《发电厂变电所电气设备》课程教学大纲

课程名称（中文/英文）：发电厂变电所电气设备/ The Electrical Equipment of Power Plant and Substation

课程性质：专业选修              适用专业：电气工程与智能控制

学时数：32                      其中，实验/上机/综合习题学时：8

学分数：2                       考核方式：考查，成绩采用百分制

先修课程：电路原理、电机与拖动、电力系统分析、高电压技术

后续课程：毕业实习、毕业设计

教学参考书：

刘宝贵等编.发电厂变电所电气部分（第三版）.北京：中国电力出版社，2018

姚春球等编.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社，2016

熊信银编.发电厂电气部分（第四版）.中国电力出版社，2009

开课部门：电力工程系电气工程教研室

一、课程简介

发电厂变电所电气设备课程是电气工程与智能控制专业专业任选课程之一，主要介绍发电厂、变电所的电气一次系统基本理论知识。课程的任务是使学生认识发电厂、变电站主要的一次设备及其工作原理，掌握主接线的基本形式、设计方法、配电装置的形式、主要电气设备及其选择方法等内容。通过本课程的教学，使学生初步掌握发电厂、变电站的电气主系统设计与运行的基本理论与方法，具备分析解决工程实际问题的初步能力，了解新理论、新技术、新产品在发电厂电气主系统中的应用。结合教学，培养学生的辩证思维能力、计算能力、自学能力和工程思维。课程目标具体如下：

课程目标1：能够准确解释电气设备的结构、作用、工作原理；准确说明主接线、配电装置的类型、特点及应用；准确描述电气设备、导体的选择、校验步骤。

课程目标2：能够依据不同情况，合理选择短路点，计算短路电流；能够通过文献研究分析变电站电气一次部分复杂工程问题的多种可能解决方案，并从可持续发展的角度进行合理的设备选型、主接线及配电装置设计。

课程目标3：能够运用电气工程相关知识，根据设计流程，合理选择变电站一次系统设计方案；根据工程应用的实际要求，合理选择电气运行方案。

课程思政目标4：提升职业素养、树立工程思维；强化实践能力、开拓创新意识；培育家国情怀，提升民族自豪感。

二、课程教学内容

（一）电气工程基础（4学时）

教学目的和要求：能阐述我国电力工业发展概况与发展前景。能描述发电厂的分类方法与发电原理；能描述变电站的分类方法；能解释发电厂和变电站一次设备、二次设备的概念，列举出主要的设备。能分析四种接地方式下，发生单相接地时的电压电流的特点；能比较电力系统中性点接地方式的特点，归纳适用范围并分析原因。

重点：发电厂和变电站的分类，一次设备、二次电气设备。

难点：各种接地方式下，发生单相接地时的电压电流的特点分析。

教学方法：案例教学法、互动教学法、现场实物教学、自主学习

教学主要内容：

1.我国电力工业发展简况、前景

2.发电厂的类型，新能源发电形式

3.变电站的主要类型

4.电气设备的分类、作用

5.中性点接地方式的类型及特点，各类中性点接地方式的适用范围

支撑课程目标：课程目标1、4

（二）电气设备的结构及工作原理（6学时）

教学目的和要求：能描述电弧的特点及危害；能解释电弧的形成机理和熄灭电弧的方法。能描述各类开关电器的结构原理；总结归纳高压开关电器的作用和命名方式；能解释断路器各项参数的含义。能指出操作机构的作用和分类。能重述电磁式电流、电压互感器的结构原理；能通过相量图分析互感器产生误差的原因；能描述准确度等级的概念，应用10%误差曲线；能归纳出互感器接线方式的适用范围。

