架空输电线路设计课程教学大纲

架空输电线路设计课程教学大纲课程中文名称：架空输电线路设计课程英文名称：OverheadTransmissionLineDesign课程编号：204T0616学分：2.5学时：40（其中：讲课学时：40实验学时：0上机学时：0）先修课程：输电线路力学基础、土力学与混凝土结构、输电线路工程测量、高电压技术适用专业：电气工程及其自动化（输电线路工程方向）课程类别：专业核心课程/必修使用教材：《架空输电线路设计》（第二版），孟遂民等著，北京：中国电力出版社，2015.开课单位：电气与新能源学院课程简介：《架空输电线路设计》主要介绍了输电线路的任务、架空输电线路组成以及各部分的选用、设计用气象条件、架空线的机械物理特性和比载、均布荷载下架空线的计算、气象条件变化时架空线的计算、均布荷载下架空线计算的进一步研究、非均布荷载下架空线的计算、连续档的代表档距以及各档应力的精确求解、架空线的断线张力和不平衡张力、架空线的振动和防振、路径选择和杆塔定位和计算机在线路设计中的应用。还阐述了考虑刚度影响、滑轮悬挂等特殊情况下架空线的计算、输电线路CAD等方面的最新成果。能训练学习者综合运用输电线路专业知识设计和分析架空输电线路复杂工程技术问题的能力。一、课程性质《架空输电线路设计》是电气工程及其自动化专业（输电线路工程方向）教学计划中具有重要意义的专业课，它建立在输电线路力学基础、土力学与混凝土结构、输电线路工程测量、高电压技术等课程知识的基础上，为输电线路工程其他专业课程的学习打好坚实的基础。二、课程目标：课程目标1：通过本课程学习，强化学生的“四个自信”，帮助学生初步掌握科学的方法论和认识论，塑造学生正确的世界观、人生观和价值观。课程目标2：能将电学与力学的专业知识用于分析架空输电线路模型，以及架空输电线路专业工程设计问题的解决方案比较与综合。课程目标3：能认识到解决与架空输电线路设计相关的复杂工程问题有多种方案可选择，通过专业文献阅读、课题研讨、分析推导、仿真测试等手段，寻求架空输电线路工程设计问题的可替代解决方案。课程目标4：掌握架空输电线路工程全流程、全周期的基本设计方法与技术，了解影响架空输电线路工程设计目标和技术方案的各种因素。三、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求毕业要求指标点课程目标对毕业要求的支撑关系1.工程知识1.4：能够将数学、自然科学、工程科学的知识和数学模型方法用于输电线路专业工程问题解决方案的比较与综合。课程目标1课程目标22.问题分析2.3：能认识到解决输电线路工程问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案。课程目标1课程目标33.设计/开发解决方案3.1：掌握输电线路工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计/开发方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。课程目标1课程目标4四、教学内容及要求第一章绪论1.教学内容（1）输电线路任务及其分类；（2）架空输电线路的组成及其作用；（3）输电技术与输电线路的发展趋势；（4）架空输电线路设计的一般内容和步骤。2.重点难点（1）输电线路的分类；（2）架空输电线路的组成及其作用。3.课程思政融入点以我国输电线路工程的发展为脉络，提炼自强不息、坚苦奋斗、勇攀高峰的精神。4.考核要点输电线路的任务、分类，组成及其作用。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排（1）输电线路的任务；（2）架空输电线路的组成，各部分的作用。第二章架空输电线路基本知识1.教学内容（1）导线、地线的结构及其代号；（2）导线、地线的选择；（3）绝缘子及其绝缘子串；（4）常用的线路金具；（5）杆塔的种类及其选择；（6）杆塔基础；（7）接地装置；（8）导线的排列与换位。2.重点难点（1）导地线的结构及其代号及其选用；（2）绝缘子片数和联数；（3）导线的排列方式与换位。3.课程思政融入点从我国输电线路工程在国际上的地位，与发达国家相关产业的对比，培养学生的爱国情怀和求真务实精神。