楼宇供配电及照明系统实验指导书.docx
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楼宇供配电及照明系统实验指导书
楼宇供配电及照明系统实验指导书（总68页）
本学期共完成6个实验，写实验报告顺序
（实验一智慧建筑的供电运行方式实验）
（实验二备自投联动控制实验）
（实验三楼宇普通照明配电方式实验）
（实验四应急照明配电方式实验）
（实验五双电源自动切换控制实验）
（实验六情景切换控制模式下的照明控制实验）
第一部分THPGP-1型楼宇供配电及照明系统介绍
概述
在智能建筑的组成结构中，建筑设备自动化系统BAS是智能建筑存在的基础。
楼宇设备自动化系统（BuildingAutomationSystem）又称为建筑设备监控系统。
其主要设备是采用中心监控室的计算机对整个高层建筑物内多而分散的建筑设备实行测量、监视和自动控制。
对楼宇内众多的暖通、空调、供配电、照明、给排水、消防、电梯、停车场中的大量机电设备进行有条不紊的综合协调，科学地运行管理及维护保养工作，它为所有机电设备提供了安全、可靠、节能、长寿命运行可信赖的保证，能实现供配电系统、空调系统、给排水系统、电梯等之间的信息互通，从而节省整个楼宇内部设备运行的人力，节省能源消耗，，同时还可在主控室内随时掌握设备的状态及运行情况、能量的消耗及各种参数的变化情况，并满足管理者的需要。
供配电系统是智能建筑的心脏，是大厦的动力系统。
近年来，智慧建筑在国内外不断兴建，成为现代化城市的重要标志。
各种先进技术与智慧化设备的不断应用和发展，给智慧建筑供配电提出了许多新的要求，供配电的可靠性、安全性，摆到了更为重要的位置，同时也给建筑电气的设计技术提出了新的研究课题。
智慧建筑与一般建筑相比，对电气设备的要求有所不同，有其自身的特点，具体如下：
1．用电设备多；
2．用电量大；
3．供电可靠性要求高；
4．电气系统复杂；
5．电气线路多；
6．电气用房多；
7．自动化程度高。
现代建筑中的照明不仅要求能为人们的工作、学习生活提供良好的视觉条件，而且要能利用灯具造型和光色协调营造出具有一定风格和美感的室内环境，以满足人们的心理和生理要求。
然而，一个真正设计合理的现代照明系统，除能满足以上条件外，还必须做到充分利用和节约能源。
随着现代办公大楼巨型化，工作时间弹性化，人类物质文化多样化和人口老龄化，需要营造快乐、便捷、安全、高效的照明环境和气氛，从而促进了照明控制系统向高效节能和智慧化的方向发展。
作为智能楼宇重要组成部分的照明系统，面对不断发展的需要，要求照明系统智能化，具备场景模式等复杂功能，便于控制和监督，并能与安防、三表等系统集成，微电子技术、网络通信技术的纵深发展，照明控制技术面临革命性的变革，变革所呈现的三大趋势是：
1）电子化----电子元器件替代传统的机械式开关。
2）网络化----网络通信技术成为智能照明系统的技术平台
3）集成化----系统集成技术平台使照明、安防、上网成为一个整体解决方案。
“THPGP-1型楼宇供配电及照明系统实验装置”满足了智能建筑供配电和照明系统的基本要求，它是一种模拟智能建筑中现场供配电系统线路结构以及照明控制系统的实验装置。
一次系统包括：
楼宇供配电部分、楼层照明配电线路和照明场景模拟部分。
控制系统包括：
备自投控制、无功补偿控制、双电源供电负荷运行线路控制和照明系统综合控制。
同时配备“THPGP-1型上位机软件”，可实现远方监控供配电和照明系统，同时方便组建楼宇自控系统。
第一章楼宇供配电及照明控制部分（控制屏）
控制屏包括以下6个部分：
1、电源控制部分：
由以下两个部分组成：
进线电源：
在控制屏左侧有一个塑壳断路器（额定电流40A），控制楼宇供电线路总电流的通断。
操作电源：
在控制屏左侧有一个单相电源（额定电流10A，带漏电保护器），控制各电量变送器、DDC控制器以及二次部分控制回路电源。
2、楼宇供配电部分：
各路高压电源进线采用市电400V模拟，进线方式为：
