实验报告；
六
分组
实验
组有功功率和无功功率； 有功及无功的原理
天
将机组从电网解列并手动 和方法；掌握手动停
停机。
机操作流程。
编写自动开/停机操
作流程；将机组由停机状
掌握开机条件
第
机组自动控制 态按自动操作流程并入电 及并网操作流程；掌
七
分组
实验
网；调节机组有功功率和 握自动停机操作流
天
无功功率；将机组从电网 程。
水力发电综合实验
1 实验室概况
水力发电实验室位于一教学楼一楼，总面积为 280 平方米。室内有一台可并 网运行的水力发电机组。实验室参照已运行的小型水电站设计，运行方式采用微 机监控技术。水力发电实验室的功能是物理模拟水电厂生产全过程，进行各项生 产操作，主要用于水电站动力设备专业及热能与动力工程专业水动方向的综合 性、设计性实验，也可用于机组动态过渡过程等方面的实验研究。
分组
四
从系统取电，供机组操作 掌握倒闸操作流程。
实验
天
和作为室内用电。
5
水力发电综合实验
时 实验项目
间
实验内容
实验目的
实验 方式
第
阶段考试 实验室设备工作原理；一、
五
(口试)
二次系统；辅助系统等
天
分组
编写手动开/停机操
掌握开机条件
作流程；将机组由停机状 及手动调 节同期条
第
机组手动控制 态手动并入电网；调节机 件和方法；掌握调节
统和设备。
分组
第
一次、二次系
按照图册，对照实际
熟悉电气二次
二
统接线
设备查找电气系统接线。 系统配线方法
天
分组
熟悉循环水系统和调
掌握辅助系统
第
辅助系统及发 速系统的自动工作过程； 工作原理；掌握过流
三
分组
电机保护系统 发电机过流保护和失磁保 和失磁保护原理及
天
护。
失磁现象。
第
实验室处于全冷态，
系统倒闸操作
3 实验项目
本次实验要进行的实验项目有： 1. 自动控制回路 学习和理解图册内容，掌握一次、二次系统接线。 2．手动开机及并网实验 手动开机，启动机组，机组转速逐渐升高，检查励磁电压升到 400V，转速 稳定在额定转速，机组满足并网条件后，将机组并入电网处于空载状态。实验目 的是掌握开机条件和手动并网操作流程，以及手动调节满足同期条件的方法。实 验过程中要注意一次、二次设备以及机械设备和引水系统开机前的状态，在开机
1．A1 电源盘 A1 电源盘为所有控制系统提供交直流 220V、直流 24V 电源。直流 24V 可提 供 50A 的电流输出，直流 220V 可提供 30A 的电流输出，交流 220V 可提供 60A 的 电流输出。 2．A2 励磁调节器盘 励磁调节器的主要功能是在机组并网前自动调解发电机的端电压，在机组并 网后根据需要调整发电机的无功功率，机组甩负荷后能迅速将机端电压降低到安 全的数值。在并网前后均可选择手动控制功能，进行手动调整。 3．A3 调速器盘（调速器电气柜） 调速器的主要功能是在机组并网前自动调整发电机电压的频率，跟踪系统电 压的频率，在机组并网后调整发电机的有功功率。机组甩负荷后迅速将导叶关到 空载或零，保证发电机不过速。在并网前后均可选择手动控制功能，进行手动调 整。 4．A4 继电保护盘 继电保护装置主要功能是保护发电机和变压器的安全运行，其中设有发电机 过流保护，转子一点接地保护，过电压保护，变压器差动保护，失磁保护等。在 发生事故或故障时，自动跳闸或报警。 5．PLC 控制盘 PLC 控制盘是机组控制的中心，主要完成机组的开停机、负荷调整、状态转 换等操作与控制，完成机组的自动准同期并列，显示各断路器的开关状态等。 正面第一单元：安装有同期装置（DIS－2CM）、同期启动按钮、同期转换开 关、同期停止按钮。 正面第二单元：安装有按钮及指标灯。 正面第三单元：安装有 PLC 可编程控制器（ORMON－CJ1M），分上下部分。 上部分基本单元为一个电源模块（PA205R）、CUP 模块（CJ1M－CPU13）、I/O 驱动 模块（IC101）、三个 I/D 模块（I/D231）、两个 O/D 模块（O/D231）及一个上位
图 1 实验室过水系统
2 实验室主要设备介绍
2.1 主要机械设备 水轮机：型号：HL240-LJ-14B 功率：10 kW 水头：H = 15 m 流量：Q = 0.094 m3/s 转速：n = 1500 rpm
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水力发电综合实验
发电机：额定功率：5 kW 出口电压：400 V 出口电流：9.05 A 功率因数：0.8 励磁电压：40 V 励磁电流: 6 A 相 数：3
5 实验安排
实验分组进行，实验项目与安排如下：
时 实验项目
间
实验内容
实验目的
实验 方式
1、讲解实验内容，布置实
介绍实验室系
验任务。
统组成及实验设备。
第
集中授课 2、实验室及设备介绍。
全班 了解实验室功
一
3、讲解实验要求，学生分 能；明确实验任务。
天
组。
熟悉实验室及
了解实验设备功能和
熟悉并掌握系
设备
操作方法。
仪器仪表的量程和使用方法。 2．熟悉实验项目，明确实验目的，做好实验前的预习及相关知识的复习。 3．根据实验项目及实验任务要求，设计实验内容，编写操作流程，实验开