4.考核要点导地线代号，常用钢芯铝绞线的原因，绝缘子片数，导线的排列方式，换位方法。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排（1）架空线的型号识别；（2）架空输电线路的换位。第三章设计用气象条件1.教学内容（1）重现期的概念，气象条件三要素及其对输电线路的影响；（2）基本风速的概念，最大设计风速的确定，覆冰厚度的概念及其确定；（3）气象条件的组合及作用，典型气象区。2.重点难点（1）重现期，气象三要素及其影响；（2）基本风速和最大设计风速，理想覆冰；（3）气象组合及其作用。3.课程思政融入点从气象条件的选择出发，理解架空输电线路工程的制约因素，以及科学分析问题的思想与方法。4.考核要点（1）重现期，气象三要素及其影响；（2）基本风速的的规定，最大设计风速计算；（3）气象组合及其作用。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排（1）气象三要素及其对输电线路的影响；（2）最大设计风速的计算。第四章架空线的机械物理特性和比载1.教学内容（1）架空线的机械物理特性；（2）影响安全系数的因素，安全系数的确定；（3）架空线比载的概念、种类及其计算。2.重点难点（1）安全系数的取值；（2）比载的计算方法。3.课程思政融入点引入安全系数的概念，以及比载的计算公式，培养学生的科学精神、专业素养、求真务实精神。4.考核要点（1）安全系数的取值；（2）比载的计算；（3）比载与气象组合的对应。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排（1）机械物理特性参数的确定；（2）各气象组合下的比载计算。第五章均布荷载下架空线的计算1.教学内容（1）架空线的弧垂、应力和线长的概念；（2）悬链线形式的架空线的弧垂、应力和线长；（3）斜抛物线形式的架空线的弧垂、应力和线长；（4）平抛物线形式的架空线的弧垂、应力和线长；（5）架空线平均高度和平均应力的概念及其计算公式；（6）均布垂直比载和水平比载共同作用下架空线计算的风偏平面法和投影平面法。2.重点难点（1）弧垂、应力和线长的概念及其计算；（2）三类计算公式的不同导出条件及其应用前提；（3）平均高度和平均应力的概念及其计算；（4）风偏平面的概念。3.课程思政融入点引入架空输电线路工程案例，利用三类不同的计算方法进行研究，分析计算的误差，培养学生的科学精神、专业素养、求真务实精神。4.考核要点（1）架空线的弧垂、应力和线长；（2）平均高度和平均应力的概念及其计算；（3）风偏平面法。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排（1）等高悬点档距架空线的弧垂、应力和线长的计算；（2）不等高悬点档距架空线的弧垂、应力和线长的计算；（3）斜抛物线公式与平抛物线计算公式的误差。第六章气象条件变化时架空线的计算1.教学内容（1）状态方程式的导出原则，斜抛物线形式的状态方程式及其解法；（2）临界档距的概念以及临界档距的计算、控制气象条件的判定；（3）最大弧垂产生气象的判定方法；（4）架空线的应力弧垂曲线和安装曲线及其绘制步骤。2.重点难点（1）状态方程式及其解法；（2）临界档距的计算与判断；（3）控制气象条件的判定方法。3.课程思政融入点借助临界档距与控制气象条件的分析过程，培养学生的科学精神、专业素养以及创新意识。4.考核要点（1）有效临界档距的计算与应用；（2）控制气象条件的判定与应用；5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排临界档距计算、控制气象条件判定、状态方程式求解、最大弧垂判定的应用。第七章均布荷载下架空线计算的进一步研究1.教学内容（1）刚性架空线的计算以及其弯曲应力；（2）架空线的初伸长及其处理方法；（3）架空线施工中的过牵引及其计算；（4）水平档距、垂直档距的概念和计算；（5）极大档距、允许档距、极限档距以及三者之间的关系；（6）架空输电线路的几种改建形式和改建设计方法。2.重点难点（1）刚性架空线的弧垂和弯曲应力计算；（2）初伸长对线路设计的影响；（3）水平档距、垂直档距、极大档距、允许档距、极限档距的意义。