Электрические схемы электростанций и подстанций

 

 

 

В. Н. Соколова  
 
М. Д. Богатырев 

 
 
 
 
 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ 

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ 

 
 

 

 

 

Лабораторный практикум 

 
 
 

 
 
 
 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2018 

УДК 621.311 
ББК 31.277 
        С 56 
 
 
 

Рецензенты: 

доцент кафедры транспортно-технологических машин ПГТУ 

канд. техн. наук В. А. Грязин; 

доцент кафедры эксплуатации машин и оборудования ПГТУ 

канд. техн. наук И. Н. Багаутдинов 

  

 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 

 

Соколова, В. Н.  

С56 
     Электрические схемы электростанций и подстанций: лабораторный практикум / В. Н. Соколова, М. Д. Богатырев. – ЙошкарОла: Поволжский государственный технологический университет, 
2018. – 124 с. 

            ISBN 978-5-8158-2000-5 
 

Приведены основные теоретические сведения, описания и порядок 

проведения лабораторных работ по электрическим схемам электростанций и подстанций, а также методики их выполнения и обработки экспериментальных данных. 

Для магистрантов направления подготовки 140100 «Теплоэнергетика 

и теплотехника» профиля подготовки «Производство электрической и 
тепловой энергии». Издание может быть полезно студентам других специальностей и направлений подготовки при изучении соответствующих 
дисциплин. 

 

УДК 621.311 
ББК 31.277 
 

ISBN 978-5-8158-2000-5             © В. Н. Соколова, М. Д. Богатырев, 2018 
                                                      © Поволжский государственный        

технологический университет, 2018 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

Предисловие ................................................................................................ 3 

Список сокращений .................................................................................... 5 

Введение ...................................................................................................... 6  

Общие указания к выполнению лабораторных работ ............................. 7  

Правила безопасности ................................................................................ 9 

Лабораторная работа № 1 
Электрические схемы тепловых электростанций .................................. 12 

Лабораторная работа № 2 
Электрические схемы трансформаторных 
 подстанций ............................................................................................... 24 

Лабораторная работа № 3 
Схемы питания собственных нужд  
 электростанции ........................................................................................ 56 

Лабораторная работа № 4 
Электрические схемы питания  
собственных нужд подстанции ................................................................ 64  

Лабораторная работа № 5 
Исследование токов короткого замыкания  
в схеме подстанции ................................................................................... 72 

Лабораторная работа № 6 
Выбор коммутационных аппаратов 
распределительных устройств ................................................................. 88 
 
Лабораторная работа № 7 
Измерительные трансформаторы тока и напряжения .......................... 101  

Заключение ............................................................................................... 110 

Библиографический список .................................................................... 111 

Приложение .............................................................................................. 112 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Издание содержит описания лабораторных работ курса «Электриче
ские схемы электростанций и подстанций».  

Здесь представлены необходимые теоретические сведения, приве
дены общие указания по порядку выполнения работ в лабораториях кафедры «Энергообеспечение предприятий» ПГТУ.  

Выполнение каждой лабораторной работы рекомендуется проводить 

в три этапа. 

1. Самостоятельная подготовка магистрантов к лабораторной работе 

путем изучения или повторения теоретических положений курса лекций, 
относящихся к теме лабораторной работы. 

2. Проведение исследований в лаборатории на уровне самостоятель
ных исследований студента, контролируемых преподавателем. 

3. Обработка результатов исследований и составление отчета. 
Первый и третий этапы выполняются внеаудиторно. 
Описание каждой лабораторной работы, представленной в данном 

практикуме, содержит цель и задачи работы, теоретический материал, методические рекомендации по выполнению индивидуальных заданий, контрольные вопросы для подготовки к защите, рекомендуемую литературу.  

Выполняя лабораторные работы, магистранты изучают методику вы
бора, устройство и принцип действия главных схем электрических соединений электростанций и подстанций, знакомятся со способами выбора и 
проверки токоведущих частей и электрической аппаратуры, приобретают 
навыки исследования основных рабочих характеристик и эксплуатации 
электрооборудования схем электростанций и подстанций.  

Лабораторные работы выполняются в специализированной лаборато
рии «Электрооборудование» (ауд. 216, II корп. ПГТУ), которая оснащена 
оборудованием, позволяющим экспериментальным путем исследовать 
электрооборудование схем электростанций и подстанций.  

