《发电厂电气部分》教学大纲
课程编号：01012211*
课程名称：发电厂电气部分
英文名称：Electrical Systems of Power Plant
学 时：32学时（讲授：28学时；实验：4学时）
学 分：2
课程性质：专业基础课
适用对象：电气工程及其自动化
开设学期：6
先修课程：《电路》、《电机及拖动》、《电力系统分析》
后续课程：《电力系统继电保护》、《电气设备选型与配电装置设计》三级项目
开课单位：电力学院
一、课程描述
《发电厂电气部分》是电气工程及其自动化专业的一门专业核心课程。通过课堂讲解及实验训练等教学环节，使学生具备电气工程领域的基本工程观念及设计理念；初步掌握发电厂和变电所的主要一次设备的结构、工作原理及其选择；电气主接线系统、发电厂厂用电系统构成原理、特点及设计；掌握发电厂、变电站工程中电气部分的基本设计原则、设计方法与计算方法等。同时要使学生具备分析和解决工程实际问题，为学生毕业后从事发电厂和变电所电气部分的设计、安装、运行、维护和检修等工作打下良好的专业基础。课程的任务在于提高学生自学能力、实际应用知识能力、综合实验能力及工程实践能力，以适应从事电力行业相关工作的专业知识和创新能力需要。本课程除了学习专业知识外，还通过课内三级项目培养学生解决复杂工程问题的能力。
二、课程目标
课程目标1（LO1）：掌握不同类型发电厂变电站的基本知识，理解和掌握发电、变电和输电的电气系统运行的基本理论，结合高压开关设备的结构与性能，运用工程理论理解、推理和验证，电力系统中高压开关设备的使用与配置的复杂工程问题。（支撑毕业要求1.2）
课程目标2（LO2）：应用电气主接线设计的基本原则、要求、流程与方法以及互感器的运行要求及配置要求，对相关材料进行初步分析，参照设计规范、设备手册等资料，提出不同的主接线设计方案，对不同主接线方案的特点进行分析，确定最终设计方案。（支撑毕业要求2.3）
课程目标3（LO3）：能够利用相关原理实现导体的发热分析和载流量计算，进行电动力分析和动稳定性计算；能够根据具体的工程技术条件和影响因素，进行电气设备的选择及校验。通过需求分析，完成发电厂变电站一次部分设计方案的设备与导体选择。（支撑毕业要求3.1）
课程目标4（LO4）：根据主接线设计方案和电气设备的选择原则和厂用电设计原则，能够进行配电装置设计及变电所设计。能够根据要求绘制相应的配置图、平面图和断面图，并进行相关信息的标注；能够识别不同标准下设备符号的差异。（支撑毕业要求10.1）
三、课程目标与毕业要求的对应关系
毕业要求 | 毕业要求指标点具体内容 | 课程目标 |
毕业要求1.2 【工程知识】 | 1.2 能够将电气工程基础知识、核心理论和方法用于电力系统复杂工程问题的理解、设计、推理和验证。 | LO1 |
毕业要求2.3 【问题分析】 | 2.3 理解工程问题有多种解决方案，能够通过文献研究寻求可替代的解决方案，并能正确表达。 | LO2 |
毕业要求3.1 【设计/开发解决方案】 | 3.1 理解设计电气工程系统方案的基本流程、基本方法和技术，能够根据具体的工程技术条件和影响因素，对复杂电气工程问题进行的需求分析。 | LO3 |
毕业要求10.1 【沟通】 | 10.1 能够就复杂电气工程问题，以口头、文稿、图表等方式，与业界同行和社会公众进行沟通和交流。 | LO4 |
四、教学内容、重难点和课时安排
内容一 发电厂变电所分类 [2学时]（LO1）应用、分析、设计、计算
1.了解发电厂的类型，熟悉火电厂、水电厂、核电站的电能生产过程及其特点。
2.熟悉不同类别变电站（枢纽变电站、中间变电站、地区变电站、企业变电站、终端变电站等）的基本作用、基本特征以及在系统中的地位等。
3.掌握发电厂和变电站中主要的一次设备和二次设备的作用。
4.课程思政：建立一种对电力产业文化的信任感，培养自主创新的强烈信念。建立本专业学生专业归属感、民族自豪感。激发学生的爱国热情。强调未来电力研究人员必须要具备严谨的科研精神、多学科融合的思维、国际化的视野。培养学生立志献身祖国电力事业的远大专业理想。
教学重点：一次设备、二次设备的种类及其功能。
内容二 高压开关电器[6学时]（LO1）