始前交给指导老师检查合格后方可开始实验。 4.2 实验成果要求
每个实验项目结束后，撰写该项实验的报告。要求详细、具体并条理清晰地
4
水力发电综合实验
天
4、实验不成功的可补做。
全班
6 操作指导
6.1 一次系统的正常运行方式
正常情况下 1#机组和 1#线路运行在上母线，其上刀闸合，下刀闸切； 2#机组和 2#线路运行在下母线，其上刀闸切，下刀闸合。母线联络开关在 合位。上下电压互感器刀闸均在合位。由于一期工程 2#机组和 2#线没有施工， 因此模拟图上没有显示。
停，以满足机组运行条件，保证机组正常运行。 该实验可在其他实验进行过程中完成。 9. 计算机远程监控实验 在上位计算机上完成开机、并网、负荷调整、状态切换、停机等操作内容。
实验目的是理解计算机远程监控内容及功能。
4 实验要求
4.1 实验前的准备 1．了解实验室功能，熟悉实验系统，掌握主要设备的功能及其操作，以及
热能与动力工程专业（水动方向）
水力发电综合实验 指导书及任务书
陈铁华 郭秀兰 编写
长春工程学院 水力发电实验室
目录
1 实验室概况........................................................1 2 实验室主要设备介绍................................................1 3 实验项目..........................................................3 4 实验要求..........................................................4 5 实验安排..........................................................5 6 操作指导..........................................................6 7 成绩评定..........................................................8
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水力发电综合实验
链接模块（CLK21－V1）。下部分扩展单元为一个电源模块（PA205R）、一个 I/O 通信模块(II101)、一个 O/D 模块（O/D231）、三个 AD 模块（A/D041）及一个通 信模块（SCU41）。
正面第四单元及第五单元：是中间继电器区，共 64 块，线圈电压（DC24V）。 A5 盘后第一层隔板安装有一交流接触器（AC220V），用于同期合闸。
机组过水系统如图 1 所示，由上水箱、尾水池、水管和地下水库组成。机组 的上水箱位于九楼，容积 25m3。上水箱底板高程 31.9m，水箱可蓄水 3.6m。水箱 有一条φ 350 的进水管，与水泵出水管连接；一条φ 200 的出水管，和机组的进 水管相连接；另外还有一条溢水管。机组尾水池位于一楼地下的机组下方。深 2 米，在地下 1.8 米处有出水口，通过φ 500 管路与地下水库连接。地下水库位于 一教学楼台阶地下，容积 100～150m3，底板高程－4m。水库通过出水口与水泵连 接。
6．A6 表计盘 表计盘的主要功能是显示机组各电气与非电气运行参数。装有三相电压、电 流表，分别显示电网电压与电流、机组端电压与电流。有功功率表、无功功率表， 显示机组功率。频率表、转速表，显示机组频率与转速。转子电压与电流表，显 示发电机转子电压与电流。功率因数表显示发电机功率因数。流量与压力表，显 示机组蜗壳前压力钢管中的流量与压力。 7. A7 一次系统盘 一次系统盘的主要功能是将发电机发出的电力，通过主接线各种运行方式的 切换，送往电力网或线路负荷，同时也可向电站自身的负荷供电。盘内安装有一 次设备的开关和刀闸。 盘后一层安装有 5 个接触器，分别为环宇 CJX1－16 四个、德力西 CJX2－6511 一个。 盘后二层安装有电压互感器 2 台，分别为 1YH 和 2YH（变比为 400V/100V）； 电流互感器 1LHA、1LHB、1LHC，变比为 150A/5A；2LHA、2LHB、2LHC；变比为 100A/5A。 盘后三层安装有电流互感器 3LHA、3LHB、3LHC，变比为 50A/5A；4LHA、4LHB、 4LHC，变比为 50A/5A；5LHA、5LHB、5LHC，变比为 75A/5A。 盘后四层安装有变压器一个 BYQ（400V/400V），容量为 2000kVA。 8. A8 负荷盘 负荷盘的功能是将发电机发出的电能向各种负荷分配供电。
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水力发电综合实验
6.2 开机前的准备工作