3.课程思政融入点引入架空输电线路处理初伸长的案例，培养学生的科学精神、专业素养以及解决工程问题的能力。4.考核要点（1）刚性架空线弧垂和弯曲应力特征；（2）初伸长及其处理方法；（3）水平档距、垂直档距、极大档距、允许档距、极限档距的计算与分析。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排水平档距、垂直档距、允许档距、极限档距的计算。第八章非均布荷载下架空线的计算1.教学内容（1）架空线悬挂曲线方程的一般形式；（2）非均布荷载作用下架空线的弧垂、张力和线长的计算；（3）孤立档的外荷载处理方法，孤立档架空线的计算；（4）孤立档的线长系数，控制条件的判定方法；（5）耐张绝缘子串的水平及垂直投影长度。2.重点难点（1）非均布荷载作用下架空线的弧垂、张力和线长的计算；（2）孤立档外荷载的处理方法；（3）孤立档控制条件的确定。3.课程思政融入点通过类比均布荷载条件下的计算方法，培养学生的科学精神、专业素养、求真务实精神。4.考核要点（1）非均布荷载作用下架空线弧垂、张力和线长的特征分析；（2）孤立档控制条件判定计算。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排典型孤立档架线观测和竣工应力和弧垂计算。第九章连续档架空线的应力和弧垂1.教学内容（1）连续档架空线应力的近似计算（代表档距法）；（2）连续档的精确计算（解析法）；（3）连续档滑轮悬挂时的有关计算，掌握平衡锤的启动温度；（4）连续档地线的应力选配，控制档距；（5）连续倾斜档的观测弧垂及线长的调整。2.重点难点（1）代表档距的概念；（2）连续档的精确计算方法；（3）平衡锤的启动温度；（4）控制档距的作用。3.课程思政融入点引入连续档架空线的近似计算与精确计算对比，培养学生的科学精神、专业素养、求真务实精神。4.考核要点（1）代表档距的计算及应用；（2）平衡锤的启动温度含义；（3）控制档距的分析及应用。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排（1）代表档距的应用；（2）连续档的精确计算（编写计算机程序完成）。第十章架空线的断线张力和不平衡张力1.教学内容（1）架空线的断线张力和不平衡张力；（2）单导线断线张力的求解方法；（3）分裂导线断线张力的计算特点；（4）不平衡张力产生的原因；（5）地线支持力的计算方法。2.重点难点（1）单导线断线张力的求解；（2）地线支持力的计算。3.课程思政融入点引入架空输电线路的断线案例，培养学生的科学精神、专业素养以及工程伦理意识。4.考核要点（1）断线档的选择；（2）不平衡张力的分析。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排单导线断线张力计算。第十一章架空线的振动和防振1.教学内容（1）架空线的振动形式，微风振动产生的机理；（2）柔性架空线振动的基本理论和刚性架空线的特点；（3）微风振动强度的表示方法；（4）能量平衡原理估算振动幅值；（5）影响微风振动的主要因素；（6）防振锤的防振原理和安装设计方法；（7）阻尼线防振设计原理和方法。2.重点难点（1）微风振动产生的机理；（2）架空线振动的基本理论；（3）防振锤的防振原理。3.课程思政融入点引入架空线的防振原理，培养学生的科学精神、创新精神。4.考核要点（1）架空线微风振动分析；（2）防振锤的安装设计。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排防振锤的安装设计。第十二章路径选择和杆塔定位1.教学内容（1）架空输电线路的路径选择方法；（2）导线对地和交叉跨越的有关规定；（3）弧垂曲线模板及其选用；（4）平断面图，杆塔定位；（5）杆塔定位核验以及不满足时可采取的措施；（6）杆塔中心位移和施工基面的确定。2.重点难点（1）弧垂曲线模板及其选用；（2）杆塔定位的方法；（3）杆塔定位的核验。3.课程思政融入点利用架空输电线路路径的选择、杆塔定位等案例，培养学生的科学精神、专业素养、求真务实精神。4.考核要点（1）弧垂曲线模板及其选用；（2）杆塔定位的方法步骤；（3）杆塔定位的核验内容；（4）杆塔中心位移的方法。