重点：开关电器的分类、作用、适用情况；电磁型互感器的误差、准确度等级。

难点：电磁型互感器的矢量图分析。

教学方法：互动教学法、现场实物教学、任务驱动法、项目教学法、多媒体动画教学。

教学主要内容：

1.开关电器中电弧产生的原因与灭弧方式

2.断路器、隔离开关、接地开关、重合器、分段器、高压负荷开关、高压熔断器等开关电器的作用、结构原理、使用范围。

3.操作机构的类型和工作原理。

4.电流、电压互感器的作用、结构组成、工作原理、接线方式及误差分析。

支撑课程目标：课程目标1、2、3、4

（三）电气主接线和配电装置（10学时）

教学目的和要求：能结合实际描述电气主接线的可靠性、灵活性、经济性要求；能针对实际工程问题，评估基本要求之间的关系。能复述电气主系统、电气主接线图的概念；归纳总结各类主接线的接线特点、使用场合、优缺点；能描述倒闸操作的基本概念，写出简单的倒闸操作步骤。能归纳出主变压器容量选择、相数选择、绕组数、绕组连接方式；调压方式、冷却方式的相关要求。能说出限制短路电流的原因，分析三种方法的原理。能描述出电气主接线的基本原则、设计程序；能依据具体条件选择合适的主接线形式。能总结配电装置的类型、特点和要求；能够描述配电装置的安全净距的概念，并结合实际情况进行最小安全净距的修正。能归纳各类配电装置的结构特点和布置方式；能阐述成套配电装置中“五防”的具体含义。

重点：电气主接线设计的要求；发电厂、变电站中主变压器的选择方法；“五防”的设计；电气设备在配电装置中的配置

难点：双母线接线、一台半断路器接线的操作、运行；正确判断各种配电装置的安全净距

教学方法：互动教学法、现场实物教学、任务驱动法、项目教学法。

教学主要内容：

1. 电气主接线的基本要求

2. 主接线的基本接线形式

3. 主变压器的选择

4. 限制短路电流的方法

5. 电气主接线设计

6. 配电装置的基本要求、最小安全净距的概念、配电装置的类型及应用

7. 屋内、屋外配电装置、成套配电装置特点

支撑课程目标：课程目标1、2、3、4

（四）导体和电气设备选型（4学时）

教学目的和要求：能阐述载流导体发热的机理和影响因素；能够计算导体发热温度；能够对载流导体长期稳定载流量进行修正。能够解释计算最小截面积的意义；能够利用公式、查表计算出导体的最小截面积。能够利用公式计算出短路时导体所受电动力。能够复述按照最大长期工作电流和经济电流密度法进行导体选择的过程，并选择合适的方法进行实际计算，查表选出合适的导体；能够归纳出母线、电缆的校验方法，并结合实例进行计算校验。能总结归纳出电气设备选择和校验的一般条件；能够综合考虑海拔、温度等气候条件进行校核；能综合考虑电力系统的发展需求，综合分析短路电流的计算条件；针对不同的电气设备，能够选择合理的公式计算短路时间。能够归纳高压断路器、隔离开关、熔断器、电抗器等一次设备的选择方法；能结合案例进行计算，选出合适的设备，并进行校验。

重点：母线和电缆选择的依据；电气设备选择与校验方法

难点：设备短路条件的选择与计算；短路时间的计算

教学方法：互动教学法、现场实物教学、任务驱动法、项目教学法。

教学主要内容：

1．载流导体的发热和散热过程分析

2．载流导体的最小截面积

3．载流导体的动稳定校验——计算导体的受力

4．母线、电缆选择

5．电气设备选择方法的一般条件

6．电气设备的选择和校验方法

支撑课程目标：课程目标1、2、3、4

（五）工程实践（8学时）

教学目的和要求：深刻理解电气一次系统的设计方法和流程，结合实际工程完成主接线设计、设备配置并完成设备选型。能够针对不同设计要求，合理选择规程规范、设计手册，并熟练查找有效信息；形成计算书与报告。

重点：学习规程规范的使用；主接线设计、设备选择与校验

难点：短路电流计算，结合工程实际设计主接线、选择电气设备

教学方法：互动教学法、项目教学法、讨论法。

教学主要内容：

1．主接线选择——电气主接线的形式选择、配电装置的设计、电气设备的配置。

2．载流导体选择与校验——母线等裸导体，载流量修正，动稳定的校验，热稳定的校验；电缆导体的选择，载流量修正，动稳定的校验。

3．开关设备选择与校验——断路器、隔离开关的选择、校验

4．电流互感器、电压——选择、校验；准确等级、二次负载

支撑课程目标：课程目标1、2、3、4

三、成绩评价方法

《发电厂变电所电气设备》课程成绩评定标准：总评成绩=平时成绩×40%+期末笔试成绩×60%，成绩以百分制记分。其中，平时成绩由工程实践成绩、作业成绩、平时表现三部分共同构成。平时成绩=作业成绩×20%+实践成绩×60%+表现成绩×20%。

执笔人：路文梅                   审核人：李文才