两路外部电源进线，并配有自备电源系统。
出线母线方式：
单母分段。
配电母线为单母分段形式，楼宇负荷以建筑设备系统来区分，包括7个部分：
照明系统、动力系统、空调系统、给排水系统、消防与安全防范系统、通信及有线电视系统和电梯系统，其中照明系统包括正常照明系统和应急照明系统两部分。
根据各负荷的供电要求以及负荷类型特点，负荷线路设置如图1-1-1所示。
断路器的分、合闸通过操作QF1～QF4选择开关（带自复位功能），旋至合闸，红灯亮，线路接通；旋至分闸，绿灯亮，线路断开。
通过母线下方的电压表可监测1#、2#母线电压，调节电压表下方的选择开关，可实现线电压显示值和相电压显示值之间的切换。
线路通断采用ABB微型断路器控制。
该设备主要特点是：
在主通断触点左边增加了两个辅助单元：
分励脱扣器（～220V动作跳闸脱扣）和辅助触点（1NC、1NO），前者用于消防联动时跳开非重要负荷，后者用于上位机监测断路器分、合闸状态。
每一回路负荷出线上都有一个光字牌指示器，当此回路断路器合闸后，并且线路上有电则该光字牌亮。
3、楼宇照明控制部分：
楼宇照明控制部分由楼层配电线路以及照明场景控制开关组成，楼层照明配电模拟典型楼层配电形式，照明控制开关包括以下几类：
1）传统照明控制方式：
手动开关组件（单极开关、双路开关）、手动调节组件（调光开关）。
2）智能照明控制方式：
触摸延时开关、人体感应开关、声控延时开关、遥控开关、THPIL-1智慧调光控制器。
3）自动照明控制方式：
上位机远动控制各楼层配电箱以及公共照明的通断，下位机采用DDC控制器。
图1-1-1
4、
控制系统部分：
包括备自投控制、低压无功补偿控制、应急照明双电源自动切换接线区
备自投控制：
在实验屏左下方，有“备用方式”和“明备用线路选择”两个选择开关，可针对电源进线故障时，完成自动投入备用线路控制。
无功补偿控制：
在实验屏正下方，装有JKL5CF智能无功补偿装置，通过选择开关切换，可选择两种补偿方式：
微机自动补偿和手动补偿。
应急照明双电源自动切换接线区：
根据楼宇负荷等级要求，以下四类负荷需要双电源供电（即从两条母线取电）：
消防与安全防范系统、通信及有线电视系统、电梯系统和应急照明。
在某一时刻，在配电母线始端有两路电源给这几类负荷供电，负荷端则需要选择从某一路电源用电，因此需要设置双电源切换控制线路。
在本装置上应急照明末端取电线路需要接线，才能完成自动切换控制；其它几类内部负荷，内部接线已经完成，可完成自动切换控制，即哪路电源先得电，就先从该路电源取电。
运行线路故障设置：
按下短路设置按钮，模拟线路对应点发生故障时，保护组件动作情况。
5、通信接口部分：
在实验屏右侧设置有两个通信接口：
ModbusRTU通信接口和LonWorks通信接口。
整个通信控制网络如图1-1-2所示。
图1-1-2
6、消防告警模拟部分：
在实验屏下方，设有消防告警按钮，按下此按钮，模拟消防信号发出，DDC检测该按钮触点信号，可通过上位机联动跳闸相关配电以及照明线路。
第二章THPGP-1型照明系统演示柜
照明系统演示柜模拟智能化综合大楼，集成了多种灯具和控制开关，做为照明控制部分的演示对象。
本实验柜模拟智能化大楼典型楼宇场所和场景。
按照综合大楼设计思路，我们把演示柜分成5层。
地下一层为停车场；第一层为大堂和楼道一；第二层为多功能会议厅和楼道二；第三层分为经理办公室，员工办公室和楼道三；第四层分为卧室，客厅，和楼道四。
各控制方式以及开关如下：
1、卧室设有白炽灯，采用调光开关控制，以改变照度来适应各种不同的场合，如看电视，学习，休息等；客厅采用两位单路开关控制，控制两种不同的灯光，以满足不同的场合需求，如待客，聚会等。
楼道四采用触摸延时开关控制，可达到节约电能的目的。
2、经理办公室采用多场景按钮切换控制，切换的场景有全灭，全亮，办公，会客，休息；员工办公室采用荧光灯调光控制，可以根据太阳光的强弱来人为改变荧光灯的明暗，节约能源。
楼道三采用人体感应开关控制，根据人体的红外线来控制灯。