Издание ориентировано на магистрантов направления подготовки 

140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» профиля подготовки «Производство электрической и тепловой энергии», выполняющих лабораторные 
работы по курсу «Электрические схемы электростанций и подстанций», а 
также может быть использовано студентами других специальностей, изучающих дисциплины «Электроснабжение» и «Электрооборудование». 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

 

ВВ
– вакуумный выключатель

ВЛ
– воздушная линия

ВН
– высшее напряжение

ГПП
– главная понизительная подстанция

ГРУ
– главное распределительное устройство

ГЭС
– гидравлическая электрическая станция

ЗРУ
– закрытое распределительное устройство

КЗ
– короткое замыкание

КРУ
– комплектное распределительное устройство

КТП
– комплектная трансформаторная подстанция

КТПБМ– комплектная трансформаторная подстанция блочно-модульная
КЭС
– конденсационная электрическая станция

ЛЭП
– линия электропередачи

МВ
– масляный выключатель

НКУ
– низковольтное комплектное устройство

НН
– низшее напряжение

ОПУ
– общеподстанционный пункт управления

ОРУ
– открытое распределительное устройство

ОСШ
– обходная секция шин

ПГВ
– подстанция глубокого ввода

ПС
– подстанция

ПУЭ
– правила устройства электроустановок

РП
– распределительный пункт

РПН
– регулирование под нагрузкой

РУ
– распределительное устройство

СК
– синхронный компенсатор

сн
– собственные нужды

СН
– среднее напряжение

СШ
– секция шин

ТП
– трансформаторная подстанция

ТСН
– трансформаторы собственных нужд

ТЭС
– тепловая электрическая станция

ТЭЦ
– теплоэнергоцентраль

ЭУ
– электроустановка

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Основой экономического развития России является развитие энер
гетики. В соответствии с «Энергетической стратегией России на период 
до 2020 года» намечено увеличить выработку электроэнергии до 12151365 млрд кВт×час. Предусмотрено существенное повышение эффективности потребления электрической энергии. 

Широкое использование электроэнергии является основой техниче
ского прогресса и повышения производительности труда. На любом промышленном предприятии производственные машины и механизмы приводятся в движение электрической энергией. Электрификация промышленности, сельского хозяйства, транспорта и бытовой техники 
обуславливает необходимость применения разнообразного электротехнического оборудования.  

Электрическая энергия переменного тока вырабатывается на крупных 

электростанциях синхронными генераторами при напряжении 11-20 кВ; 
в отдельных случаях – 30-35 кВ. Для экономичной передачи ее на большие расстояния через линии, с помощью трансформаторов выгодно 
уменьшать силу тока, повышая напряжение до сотен киловольт. В распределительных электрических сетях и установках используются трансформаторы, снижающие напряжение до уровня, удобного для использования электрической энергии. Трансформатор связывает все звенья электрической цепи в единую энергетическую систему.  

Современные системы электроснабжения промышленных предприя
тий обеспечивают необходимую степень надежности электроснабжения, 
качество электроэнергии на зажимах электроприемников, а также экономию электроэнергии и других материальных ресурсов. 

Выполнение этих задач осуществляется входящими в состав электри
ческих сетей линиями электропередачи, трансформаторными подстанциями, распределительными устройствами и коммутационными пунктами, 
средствами регулирования напряжения, устройствами для поддержания 
качества электроэнергии потребителей. 

Цель лабораторного практикума – оказать методическую помощь сту
дентам в проведении лабораторных работ по исследованию схем и электрооборудования электрических станций и подстанций, а также обеспечить возможность теоретической подготовки к их выполнению и защите. 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ 

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 

 

Порядок проведения лабораторных занятий на кафедре «Энерго
обеспечение предприятий» определяется общими методическими 
указаниями по лабораторным работам, утвержденными заведующим 
кафедрой. Согласно этим указаниям студент обязан: 

1. Приходить на лабораторные занятия полностью подготовлен
ным к выполнению работ, для чего необходимо: 

а) заранее ознакомиться с содержанием предстоящей лаборатор
ной работы по методическим указаниям, подготовиться к ответу 
на контрольные вопросы; 

б) иметь при себе методические указания к лабораторной работе, 

калькулятор, миллиметровую бумагу, линейку, ручку и карандаш. 

2. На первом занятии ознакомиться с правилами техники безопас
ности при выполнении работ в данной лаборатории и расписаться 
в соответствующем журнале. 

3. Перед началом каждой новой работы представить преподава
телю отчет по предыдущей работе, оформленный в соответствии 
с приведенными ниже требованиями. 

Лабораторная работа начинается с проверки готовности студента 

к ее выполнению. Контрольные вопросы и необходимый для подготовки теоретический материал приводятся в учебном пособии и методических указаниях.  

В процессе выполнения лабораторной работы студентами оформ
ляется отчет, который представляется преподавателю на следующем 
занятии. Порядок проведения защит лабораторных работ определяет 
преподаватель, ведущий занятия. 

