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. – Йошкар-
Ола: 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 спе-
циальностей 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 ка-
федры «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, ме-
тодические рекомендации по выполнению индивидуальных заданий, кон-
трольные вопросы для подготовки к защите, рекомендуемую литературу.  

Выполняя лабораторные работы, магистранты изучают методику вы-

бора, устройство и принцип действия главных схем электрических соеди-
нений 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 «Произ-
водство электрической и тепловой энергии», выполняющих лабораторные 
работы по курсу «Электрические схемы электростанций и подстанций», а 
также может быть использовано студентами других специальностей, изу-
чающих 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 1215-
1365 млрд кВт×час. Предусмотрено существенное повышение эффек-
тивности потребления электрической энергии. 

Широкое использование электроэнергии является основой техниче-

ского прогресса и повышения производительности труда. На любом про-
мышленном предприятии производственные машины и механизмы при-
водятся в движение электрической энергией. Электрификация промыш-
ленности, 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 предприятий 
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 электрических 
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 студентам 
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 «Энергообеспечение 
предприятий» определяется общими методическими 
указаниями по лабораторным работам, утвержденными заведующим 
кафедрой. Согласно этим указаниям студент обязан: 

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

а) заранее ознакомиться с содержанием предстоящей лабораторной 
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 безопасности 
при выполнении работ в данной лаборатории и расписаться 
в соответствующем журнале. 

3. Перед началом каждой новой работы представить преподавателю 
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 оформляется 
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 использованием 
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 более 
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 инструкцией 
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 прилегала 
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 безопасности 
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 вращающиеся 
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 относящимися 
к данной работе; 

ж) производить переключение в схемах, находящихся под напряжением; 


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, приборами, 
инвентарем. 

2.3. Работу около пускорегулирующей аппаратуры стендов необходимо 
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 возникновении 
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 остано-
вить двигатель, а пострадавшему оказать первую медицинскую по-
мощь непосредственно на месте происшествия, одновременно поста-
вить 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. 

 

 
 

IV. Требования безопасности по окончании работы 

4.1. Выключить лабораторный стенд, разобрать собранную схему, 

аккуратно собрать монтажные провода. 

4.2. Привести в порядок приборы, инструменты, оборудование, 

использованные во время занятий, убрать в отдельное место. 

4.3. Навести порядок на рабочем месте. 
4.4. Выключить местную вентиляцию и освещение лабораторий.  
4.5. Привести в порядок и сдать руководителю работ спецодежду, 

сообщить о замеченных недостатках на рабочем месте.