3、多功能会议厅采用智能调光控制器控制。
控制器中已经设置多种场景，如入场，会议，休息，投影，散会等等，通过按键可设置对应场景。
楼道二采用双路开关控制，实现两地控制同一灯。
4、大堂采用无线遥控装置控制，通过手持遥控器的按键或面板开关来进行场景设置。
楼道一采用声光控开关控制，通过检测声音来控制灯。
5、-1层地下停车场采用光电开关控制，当车挡住光电开关发射的红外线时，接收装置无法接收信号，光电开关输出触点信号控制地下层灯光的开启。
演示柜的电源以及控制信号通过后面的航空插座连接到实验屏。
第三章THPGP-1型上位机工程软件的安装与使用
1产品介绍
“THPGP-1型楼宇供配电及照明系统实验装置上位机软件”是基于Windows操作系统的综合自动化、集成化应用平台，用于THPGP-1型楼宇供配电及照明系统实验装置，可完成供配电及照明系统的实时监控。
本系统模拟现场运行楼宇自控管理系统，具备基本的监控和数据采集（SCADA）功能。
系统在整体技术指针、实时性等方面都达到较高的程度，在易操作、保护及友好的人机接口等方面也充分发挥了现代计算机技术和通信技术特点，可以满足用户多方面的需求，达到供配电及照明系统监控软件用于教学的目的。
本系统软件采用北京三维力控组态软件开发设计，接口丰富，功能全面，具有良好的扩展性。
力控组态软件的使用方法详见《力控用户手册》。
2运行环境
本监控系统软件采用力控组态软件编写设计，软件运行后，接口显示在最前端，并且屏蔽了CRAL+ALT+DEL组合键以及禁止了ALT和右键，此时，最好不要调用和运行其它软件。
软件运行平台：
操作系统：
MicrosoftWINDOWS2000+sp2或WINDOWSXP中文操作系统
分辨率：
1024×768
硬件平台：
并口硬件锁：
力控组态软件并口密码锁
特别注意：
在运行监控系统软件时，尽量不要运行其它软件，以减少系统内存的消耗，提高软件工作的可靠性。
更不能运行需要占用COM1的软件，因为本监控软件需要占用COM1，否则会出现串口冲突的现象，影响软件的正常使用。
3安装运行软件
打开安装光盘，运行“安装工程”文件夹中的“THPGP-1上位机软件”文件夹中的“setup”图示（如图1-3-1所示），出现图1-3-2所示安装画面，选择对应选项，点击“开始”，安装软件。
图1-3-1图1-3-2
安装过程中会出现“深思Ⅲ驱动安装向导”（如图1-3-3所示），点击“下一步”，出现图1-3-4，选择“安装驱动程序”，点击“下一步”，出现图1-3-5，点击“完成”。
图1-3-3图1-3-4
图1-3-5
“THPGP-1上位机软件”安装完成后出现图1-3-6，点击“确定”，完成安装。
图1-3-6图1-3-7
在桌面上出现图1-3-7所示图标，双击该图标可进入“THPGP-1上位机软件”运行系统。
4操作窗口功能介绍
初始登陆窗口
运行工程项目后，第一窗口为软件登陆窗口。
如图所示1-3-8。
点击“进入系统”按钮，进入监控系统，开始信息的下发和上传工作。
点击“退出系统”按钮，可退出监控系统。
系统选择窗口
在该窗口中，可选择进入“供配电系统”或“照明系统”，完成不同监控内容。
如图1-3-9所示。
图1-3-8
图1-3-9
供配电监控管理系统主功能窗口
在该窗口中，显示监控系统的各功能模块，通过点击对应按钮，可进入各子窗口。
如图1-3-10所示。
运行管理窗口
1#电源进线和母线
如图1-3-11所示。
在此窗口中监测总进线电源的各电量：
电压、电流、功率等参数；各负荷线路的电流、以及各断路器的通、断。
点击“2#母线”可进入“2#电源进线和母线”窗口。
当各负荷线路对应断路器闭合时，负荷由灰变成红色。
图1-3-10
图1-3-11
2#电源进线和母线
如图1-3-12所示。
在此窗口中功能与“1#电源进线和母线”基本类似，点击“1#母线”可进入“1#电源进线和母线”窗口。
实时信息窗口
配电线路负荷曲线
如图1-3-13所示。
在此窗口中监测各负荷的电流变化情况。