1.通过电弧理论，分析电弧的特点以及交流电弧灭弧条件与方法等内容。
2.通过分析高压断路器、隔离开关、负荷开关和熔断器的基本结构及工作原理，理解高压开关设备在电力系统中的使用与配置的方法。
3.课程思政：建立一种对电力产业文化的信任感，培养自主创新的强烈信念。建立本专业学生专业归属感、民族自豪感。激发学生的爱国热情。培养学生勇于探索的科学精神，培养学生的团结协作、诚实守信的科学求真精神。
教学重点：交流电弧的特点、熄弧的条件和熄弧的措施，以及断路器的特点。
教学难点：不同形式断路器开断能力的区别。
内容三 互感器[2学时]（LO2）
1.掌握电磁式电流互感器的基本功能、结构；分析运行特点、典型参数及其在主接线中配置原则。
2.掌握电磁式电压互感器的基本功能、结构；分析运行特点、典型参数及其在主接线中配置原则。
3.了解电容式电压互感器的基本原理及其优势。
教学重点:互感器（电流互感器、电压互感器）误差、准确度等级与相应额定容量的关系，影响电流互感器误差的因素。
教学难点：电压互感器的接线形式；影响电流互感器误差的因素。
内容四 电气主接线[4学时]（LO2）
1.掌握主接线设计的基本要求和设计程序；掌握常用主接线的基本分类、基本接线结构、运行方式、倒闸操作方法、特点及适用范围。能够根据已知的基本材料与数据以及进行分析，给出可行的主接线方案。
2.应用电气主接线设计的基本原则、要求、流程与方法。对相关材料进行初步分析，参照设计规范、设备手册等资料，在遵守设计原则及要求的前提下提出不同的设计方案，通过多个角度的对比，对不同主接线方案的特点进行分析，确定最终方案。
3.课程思政：培养学生用辩证唯物主义思想、发展的眼光解决工程问题，以及作为未来电力工程师所必须具备的社会责任感和诚信意识。
教学重点：电气主接线的概念；对电气主接线的基本要求；电气主接线设计的程序；典型的电气主接线的特点和适用范围；倒闸操作的一般原则及旁代、倒母线的操作。
教学难点：一台半断路器接线与双母线带旁路接线的比较;发电机—双绕组变压器单元接线存在的技术问题（发电机出口不装断路器）。
内容五 发电厂和变电所的自用电[2学时]（LO4）
1.掌握厂用电的基本概念以及厂用负荷的基本类别。
2.分析厂用电系统基本结构，设计工作电源、启备电源的引接方式。
3.分析厂用电动机自启动原则，计算校验厂用电动机自启动。
教学重点：厂用电及厂用电率的概念；厂用电负荷的分类及供电特点；厂用电的电压等级、厂用电系统中性点的接地方式以及厂用电源引接方式的设计原则；厂用电动机自启动的概念及校验的方法。
教学难点：厂用电动机自启动校验的方法。
内容六 配电装置[4学时]（LO4）
1.分析配电装置的设计原则和分类；应用配电装置的最小安全净距进行配电装置设计。
2.分析屋内、屋外和成套配电装置特点及设计注意问题。
3.设计绘制配电装置平面图和断面图，并进行相关信息的标注，配电装置配置图、平面图和断面图的阅读。
4.课程思政：引导学生养成认真负责的工作态度，增强学生的责任担当，有大局意识和核心意识。培养学生遵守职业道德和职业规范。
教学重点：屋内、屋外、成套配电装置的特点;最小安全净距的概念及屋内外配电装置安全净距校验图；间隔的含义以及配电装置配置图、平面图和断面图的特点。
教学难点：配电装置配置图、平面图和断面图的绘制。
内容七 载流导体的发热、电动力及选择[4学时]（LO3）
1.分析导体的长期发热、短时发热的原理；理解导体在长期、短时发热中的特点及相互间的差异；计算导体载流量和热稳定校验。
2.分析导体短路时所受电动力原理；计算导体短路时的所受最大电动力。
3.分析工程技术条件和影响因素，应用长期发热、短时发热和电动力等计算方法，进行母线和电缆的选择计算。
教学重点：载流导体长期发热的特点；载流导体短时发热的特点，短路电流热效应的计算方法;最大短路电动力的计算方法；导体的选择步骤。
教学难点: 母线的选择步骤。
内容八 电气设备选择[4学时]（LO3）
1.分析电气设备选择的一般条件。
2.应用电气设备选择的一般条件，分析设备作用，进行电气设备（断路器、隔离开关、熔断器、互感器）的选择及校验。
3.通过需求分析，计算发电厂变电站一次部分设计方案的设备选择与校验。
