《输配电线路设计A》教学大纲

《输配电线路设计A》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05152281课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论28学时，实验4学时）先修课程：电力系统分析、发电厂电气部分等后续课程：无适用专业：电气工程及其自动化开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《输配电线路设计A》是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课。本课程主要讲授架空输电线路基本知识、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、连续档架空线的应力和弧垂、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、计算机在线路设计中的应用。通过本课程教学使学生掌握输电线路设计用气象条件选取和组合，掌握架空线路应力弧垂计算方法，掌握连续档和孤立档架空线相关计算，了解架空线振动原理，掌握架空线路径选择方法，具备架空输电线路初步设计的能力。本课程涉及的专业知识与其它多门课程内容交叉互补，可提高学生综合运用知识分析问题和解决工程问题的能力，并为以后从事本专业工作打下基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：使学生比较全面系统地了解和掌握架空输电线路基本知识、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、连续档架空线的应力和弧垂、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等专业知识，并用于输配电线路设计方案的比较和优化。课程目标2：使学生熟练掌握输电线路设计用气象条件选取和组合计算方法，掌握架空线路应力弧垂计算方法，掌握连续档和孤立档架空线相关计算方法，掌握线路防振锤的选型计算方法，掌握架空线路径选择方法等，具备架空输电线路初步设计的能力，培养学生独立思考、分析问题和判断的能力，能够针对输电线路设计提出解决方案，并对方案进行比较和优化，并在解决工程问题的综合能力方面得到训练。课程目标3：使学生掌握输电线路常用测量工具的使用方法，熟练掌握测高测距仪、全站仪各部分结构、功能、使用和读数方法，掌握档距、弧垂、交叉跨越距的测量方法，掌握高差和高程的计算方法，分析误差形成的原因和进行实地测量等，培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。课程目标4：在课程教学过程中，不断加强思政元素和专业发展最新动态，适当引入与课程内容相关的案例分析，培养学生良好的人文素养、团队合作精神、有效的沟通与表达能力以及爱国主义、忧患意识、文化自信、社会责任感和民族自豪感，提高学生思考能力、表达能力、创新能力和团队精神，养成耐心细致、勤于思考、不断进取的良好职业习惯，并具有一定全局意识，树立学生正确的劳动观、劳动精神、自主学习和终身学习的意识，不断学习和适应发展的能力，为今后从事相关设计、运行、科研等方面的工作，奠定必要的理论和实践基础。三、课程目标与毕业要求《输配电线路设计A》课程教学目标对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.4能够将电气工程及其自动化专业知识用于复杂电气工程问题解决方案的比较与优化。课程目标1：使学生比较全面系统地了解和掌握架空输电线路基本知识、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、连续档架空线的应力和弧垂、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等专业知识，并用于输配电线路设计方案的比较和优化。课程目标4：在课程教学过程中，不断加强思政元素和专业发展最新动态，适当引入与课程内容相关的案例分析，培养学生良好的人文素养、团队合作精神、有效的沟通与表达能力以及爱国主义、忧患意识、文化自信、社会责任感和民族自豪感，提高学生思考能力、表达能力、创新能力和团队精神，养成耐心细致、勤于思考、不断进取的良好职业习惯，并具有一定全局意识，树立学生正确的劳动观、劳动精神、自主学习和终身学习的意识，不断学习和适应发展的能力，为今后从事相关设计、运行、科研等方面的工作，奠定必要的理论和实践基础。H2.问题分析2.2能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，分析并表达复杂电气工程问题的特性，获得多种解决方案。课程目标2：使学生熟练掌握输电线路设计用气象条件选取和组合计算方法，掌握架空线路应力弧垂计算方法，掌握连续档和孤立档架空线相关计算方法，掌握线路防振锤的选型计算方法，掌握架空线路径选择方法等，具备架空输电线路初步设计的能力，培养学生独立思考、分析问题和判断的能力，能够针对输电线路设计提出解决方案，并对方案进行比较和优化，并在解决工程问题的综合能力方面得到训练。课程目标4：在课程教学过程中，不断加强思政元素和专业发展最新动态，适当引入与课程内容相关的案例分析，培养学生良好的人文素养、团队合作精神、有效的沟通与表达能力以及爱国主义、忧患意识、文化自信、社会责任感和民族自豪感，提高学生思考能力、表达能力、创新能力和团队精神，养成耐心细致、勤于思考、不断进取的良好职业习惯，并具有一定全局意识，树立学生正确的劳动观、劳动精神、自主学习和终身学习的意识，不断学习和适应发展的能力，为今后从事相关设计、运行、科研等方面的工作，奠定必要的理论和实践基础。