总电量实时趋势
如图1-3-14所示。
在此窗口中监测总电源进线各电量的实时趋势。
中央模拟屏
如图1-3-15所示。
中央模拟屏有三个部分：
电源进线、低压1#母线和低压2#母线。
窗口中动态反映各电量的变化情况。
图1-3-12
图1-3-13
图1-3-14
图1-3-15
电能历史报表
如图1-3-16所示。
在此窗口中以报表的形式，完成电能的统计和历史记录。
历史事件窗口
如图1-3-17所示。
在此窗口中，有遥控记录报表，具体含义如下：
1）断路器位置：
显示“除消防、应急其它线路”
2）操作方式：
显示“手动或自动”。
3）操作人：
显示“消防供配电联动”。
4）操作时间：
显示“联动控制时间”。
图1-3-16
图1-3-17
消防告警提示窗口
当发生消防告警信号时（按下实验台反面的消防告警按钮），在右上角会弹出如图1-3-18窗口。
点击该窗口，会出现如图1-3-19窗口。
（1）自动：
自动跳开非消防和应急电源。
（2）手动：
手动切除非消防和应急电源。
图1-3-18图1-3-19
照明系统监控窗口
如图1-3-20所示，在此窗口中，可监控以下信息：
（1）运行控制：
在此框中，点击各照明线路开、关按钮，可控制线路通、断。
（2）时间表计划任务设置：
点击此按钮，出现图1-3-21，此时可控制各路照明线路按计划时间启动和停止。
（3）运行状态：
可监控各照明线路的通、断状态以及卧室照度。
图1-3-20
图1-3-21
时间表工作设置窗口
如图1-3-21所示，在此窗口中，“时间查询”显示当前时间，“计划任务”可设置各照明线路的运行时间。
点击“设置”，出现图1-3-22窗口，设定“开时间”和“关时间”，点击“确定”，颜色变灰（不可选状态），说明设置成功，如果设置时间不对，会有相应提示。
设置时间完成后，图1-3-23中，“未设置”变为“已经设置”。
图1-3-22
系统管理窗口
在供配电监控管理系统主功能窗口点击“退出系统”，弹出如图1-3-23所示对话框。
点击“确定”，退出工程运行。
点击“取消”，返回“供配电监控管理系统”窗口。
图1-3-23
第二部分实验的基本要求与安全操作规程
第一章实验的基本要求
“THPGP-1型楼宇供配电及照明系统实验装置”的实验目的在于使学生掌握系统运行的原理及特性，学会通过故障运行现象及相关数据分析故障原因，并排除故障。
通过实验使学生能够根据实验目的，实验内容及测取的资料，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。
在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。
现按实验过程提出下列具体要求。
1实验前的准备
实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。
每次实验前都应做好预习，才能对实验目的、步骤、结论和注意事项等做到心中有数，从而提高实验质量和效率。
预习应做到：
⑴复习教科书有关章节内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。
⑵认真学习实验指导书，了解本次实验目的和内容，掌握实验工作原理和方法，仔细阅读实验安全操作规程，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验设备进行预习，熟悉组件的编号，使用及其规定值等）。
⑶实验前应写好预习报告，其中应包括实验系统的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等，经教师检查认为确实做好了实验前的准备，方可开始实验。
⑷认真做好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备、人身的安全等都具有相当重要的作用。
2实验的进行