教学重点:电气设备选择的一般条件，最大持续工作电流的计算、短路计算的条件；断路器的选择和校验的内容；电流、电压互感器选择和校验的内容；限流电抗器的选择方法。
教学难点：短路计算点的确定。
五、课程教学方法
1. 采用多媒体课件、利用网络教学资源和传统教学相结合进行教学。
2. 通过案例教学，强调反应工程理论思维方法的建立和应用。
3. 组织讨论活动，互联网线上设置专题讨论，让学生自由发言，通过教材文献查阅，分析研究，提出解决方案和个人见解。
4. 采用现场教学，以220kV屋外配电装置实验室、变电站仿真实验室为中心,以现场实物为对象,以学生活动为主体的进行教学，对现场电气设备及配电装置进行分析、总结与改进。
5. 布置小组任务，针对变电所设计工程课题，以小组合作的形式进行汇报，完成报告，培养学生解决复杂工程问题能力和沟通能力。
6. 教学方法与课程目标的对应关系
教学方法 | 周数 | LO1 | LO2 | LO3 | LO4 |
课堂讲授 | 1-8 | √ | √ | √ | √ |
课程讨论 | 1、3、5 | √ | √ | | √ |
小组合作项目设计展示 | 4、6 | | √ | √ | |
阶段测试 | 2、4、6、8 | √ | √ | √ | √ |
实验、现场教学 | 4、6 | √ | | | √ |
六、课程教学评价方法及评价标准
总评成绩构成（100%）=评价方式1（10%）+评价方式2（10%）+评价方式3（20%）+评价方式4（60%）
课程教学 目标 | 考核内容 | 评定 方式1 | 评定 方式2 | 评定 方式3 | 评定 方式4 |
权重% | 权重% | 权重% | 权重% |
课程目标1 | 发电厂电气部分的基本概念、发展概况和基本现状，各种开关设备的基本原理、作用及应用 | | 实验报告5% | 阶段测试5% | 期末15% |
课程目标2 | 互感器特点及在主接线设计中的应用，各种电气主接线的特点，能够独立分析各类电气主接线设计的特点，并对不同主接线方案优缺点并进行比较。 | 作业5% | | 阶段测试5% | 期末15% |
课程目标3 | 发热分析和载流量计算问题，电动力分析和动稳定性计算；导体和电气设备的选择及校验。 | 作业5% | | 阶段测试5% | 期末15% |
课程目标4 | 根据主接线设计方法，和电气设备的选择原则，根据厂用电设计原则，能针对特定发电厂、变电所及电力系统相关领域的科学研究设计和运行，提出应对技术方案。能够进行配电装置设计及变电所设计。 | | 实验报告5% | 阶段测试5% | 期末15% |
1.作业10分，考核标准如下：
观测点 及权重 | 课程目标 | 作业评分标准 |
4-5分 | 3-3.9分 | 2-2.9分 | 1-1.0分 | 0-0.9分 |
课后作业1： 设计电气主接线（权重5%） | LO2 | 按时提交课后作业；内容完整，撰写规范，解答过程准确，逻辑结构完整准确，设计合理，主接线图绘制正确。 | 按时提交课后作业；内容基本完整，撰写基本规范，解答过程基本准确，逻辑结构基本完整准确，设计基本合理，主接线图绘制基本正确。 | 按时提交课后作业；内容基本完整，撰写不是很规范，解答过程不是很准确，逻辑结构不是很完整准确，设计不是很合理，主接线图绘制略有不足。 | 按时提交课后作业；内容不完整，撰写不规范，解答过程不准确，逻辑结构不是很完整准确，设计不是很合理，主接线图绘制略有不足。 | 未提交报告；内容不完整，撰写不规范，解答过程不准确，逻辑结构不是很完整准确，设计不合理，主接线图绘制错误。 |
课后作业2： 变电所一次设计与设备选择（权重5%） | LO4 | 按时提交课后作业；内容完整，撰写规范，解答过程准确，逻辑结构完整准确，计算结果正确。 | 按时提交课后作业；内容基本完整，撰写基本规范，解答过程基本准确，逻辑结构基本完整准确，计算结果基本正确。 | 按时提交课后作业；内容基本完整，撰写不是很规范，解答过程不是很准确，逻辑结构不是很完整准确，计算结果基本正确。 | 按时提交课后作业；内容不完整，撰写不规范，解答过程不准确，逻辑结构不是很完整准确，计算结果基本正确。 | 未提交报告；内容不完整，撰写不规范，解答过程不准确，逻辑结构不是很完整准确，计算结果有错误。 |