M5.使用现代工具5.1能够掌握现代仪器、工程工具、信息技术工具的使用原理和方法。课程目标3：使学生掌握输电线路常用测量工具的使用方法，熟练掌握测高测距仪、全站仪各部分结构、功能、使用和读数方法，掌握档距、弧垂、交叉跨越距的测量方法，掌握高差和高程的计算方法，分析误差形成的原因和进行实地测量等，培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。课程目标4：在课程教学过程中，不断加强思政元素和专业发展最新动态，适当引入与课程内容相关的案例分析，培养学生良好的人文素养、团队合作精神、有效的沟通与表达能力以及爱国主义、忧患意识、文化自信、社会责任感和民族自豪感，提高学生思考能力、表达能力、创新能力和团队精神，养成耐心细致、勤于思考、不断进取的良好职业习惯，并具有一定全局意识，树立学生正确的劳动观、劳动精神、自主学习和终身学习的意识，不断学习和适应发展的能力，为今后从事相关设计、运行、科研等方面的工作，奠定必要的理论和实践基础。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.架空输电线路基本知识1.1概述1.2架空线1.3绝缘子和绝缘子串1.4常用金具1.5杆塔1.6基础1.7接地装置1.8架空输电线路设计的内容和流程教学要求：了解输电技术与输电线路的发展；掌握架空输电线路的任务、分类，以及组成各部分的作用和特点；掌握导线的排列方式与换位。重点：架空输电线路的任务、分类，以及组成各部分的作用和特点。难点：导线的排列方式与换位，紧凑型输电线路的特点。21、2、3、42.设计用气象条件2.1主要的气象参数2.2气象参数值的选取2.3设计用气象条件的组合教学要求：掌握气象条件三要素对线路的影响；掌握线路设计风速的选取方法；掌握气象条件组合和用途。重点：气象条件三要素对线路的影响。难点：气象条件的组合和用途。21、2、3、43.架空线的机械物理特性和比载3.1架空线的机械物理特性3.2架空线的许用应力和安全系数3.3架空线的比载教学要求：掌握架空线比载的种类和计算方法；理解线路设计常用的架空线机械物理特性；掌握影响安全系数的因素，不同计算内容对安全系数的要求。重点：架空线比载的种类和计算方法，常用架空线机械物理特性。难点：架空线比载的种类和计算方法，计算内容对安全系数的要求。41、2、3、44.均布荷载下架空线的计算4.1架空线悬链线方程的积分普遍形式4.2高悬点架空线的弧垂、线长和应力4.3不等高悬点架空线的弧垂、线长和应力4.4架空线弧垂、线长和应力计算公式的简化4.5架空线的平均高度与平均应力4.6均布垂直比载和水平比载共同作用下架空线的计算4.7考虑刚度影响时架空线的计算教学要求：掌握均布荷载下等高悬点、不等高悬点架空线的弧垂、应力和线长的斜抛物线公式，导出悬链线、斜抛物线、平抛物线公式的不同假设条件；理解悬链线公式及其应用；掌握均布垂直比载和水平比载共同作用下架空线的计算。重点：均布荷载下等高悬点、不等高悬点架空线的弧垂、应力和线长的斜抛物线公式。难点：均布荷载下等高悬点、不等高悬点架空线的弧垂、应力和线长的斜抛物线公式。41、2、3、45.气象条件变化时架空线的计算5.1架空线的状态方程式5.2临界档距5.3最大弧垂的判定5.4应力弧垂曲线和安装曲线5.5架空线的初伸长及其处理5.6线路设计中常用的几种档距教学要求：掌握架空线斜抛物线状态方程及其解法；掌握有效临界档距及控制气象条件的判定；了解最大弧垂产生气象的判定方法；掌握绘制架空线应力弧垂曲线和安装曲线的步骤。掌握极大档距、允许档距、极限档距之间的关系。重点：架空线状态方程，有效临界档距及控制气象条件的判定，最大弧垂的判定。难点：有效临界档距及控制气象条件的判定。421、2、3、46.连续档架空线的应力和弧垂6.1连续档架空线应力的近似计算-代表档距法6.2连续档架空线应力的精确计算6.3采用滑轮线夹时连续档架空线的有关计算6.4连续档架空地线的应力选配6.5连续倾斜档的架线观测弧垂及线长的调整6.6架空线施工中的过牵引6.7架空输电线路的改建教学要求：掌握连续档架空线应力的代表档距法计算；了解各档应力的精确计算；了解滑轮悬挂导线任意两点应力之间的关系；掌握连续倾斜档的架线观测弧垂及线长的调整。了解架空线施工过牵引现象及其计算。重点：连续档架空线应力的计算，架空观测弧垂及线长调整。难点：连续档架空线应力的精确计算。221、2、3、47.非均布荷载下架空线的计算7.1架空线悬挂曲线方程的一般形式7.2非均布荷载下架空线的弧垂、张力和线长7.3孤立档架空线的弧垂和线长7.4孤立档架空线的状态方程式7.5孤立档的控制条件7.6非均布垂直荷载和水平荷载共同作用下架空线的计算7.7耐张绝缘子串的水平及垂直投影长度7.8孤立档架空线应力弧垂计算举例教学要求：了解非均布荷载作用下架空线的计算；掌握孤立档架空线的计算，孤立档控制条件的判定方法；了解耐张绝缘子串水平及垂直投影长度。重点：孤立档架空线的计算。难点：孤立档控制条件的判定方法。41、2、3、48.架空线的断线张力和不平衡张力8.1概述8.2固定横担固定线夹下单导线的断线张力8.3分裂导线的断线张力8.4线路正常运行中的不平衡张力8.5地线支持力教学要求：掌握架空线的断线张力和不平衡张力计算；了解避雷线支持力的计算方法。重点：计算架空线的断线张力和不平衡张力。难点：避雷线支持力的计算方法。