王伟电力系统自动装置教案.docx
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王伟电力系统自动装置教案
授 课 教 案
课程名称
电力系统自动装置
授课班级
课程形式
授课单元
电力系统中自动控制的概述
课 时
教学地点
授课对象
高职电力专业二年级学生
教学资料
参考教材《电力系统自动装置》第2版，王伟著，北京大学出版社。
PPT课件。
学情分析
“概述”内容强调电力安全、可靠的重要性，电力系统自动装置的内涵及其分类。
作为第一节课，这些内容对学生来说很重要，是学生学好后续课程的基础。
本节课内容较宽泛和概括，高职学生基础水平差异很大，接受本节内容可能会比较困难。
教学时应注意这种情况，尽量用通俗易懂的语言讲解，多举案例授课，使学生能感性上对所学知识有所掌握。
教学目标
知识目标
了解电力系统自动装置的内涵及主要内容；掌握自动装置的两种分类方式及其种类含义；
能力目标
初步掌握发电厂调速器和励磁调机器的使用及其作用。
素质目标
提高电力安全意识，提高科学技术意识。
德育目标
培养孩子热爱生活、热爱工作的道德情操。
强调课堂纪律，培养学生纪律意识和良好的行为习惯。
教学重点
电力系统自动装置的内涵；自动装置的第二种分类方式（模拟和数字）。
教学难点
调速器和调节器的工作原理。
教学设计思路
“概述”部分是对本门课程中心内容的介绍，也是对本门课程的整体介绍，在本部分要对本门课的意义、主要内容结构、课程性质、考查方式、纪律要求等做介绍，使学生对课程总体有整体概念。
然后，以数据和案例引起学生对安全的注意和对自动装置的理解，进而引入课程。
本节课要注重对自动装置第二种分类方法的介绍和调速器调节器的讲解，为后续学习打下基础。
教学过程及内容
教学过程
教学内容
教学设计说明
课
前
预
习
提前给学生布置和推送电力安全重要性相关的知识、电介质极化相关知识，让学生预习。
因为这是学期第一节课，提前联系学生较困难，尽力联系，但需少准备预习内容，做好联系不上的准备。
课中
情境导入
（分钟）
事故数据和案例引起学生重视电力安全和对电力装置的理解。
重点难点讲授
（分钟）
重点：
电力系统自动装置的内涵；自动装置的第二种分类方式（模拟和数字）。
难点：
调速器和调节器的工作原理。
问题1.电力系统自动装置的内涵如何讲解？
解决：
电力系统和自动装置分解开来讲，结合电力专业的专业名字，让学生对本课程有个深刻了解。
问题2.如何让学生对自动装置有个比较感性的认识
解决：
调速器和调节器的讲解，结合PPT动画图片。
模拟实训
（分钟）
课堂测验
（分钟）
课堂小结
（分钟）
电力系统自动装置的内涵；
电力系统自动装置的分类；
电力系统自动控制过程环节（调速器和调节器）。
课后
预习下节课的备自投装置相关的原理图。
教学反思
教案附页
任务一保障电力系统的安全可靠性
【任务导读】
安全可靠地提供高质量的电能是电力系统的核心任务。
1.安全性
自身、他人、设备。
电力生产工作的方针：
安全第一，预防为主。
2.可靠性
充裕度和安全性。
衡量一个国家经济发达程度的标准之一。
3.措施
电力系统的故障千变万化，提高电力系统故障情况下可靠性的措施也多种多样。
本节主要通过增设备用电源并采用备用电源自动投入装置的方法来提高电力系统的安全可靠性。
概述
1.电力系统自动装置的内涵及外延
电力系统自动装置是研究通过自动化元件控制电力系统内电气设备的一门应用技术，是电力系统自动控制实用领域之一。
电力系统自动控制是实现电力系统自动化的技术基础，而电力系统自动装置作为电力系统自动控制实用领域之一。
2.电力系统自动装置的分类
1）电力系统自动监控;
2）电力系统自动装置;
3）发电厂动力机械自动控制
4）电力安全装置
1）模拟：
安全性、可靠性、稳定性，移植性
2）数字：
价格
（一）、微型计算机系统：
控制功能单一、简单
（二）、工业控制计算机系统：
控制功能要求高、软件任务重