在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。
实验时要做到以下几点：
⑴预习报告完整，熟悉设备
实验开始前，指导老师要对学生的预习报告做检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。
指导老师要对实验装置作详细介绍，学生必须熟悉该次实验所用的各种设备，明确这些设备的功能与使用方法。
⑵建立小组，合理分工。
每次实验都以小组为单位进行，每组由3人组成。
⑶试运行
在正式实验开始之前，先熟悉仪表的操作，然后按一定规范通电接通电力网络，观察所有仪表是否正常。
如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
⑷测取数据
预习时应对所测数据的范围做到心中有数。
正式实验时，根据实验步骤逐次测取资料。
⑸认真负责，实验有始有终
实验完毕后，应请指导老师检查实验资料。
经指导老师认可后，关闭所有电源，并把实验中所用的物品整理好，放至原位。
3实验总结
这是实验的最后阶段，应对实验数据进行整理、绘制图表、分析实验现象并撰写实验报告。
每位实验参与者要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。
如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，而应用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。
实验报告是根据实测资料和在实验中观察发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的实验总结和心得体会，应简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验报告应包括以下内容：
⑴实验名称、专业、班级、学号、姓名、同组者姓名、实验日期、室温等。
⑵实验目的、实验线路、实验内容。
⑶实验设备、仪器、仪表的型号、规格、铭牌数据及实验装置编号。
⑷实验资料的整理。
⑸画出与实验数据相对应的特性曲线及记录的波形。
⑹用理论知识对实验结果进行分析总结，得出正确的结论。
⑺对实验中出现的现象、遇到的问题进行分析讨论，写出心得体会，并对实验提出自己的建议和改进措施。
⑻实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
⑼每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导老师批阅。
第二章安全操作规程
为了顺利完成THPGP-1楼宇供配电及照明系统实验装置的全部实验，确保实验时人身安全与设备的安全可靠运行，实验人员要严格遵守如下安全规程：
1、在分、合闸微型断路器时，要同时扳动整个连杆，不能只扳起一角，防止连杆断裂或变形。
2、在“应急照明双电源切换接线区”安装有保险丝保护接线，做实验时，由于接线错误导致保险丝熔断，可打开后门（中间右侧），更换保险丝（3A）。
在1～4层照明配电实验时，如果，做实验时，由于接线错误导致保险丝熔断，可打开后门（中间右侧）中间左侧，更换保险丝（3A）。
3、在负荷系统中，采用大功率磁盘电阻模拟楼宇负荷。
实验前，必须进行以下检查：
实验台“控制电源”开关扳至“ON”，实验屏后部门上的风机是否正常运行，如果出现故障，请联系技术人员维修。
第三部分THPGP-1实验内容
第一章供配电子系统实验
实验一智能建筑的供电运行方式实验
一、实验目的
1．了解楼宇供电线路结构。
2．熟悉楼宇中典型供电线路形式。
二、原理说明
根据智慧建筑的特点，为了保障大楼和设备的安全，应根据建筑物内用电负荷的性质和大小，外部电源情况，确定电源的回路数，保证供电可靠。
除了具有外部电网的可靠电源外，还应有备用的柴油发电机组，作为应急电源，备用发电机组的容量要保证全部一级负荷和部分二级负荷供电（主要保证消防设备和事故照明装置供电）。