5.教学方法基于课堂理论教学与线上慕课资源的混合式教学。6.作业安排架空输电线路的设计流程。第十三章计算机在输电线路设计中的应用1.教学内容（1）数据库及其在线路设计中应用；（2）3S技术及其在线路设计中应用；（3）输电线路计算机辅助设计。2.重点难点架空输电线路计算机辅助设计。3.课程思政融入点借助于计算机辅助设计软件，培养学生的专业素养、创新精神。4.考核要点架空输电线路计算机辅助设计方法。5.教学方法基于线上慕课资源的自主学习。6.作业安排完成线上测试内容。五、教学内容对课程目标的支撑关系章节教学内容学时分配支撑的课程目标讲课实验实践第一章绪论输电线路的任务、分类，架空输电线路的组成及其作用；输电技术与输电线路的发展；架空输电线路设计的一般内容和步骤。1.5001、2第二章架空输电线路基本知识导地线的种类、型号和选择方法；绝缘子的种类和主要性能指标，绝缘子的选用以及片数和联数的确定；杆塔的类型及其选用方法；杆塔基础的种类和特点；接地装置；导线的排列方式及其特点；导地线的换位原理和换位的实现方式。4.5001、2、3第三章设计用气象条件气象条件三要素对线路的影响；重现期的概念；基本风速的规定及最大设计风速的确定方法；理想覆冰；气象条件的组合；典型气象区。2001、2、3、4第四章架空线的机械物理特性和比载架空线的弹性系数、线性温度膨胀系数、强度极限；影响安全系数的因素，不同工况下的安全系数取值；架空线比载的种类、计算公式的导出。1.5001、2、3、4第五章均布荷载下架空线的计算架空线的弧垂、应力和线长的概念，悬链线形式的架空线弧垂、应力和线长公式的导出；斜抛物线形式的架空线弧垂、应力和线长计算公式的导出；平抛物线形式计算公式导出的不同条件；平均高度和平均应力的概念和斜抛物线形式的计算公式；均布垂直比载和水平比载共同作用下架空线的计算方法，风偏平面法。4.5001、2、3、4第六章气象条件变化时架空线的计算架空线状态方程式建立的原则，斜抛物线形式的状态方程式及其解法；临界档距的概念以及计算、控制气象条件的判定；最大弧垂产生气象的判定；架空线的应力弧垂曲线和安装曲线及其绘制步骤。4001、2、3、4第七章均布荷载下架空线计算的进一步研究刚性架空线的计算以及其刚度对弧垂和弯曲应力的影响；架空线的初伸长及其处理方法；架空线施工中的过牵引现象及其计算；水平档距、垂直档距的概念和计算公式，极大档距、允许档距、极限档距的概念，3者之间的关系；架空输电线路的几种改建形式和改建设计方法4001、2、3、4第八章非均布荷载下架空线的计算架空线悬挂曲线方程的一般形式；相当剪力表示的非均布荷载架空线的弧垂、张力和线长的计算；掌握孤立档的外荷载处理方法，荷载表示的孤立档架空线的计算；孤立档控制条件的判定；耐张串的水平及垂直投影长度。4001、2、3、4第九章连续档架空线的应力和弧垂连续档架空线应力的近似计算（代表档距法）；连续档的精确计算；连续档滑轮悬挂时的有关计算，平衡锤的启动温度；连续档地线的应力选配，控制档距；连续倾斜档的观测弧垂及线长的调整。4001、2、3、4第十章架空线的断线张力和不平衡张力架空线的断线张力和不平衡张力概念及用途；单导线断线张力的求解方法；分裂导线断线张力的计算特点；不平衡张力产生的原因；地线支持力的计算。2001、2、3、4第十一章架空线的振动和防振架空线的振动形式，微风振动产生的机理；柔性架空线振动的基本理论和刚性架空线的特点；微风振动强度的表示方法，能量平衡原理估算振动幅值；影响微风振动的主要因素；防振锤的防振机理和安装设计，阻尼线防振设计原理和方法。4001、2、3、4第十二章路径选择和杆塔定位架空输电线路的路径选择；导线对地和交叉跨越的有关规定；弧垂曲线模板及其选用；平断面图；杆塔定位原则，杆塔定位高度，杆塔定位的方法；杆塔定位核验内容和方法以及不满足时可采取的措施；杆塔中心位移和施工基面的确定。4001、2、3、4六、考核方式及成绩评定标准1.课程考核方式：闭卷考试占60%，平时成绩占40%。其中，闭卷考试采用统一出题，集中测试的方式，在课程结束后进行；平时成绩包含课堂学习与线上学习两部分，分别为学习状态评价占15%、讨论过程评价占5%、课程作业评价占10%、单元测试成绩占10%。支撑毕业要求课程目标考核与评价