4. Отчет о выполненной работе должен быть содержательным 

и кратким. Результаты экспериментов должны быть обработаны 
и представлены в удобном для восприятия виде (таблицы, графики, 
рисунки, формулы). 

Отчет должен содержать: 
а) титульный лист установленной формы; 
б) цель работы и краткое ее содержание; 

в) исходные данные по расчету электрической схемы электрообо
рудования; 

г) таблицы исследований и расчетных данных; 
в) схемы, графики и расчетные формулы, а также окончательные 

результаты в числовом или графическом виде; 

ж) результаты анализа результатов и краткие выводы по работе. 
Текстовая и графическая части отчета могут оформляться с ис
пользованием программных средств персонального компьютера или 
вручную и должны соответствовать требованиям ГОСТ. 

Каждый рисунок должен иметь порядковый номер и подрисуноч
ную надпись, определяющую его содержание. На графиках должны 
быть обозначены координатные оси и выполнена их оцифровка, указаны размерности. Если на одном графике имеется несколько кривых, 
их следует обозначить цифрами (1, 2, 3 и т.д.) и под рисунком дать 
краткие пояснения, определяющие отличия кривых друг от друга.  

Для схем необходимо кратко пояснить назначение элементов. 
Рекомендуемый размер графиков (мм): 75100…100150 (не бо
лее половины стандартного листа). Если из полученных графиков 
следует определить некоторые числовые значения, то последние 
должны быть приведены на полях рисунка. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ 

 

Правила техники безопасности составлены в соответствии с ин
струкцией ИОТ – 02. 02. 05. 00 – 008 – 14 по охране труда на рабочем 
месте при проведении экспериментальных работ в лабораториях кафедры «Энергообеспечение предприятий» ПГТУ. 

I. Требования безопасности перед началом работы 

1.1. Привести в порядок свою одежду так, чтобы она плотно при
легала к телу, была аккуратно застегнута, волосы должны быть заправлены под головной убор. 

1.2. Проверить, достаточно ли освещено ваше рабочее место. 
1.3. Внимательно ознакомиться с заданием, с правилами безопас
ности работы, оборудованием, инструментом, проверить исправность 
ограждений, заземлений и предохранительных устройств. 

1.4. До начала занятий и во время перерывов запрещается вращать 

учебные стенды, валы, шестерни и т.д., включать кнопки и рубильники. 

1.5. Прежде, чем запустить двигатель, предупредите об этом своих 

товарищей, находящихся около двигателя. 

II. Требования безопасности  

во время работы двигателя, установки 

2.1. Запрещается:  
а) без разрешения преподавателя (в целях предупреждения 

несчастного случая или поломки стендов) включать двигатели, 
кнопки, рубильники, оставлять без наблюдения работающие установки; 

б) облокачиваться на стенды, двигатели, тянуться через вращаю
щиеся детали установки; 

в) ремонтировать и ощупывать стенд во время его работы; 
г) останавливать вращение валов торможением рукой; 
д) касаться вращающихся частей работающих стендов; 
е) загромождать рабочее место другими предметами, не относя
щимися к данной работе; 

ж) производить переключение в схемах, находящихся под напря
жением; 

з) касаться руками клемм и других неизолированных элементов 

схемы до снятия напряжения; 

и) ставить в схемы провода с нарушенной изоляцией. 
2.2. Необходимо бережно обращаться с инструментами, прибо
рами, инвентарем. 

2.3. Работу около пускорегулирующей аппаратуры стендов необ
ходимо производить с предосторожностью во избежание самопроизвольного включения стендов в работу. 

III. Требования безопасности при аварийной ситуации 

3.1. При обнаружении неисправных приборов, а также при возник
новении отклонений в режиме работы схемы лабораторной установки, немедленно отключить стенд и сообщить об этом преподавателю или лаборанту. 

3.2. При устранении неисправности, проведении технического об
служивания двигатель должен быть остановлен. 

3.3. При отключении электроэнергии выключить стенды, рубиль
ники. 

3.4. При всех аварийных ситуациях необходимо сообщить руково
дителю работ.  

3.5. При поломке стенда его нужно отключить и вывесить таб
личку о неисправности стенда, устранять неисправность следует при 
отключенном стенде. 

3.6. Если во время занятий произойдет несчастный случай, при
ведший к травмированию обучающегося, нужно немедленно остановить двигатель, а пострадавшему оказать первую медицинскую помощь непосредственно на месте происшествия, одновременно поставить в известность о случившемся лицо, ответственное за безопасное 
проведение работ. 

3.7. Немедленно известить о несчастном случае в сектор охраны 

труда университета по телефону 68-68-66.