本实验装置采用两回路电源同时供电，设有自备电源系统（均由市电模拟），采用单母线分段运行方式，供电可靠性高，适用于负荷大、高压出线回路少的智能建筑。
如图3-1-1-1所示供电网络结构。
图3-1-1-1
三、实验内容与步骤
1．打开总操作电源
实验台左侧“操作电源”空气开关向上扳至“ON”。
2．打开总进线电源
实验台左侧“进线电源”正面塑壳断路器向上扳至“ON”。
3．供电运行
将选择开关QF1、QF2旋至合闸，观察1#、2#母线电压指示，旋转切换开关，观察电压变化。
将QF1、QF2旋至分闸。
4．供电线路结构变化
将选择开关QF1、QF4旋至合闸，观察1#、2#母线电压指示，旋转切换开关，观察电压变化。
重新将选择开关QF3、QF4旋至合闸，观察1#、2#母线电压指示，旋转切换开关，观察电压变化。
5．供电线路运行闭锁控制
将选择开关QF1、QF2旋至合闸，合闸QF4，能否合上，分析原因。
将选择开关QF1、QF2旋至合闸，合闸QF3，能否合上，分析原因。
四、实验报告
1．比较两路独立电源和一路电源供电在供电面积和可靠性方面的区别。
2．说明变压器低压侧采取单母线分段方式的特点。
3．根据实验现象，分析供电线路各种运行状态下的特点。
一、实验目的
1．了解楼宇楼层配电线路结构。
2．熟悉楼宇中典型楼层配电线路形式。
二、原理说明
低压配电系统可分为放射式和干线式两大类。
在高层民用建筑中，对各楼层电力、照明设备的供配电，由于各楼层用电负荷比较均匀，采用干线式配电系统比较合理。
对于大型的智慧建筑，多采用放射式和干线式相结合的混合式配电系统。
本实验系统通过楼层照明配电线路的变化，演示典型楼层的配电方式。
主要有四种方式，如图3-1-2-1所示。
图3-1-2-1
三、实验内容与步骤
楼层配电运行方式一（图3-1-2-2）
1．打开总操作电源，依次合闸进线电源总开关、QF1，1#母线得电，观察母线电压指示220\380V。
2．在“楼宇照明控制部分”区按图接线，完成配电线路组建。
应急照明配电箱接线参考“双电源自动切换控制实验”中的一种接线即可。
3．合闸断路器（1～4楼层照明出线），“控制方式切换”选择为手动，按下照明总配电箱通断开关。
4．在各层选择一种场景控制灯亮，验证接线的正确性。
控制开关的使用参考照明子系统相关内容。
5．分析楼层配电运行方式一配电网络结构和运行特点。
6、依次断开各船形开关，分闸出线断路器、QF1和进线电源断路器，最后断开总操作电源，切断实验台电源。
图3-1-2-2
楼层配电运行方式二（图3-1-2-3）
实验步骤同楼层配电运行一，按图接线，完成配电线路组建。
分析楼层配电运行方式二配电网络结构和运行特点。
图3-1-2-3
楼层配电运行方式三（图3-1-2-4）
实验步骤同楼层配电运行一，按图接线，完成配电线路组建。
分析楼层配电运行方式三配电网络结构和运行特点。
（虚线部分接线已经完成，不需要再接线，按下配电箱1、3船形开关“通”，即可接通线路）。
图3-1-2-4
楼层配电运行方式四（图3-1-2-5）
实验步骤同楼层配电运行一，按图接线，完成配电线路组建。
分析楼层配电运行方式四配电网络结构和运行特点。
图3-1-2-5
四、实验报告
1．说明四种典型楼层配电线路的特点。
2．根据楼层配电接线方式，分析不同线路结构的应用场所。
五、注意事项
1．实验接线时，注意不要把火线和零线短接。
2．实验过程中“1～4层照明”光字牌亮，但“1～4层照明总配电箱”没电，说明保险丝可能熔断，打开后门，在第二层板中间，更换保险丝（3A），再重新上电实验。
一、实验目的
1．了解楼宇中负荷的分类。
2．熟悉各类负荷的运行线路特点。
二、原理说明
对于低压配电系统主要监测控制内容有：
（1）电源监测：
对高低压电源进出线及变压器的电压、电流、功率因子、频率、断路器的状态监测
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