（三）、集散系统和现场总线系统：
分散的多对象的成套监控
注：
此处举例家庭智能家居，电器智能控制。
3.电力系统自动装置控制实例
授 课 教 案
课程名称
电力系统自动装置
授课班级
课程形式
授课单元
项目一任务1备用电源基础知识
课 时
教学地点
授课对象
高职电力专业二年级学生
教学资料
参考教材《电力系统自动装置》第2版，王伟著，北京大学出版社。
PPT课件。
学情分析
学生对电厂厂用电并不十分了解，从厂用电的概念和用途引入课程，然后对厂用电重要性进行介绍，引出备用电源的概念。
学生已有知识对于理解本节课程难度并不大。
教学目标
知识目标
备用电源、厂用电的概念和用途；
备用电备用方式和投入方式；
能力目标
初步了解“三步法”和具备用三步法读图的能力。
素质目标
电力安全意识，培养电力岗位职业素养。
德育目标
培养孩子热爱生活、热爱工作的道德情操。
强调课堂纪律，培养学生纪律意识和良好的行为习惯。
教学重点
备用电、厂用电的概念和用途
教学难点
备用电备用方式；
三步法读图能力
教学设计思路
学生对电厂厂用电并不十分了解，从厂用电的概念和用途引入课程，然后对厂用电重要性进行介绍，引出备用电源的概念。
备用电的备用方式和投入方式是下节课要讲的基础，也是本节课的难点，重点学习和实际练习。
初步介绍三步法，引出下节课要讲的备自投原理图，简单介绍。
教学过程及内容
教学过程
教学内容
教学设计说明
课
前
预
习
厂用电、备自投的概念；
三步法的理解。
课中
情境导入
（分钟）
通过发电厂能发电，进而引导学生知道发电厂也需要耗电，引出厂用电概念。
重点难点讲授
（分钟）
重点：
备用电、厂用电的概念和用途
难点：
备用电备用方式；
三步法读图能力
问题1.如何引入备用电概念？
解决：
先从厂用电的概念讲起，电厂供电，也耗电，耗电即厂用电，常用的后备电源即备用电。
既介绍了备用电，也学习了厂用电的概念。
问题2：
备用方式的快速理解。
解决：
编制简单口诀。
问题3：
三步法读图能力的学习。
解决：
首先是用简短词语概括三步法，让学生容易记忆；然后举例实际利用三步法分析和读图。
模拟实训
（分钟）
课堂测验
（分钟）
备自投备用方式分析
课堂小结
（分钟）
厂用电、备用电的概念；
备自投备用方式和投入方式；
三步法的步骤。
课后
教学反思
教案附页
1.2.1备用电源的概念（举例说明）
1.2.2电源的备用方式
电源的备用方式有两种：
明备用和暗备用。
1、明备用方式
（1）明备用的概念
明备用：
具有明确的备用电源，正常情况下备用电源不投入运行，只有当工作电源消失后，备用电源才投入运行的备用方式。
特点：
明备用具有明显的备用电源。
（2）明备用方式的典型一次接线
2、暗备用方式
（1）暗备用的概念
暗备用：
没有明确的备用电源，两个电源各自带负荷运行，当其中一个电源所带的负荷因非正常原因失电时，另一个电源通过中间环节（通常为母线联络断路器）向失去电源的负荷供电的备用方式。
特点：
暗备用没有明显的备用电源，通常指两个工作电源互为备用。
注意：
1.让学生自己练习区分一下两种方式。
2.注意强调：
有明显闲置电源为明备用，无明显闲置电源为暗备用。
（2）暗备用方式的典型一次接线
1.2.3备用电源的切换过程和投入方式
切换过程：
明备用和暗备用切换过程分别讲解，注意结构区别和顺序问题
备用电源的投入方式有两种：
（1）手动投入；
（2）自动投入。
备用电源采用人工投入方式时，负荷失电时间较长，通常为几分钟到几十分钟（视人员的操作水平和一次回路的操作复杂程度而异）。
若负荷对供电的连续性要求较高，不允许较长时间断电，这种情况下，就应该设置专门的备用电源自动投入装置（简称AAT装置）。
当某工作电源因非正常停电操作失去电源时，备用电源的投入由AAT装置自动完成。
备用电源采用AAT装置自动投入方式时，负荷失电时间较短，通常只有1、2秒钟。
运用“三步法”提升学生的自动装置读图能力