开机前需要确认以下设备及开关的正确位置及状态： 1．九楼的取水阀门； 2. 机组前压力钢管的主阀； 3. 供水泵状态、供水泵室（楼梯下面）电源盘上水泵电机电源开关状态、 控制箱内的电源开关状态； 机组进口前压力钢管上的电接点水压表上限接点在 2.6MPa，下限接点在 1.0MPa 位置。正常水压在 1.0～2.6MPa。 4. 压油泵状态。压油罐上的第一块电接点油压表上限接点在 2.5MPa，下限 在 1.8MPa 位置。正常油压在 2.0～2.5MPa。 5. 水抡机导叶状态；调速器状态；励磁调节器状态。 6. A1 电源盘的电源总开关 ZK1；
态切换。实验目的是掌握发电机不同运行状态及各状态间切换的操作流程。 6．发电机保护实验 主要进行失磁保护和过流保护实验。实验目的是掌握发电机过流保护原理和
失磁原理及失磁现象。 7．系统倒闸操作实验 实验室处于全冷态，从系统取电，供机组操作和作为室内用电。实验目的是
掌握倒闸操作流程。 8．辅助系统实验 本实验系统的辅助系统是指循环水系统和调速系统，控制水泵和油泵的起
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水力发电综合实验
过程中各参量的变化。 3．自动开机及并网实验 将机组按照自动开机过程由停机状态启动，自动并入电网。实验目的是掌握
开机条件和自动并网操作流程。 4．负荷调整实验 调整并网运行机组的有功功率和无功功率。实验目的是掌握调节有功功率及
无功功率的原理和方法。 5．运行状态切换实验 将并网运行的机组进行状态切换，主要进行由发电→进相，发电→调相的状
叙述实验内容、实验目的、实验操作流程，记录运行数据及参数。对实验中遇到 的问题进行分析。 4.3 实验室纪律要求
1．严格遵守学校上课作息时间及实验室根据实验内容而安排的时间。 2．遵守实验室各项管理规定，爱护设备与仪器仪表。 3．保持室内卫生，在未经允许的情况下，禁止操作实验室内的设备。 4.4 实验室安全要求 实验过程中，要求按照事先编写好的正确的操作流程进行，严防误操作，造 成设备损坏。此外，实验室内要注意防火，室内禁止吸烟。
解列并自动停机。
第
在发电机发电状态、
掌握发电机不
运行状态切换
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进相状态和调相状态间切 同运行状态及各状 分组
实验
天
换运行。
态间的切换方法。
第
在上位计算机上完成
计算机远程监
掌握计算机远
九
开机、并网、负荷调整等、
分组
控实验
程监控内容及功能。
天
状态切换、停机操作。
1、源自文库试；
第
2、实验总结；
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总结
3、整理全部实验报告；
六
分组
实验
组有功功率和无功功率； 有功及无功的原理
天
将机组从电网解列并手动 和方法；掌握手动停
停机。
机操作流程。
编写自动开/停机操
作流程；将机组由停机状
掌握开机条件
第
机组自动控制 态按自动操作流程并入电 及并网操作流程；掌
七
分组
实验
网；调节机组有功功率和 握自动停机操作流
天
无功功率；将机组从电网 程。
水力发电综合实验
1 实验室概况
水力发电实验室位于一教学楼一楼，总面积为 280 平方米。室内有一台可并 网运行的水力发电机组。实验室参照已运行的小型水电站设计，运行方式采用微 机监控技术。水力发电实验室的功能是物理模拟水电厂生产全过程，进行各项生 产操作，主要用于水电站动力设备专业及热能与动力工程专业水动方向的综合 性、设计性实验，也可用于机组动态过渡过程等方面的实验研究。
分组
四
从系统取电，供机组操作 掌握倒闸操作流程。
实验
天
和作为室内用电。
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水力发电综合实验
时 实验项目
间
实验内容
实验目的
实验 方式
第
阶段考试 实验室设备工作原理；一、
五
(口试)
二次系统；辅助系统等
天
分组
编写手动开/停机操
掌握开机条件
作流程；将机组由停机状 及手动调 节同期条
第
机组手动控制 态手动并入电网；调节机 件和方法；掌握调节
统和设备。
分组
第
一次、二次系
按照图册，对照实际
熟悉电气二次
二
统接线
设备查找电气系统接线。 系统配线方法
天
分组
熟悉循环水系统和调
掌握辅助系统
第
辅助系统及发 速系统的自动工作过程； 工作原理；掌握过流
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分组
电机保护系统 发电机过流保护和失磁保 和失磁保护原理及
天
护。
失磁现象。
第
实验室处于全冷态，
系统倒闸操作
3 实验项目
本次实验要进行的实验项目有： 1. 自动控制回路 学习和理解图册内容，掌握一次、二次系统接线。 2．手动开机及并网实验 手动开机，启动机组，机组转速逐渐升高，检查励磁电压升到 400V，转速 稳定在额定转速，机组满足并网条件后，将机组并入电网处于空载状态。实验目 的是掌握开机条件和手动并网操作流程，以及手动调节满足同期条件的方法。实 验过程中要注意一次、二次设备以及机械设备和引水系统开机前的状态，在开机