2.实验：电气识图及设计10分(5分/项,共2项)，考核标准如下：
观测点 及权重 | 课程目标 | 测验评分标准 |
4-5分 | 3-3.9分 | 2-2.9分 | 1-1.0分 | 0-0.9分 |
实验1：电气识图及电气设备应用（权重5%） | LO1 | 按时提交；内容完整，撰写规范，绘制图形准确，各设备识图100%正确，设备作用总结正确。 | 按时提交；内容基本完整，撰写基本规范，绘制图形基本准确，各设备识图80%基本正确，设备作用总结基本正确。 | 按时提交；内容基本完整，撰写不是很规范，绘制图形不是很准确，各设备识图70%基本正确，设备作用总结基本正确。 | 按时提交；内容不完整，撰写不规范，绘制图形不是很准确，各设备识图50%以上基本正确，设备作用总结大部分正确。 | 未提交； 内容不完整，撰写不规范，绘制图形不准确，各设备识图50%错误，设备作用总结有错误。 |
实验2：配电装置设计（权重5%） | LO4 | 按时提交；内容完整，撰写规范，设计正确，绘制图形准确，尺寸标注正确，接线结构形式100%正确。 | 按时提交；内容基本完整，撰写基本规范，设计基本正确，绘制图形基本准确，尺寸标注基本正确，接线结构形式80%以上正确。 | 按时提交；内容基本完整，撰写不是很规范，设计存在不足，绘制图形不是很准确，尺寸标注不是很正确，接线结构形式70%以上正确。 | 按时提交；内容不完整，撰写不规范，设计不准确，绘制图形不是很准确，尺寸标注不是很正确，接线结构形式50%以上基本正确。 | 未提交；内容不完整，撰写不规范，设计存在问题，绘制图形不准确，尺寸标注不正确，接线结构形式50%以上错误。 |
3.阶段性测试4次(5分/次),共记20分，具体评分标准见试卷答案：
观测点 | 课程目标 | 考核内容 | 题型 |
测试1： 开关设备(权重5%) | LO1 | 发电厂、变电所类型及特点；一次设备和二次设备的作用；电弧理论；高压开关设备作用及应用。 | 单选题 判断题 |
测试2： 主接线设计 (权重5%) | LO2 | 主接线设计的基本要求和设计程序；常用主接线的基本分类、基本接线结构、运行方式、倒闸操作方法、特点及适用范围；互感器的作用，运行特点。 | 单选题 判断题 |
测试3： 电气设备选择(权重5%) | LO3 | 导体长期发热、短时发热；电动力及动、热稳定；导体选择；电气设备选择一般条件；断路器、隔离开关、电容器、互感器、电抗器选择方法。 | 单选题 判断题 |
测试4： 配电装置设计(权重5%) | LO4 | 厂用电设计及自启动校验；配电装置设计原则；最小安全净距确定；配电装置特点。 | 单选题 判断题 |
4.期末考试考核标准，具体评分标准见期末试卷答案
课程目标 | 考核内容 | 题型 | 权重占比 |
LO1 | 1.发电厂、变电所类型及特点；一次设备和二次设备的作用；电弧理论；高压开关设备作用及应用。 2.根据发电厂变电站基础理论，运用工程理论分析变电站运行与故障情况。 | 选择题 名词解释 简答分析题 | 25% |
LO2 | 1.主接线设计的基本要求和设计程序；常用主接线的基本分类、基本接线结构、特点及适用范围；互感器的作用、运行特点。 2.根据运行要求进行电气主接线设计。 | 选择题 名词解释 设计画图题 | 25% |
LO3 | 1.导体长期发热、短时发热；电动力及动、热稳定；导体选择；断路器选择方法。 2.根据某变电所基本数据和需求，进行母线选择校验。 | 名词解释 简答分析题综合计算题 | 25% |
LO4 | 1.厂用电设计原则与要求；配电装置设计原则及特点。 2.电气主接线和断面图识图，分析运行特点。 3.根据某厂用电系统参数，进行厂用电自启动校验计算。 | 选择题 识图分析题 综合计算题 | 25% |
七、课程学习资源
1. 教材：
[1]《发电厂电气部分》中国电力出版社 （第3版）刘宝贵，等 2016
2.主要参考书目
[1]《发电厂电气部分》中国水利电力出版社 戴宪滨，等 2012.
[2]《发电厂电气部分》中国电力出版社. （第10版）. 姚春球. 2005