21、2、3、49.架空线的振动和防振9.1架空线振动形式及其产生原因9.2微风振动的基本理论9.3微风振动强度的表示方法9.4用能量平衡原理估算振动幅值9.5影响微风振动的主要因素9.6微风振动的防振设计9.7导线的防舞机理及防舞措施教学要求：掌握架空线振动种类和基本理论；掌握防振锤的防振原理和安装设计方法；掌握阻尼线防振设计原理和方法；了解影响微风振动的主要因素。重点：架空线振动种类和基本理论，防振锤、阻尼线防振原理和方法。难点：防振锤的防振原理和安装设计方法。21、2、3、410.架空输电线路的初步设计及其要点10.1初步设计原则与内容10.2路径选择与优化10.3对地距离和交叉跨越有关规定10.4导线和地线的选型10.5导线的排列方式与换位10.6绝缘子与绝缘子串的设计教学要求：掌握架空线路的路径选择；了解弧垂曲线模板的制作方法，杆塔定位的方法；了解杆塔定位核验曲线种类、用途和绘制方法。重点：架空线路的路径选择。难点：弧垂曲线模板的制作方法，杆塔定位的方法。21、2、3、4合计2842.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.测高测距仪的应用实验内容：测高测距仪的应用。实验要求：掌握测高测距仪各部分结构、功能、使用和读数方法，分析误差形成的原因。23、42.输电线路实地测量实验内容：输电线路实地测量。实验要求：掌握全站仪各部分结构、功能、使用和读数方法，档距、弧垂、交叉跨越距的测量方法，高差和高程的计算方法，进行实地测量。23、4合计4五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生熟练掌握输电线路设计用气象条件选取和组合计算方法，掌握架空线路应力弧垂计算方法，掌握连续档和孤立档架空线相关计算，掌握线路防振锤的选型计算，掌握架空线路径选择方法等，具备架空输电线路初步设计的能力。在实验教学环节中，采用教师讲授、演示操作和学生自主实验的方法，培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用实验设备，认真记录实验结果，分析实验现象；实验结束后，按规定退出实验设备并整理实验器材；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：（1）唐波,孟遂民.架空输电线路设计(第三版)[M].北京:中国电力出版社,2023.2.参考书：（1）马苏德·法泽内,谢哈布·法若克.架空输电线路电气设计[M].北京:\o"机械工业出版社"机械工业出版社,2016.（2）赵光泰.架空输电线路杆塔普通基础设计[M].北京:中国电力出版社,2017.（3）张忠亭.架空输电线路设计原理[M].北京:中国电力出版社,2010.3.期刊：（1）中国电机工程学报,中国电机工程学会主办（2）电网技术,国家电网有限公司主办（3）电力系统自动化,国网电力科学研究院有限公司主办（4）电力系统及其自动化学报,天津大学主办（5）IEEETransactionsonSustainableEnergy,IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,电气与电子工程师学会)主办4.网络资源：（1）爱课程网./home/（2）中国大学慕课网./（3）国家电网./七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标1234过程性考核课堂表现8（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√2222作业10（1）主要考核学生对章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442测试10（1）主要考核学生对各章节知识点的理解和掌握程度，满分100分；（2）每次阶段测试单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以阶段测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442实验12（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√84期末考核60（1）期末考核成绩100分，以成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩；（2）主要考核架空输电线路基本知识、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、连续档架空线的应力和弧垂、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等架空输电线路初步设计的内容；（3）期末考核形式为大作业。√√√252510合计：100分35351020八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业、测试、实验、期末考核（大作业）等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核（大作业）成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核（大作业）成绩为100分（权重60%）；课堂表现、作业、测试、实验等过程性考核成绩为100分（权重40%）；期末考核（大作业）和过程性考核分值分配应与教学大