在教学实践可通过“三步法”来培养学生的自动装置读图能力，通过反复训练强化以提高学生的读图能力。
具体如下：
第一步:
搞清楚（正确分析）整套装置的总体结构;
第二步:
搞清楚（正确分析）装置正常情况下的工作状态;
第三步:
搞清楚（正确分析）装置故障情况下的动作过程。
上述三步中，第二步实质上是关键，因为自动装置正常情况下工作状态分析清楚了，故障情况就容易分析了（一般情况下均相反）
授 课 教 案
课程名称
电力系统自动装置
授课班级
课程形式
授课单元
项目一任务2模拟型备自投装置
课 时
教学地点
授课对象
高职电力专业二年级学生
教学资料
参考教材《电力系统自动装置》第2版，王伟著，北京大学出版社。
PPT课件。
学情分析
学生对数字型和模拟型有了认识（第一节课中有讲），接受本节课有了基础，但讲解本节课之前应该对多功能转换开关进行知识补充。
学生在电工实训课程中学习了继电器的原理，本节课主要是学会读二次回路的原理展开图，是对继电器的具体应用。
比较抽象，逻辑性强，学生接受有一定难度。
教学目标
知识目标
万能转换开关的使用和原理；
备自投装置设计的基本要求。
能力目标
学会用三步法进行二次回路原理展开图的读图；
电力二次回路图的逻辑分析能力。
素质目标
细心认真的学习精神；较强的逻辑分析。
德育目标
认真负责的工作精神，爱岗敬业的价值观念。
教学重点
万能转换开关的使用和原理；
备自投二次回路原理展开图的分析读图。
教学难点
万能转换开关的使用和原理；
备自投二次回路原理展开图的分析读图。
教学设计思路
模拟型自动控制装置的回路原理展开图是电力专业学生的重要学习知识点和技能掌握点，本节课主要介绍AAT装置的原理展开图，因图中涉及到万能转换开关、防跳继电器等知识，故上课开始，首先对这两个器件进行介绍。
然后，按三步法进行逐步讲解，注意使用图片、PPT动画多媒体资料的使用，帮助学生理解，注意逐行逐个元件的给学生讲解，让学生彻底明白，为以后学习打下基础，不要开始就掉队。
教学过程及内容
教学过程
教学内容
教学设计说明
课
前
预
习
万能转换器的结构和工作原理。
课中
情境导入
（分钟）
控制柜上的旋钮开关，从介绍控制柜的作用开始到介绍旋钮开关（万能转换开关），引入正课。
控制柜的作用，也是后续学习需要掌握的知识，用控制柜的图片介绍引入课程，一举两得。
重点难点讲授
（分钟）
重点：
万能转换开关的使用和原理；
备自投二次回路原理展开图的分析读图。
难点：
万能转换开关的使用和原理；
备自投二次回路原理展开图的分析读图。
问题1.万能转换开关结构复杂，种类繁多，学生很难抽象的理解其结构和原理。
解决：
拿真正的万能转换开关给学生展示，并用图片展示其工作原理和内部结构。
问题2.备自投二次回路原理展开图涉及知识较多，逻辑性非常强，如何让学生跟上课程节奏。
解决：
提前将图中涉及到的较难的知识点单独解决，讲课时“一气呵成”，多提醒学生抬头听讲。
模拟实训
（分钟）
课堂测验
（分钟）
KCF防跳继电器的作用和工作原理；
图中第一行限流电阻的作用；
图中第三行保护跳闸的动作过程；
图中第五行延迟断开继电器的延迟必要性。
等
课堂小结
（分钟）
万能转换开关的结构和工作原理；
KCF继电器的作用和工作原理；
二次回路原理图展开图。
课后
课后作业
教学反思
教案附页
1.2.1对备用电源自动投入装置的基本要求
（1）除正常停电操作外的其他任何原因使工作电源消失后，AAT装置都应能动作而使备用电源自动投入。
此要求的目的：
尽可能地提高对用户供电的可靠性和连续性。
（2）AAT装置应确保在工作电源断开以后，备用电源方能投入，即工作电源先切，备用电源后投。
此要求的目的：
提高AAT装置动作的成功率，防止相应的电气设备和电力系统无谓地遭受短路电流的冲击。
（3）确保AAT装置只动作一次。
此要求的目的：
防止备用电源所属电气设备和电力系统多次遭受短路电流的冲击。
（4）当工作母线电压互感器因发生回路断线等原因，从而导致虚假的失去电源情况时，AAT装置不应动作。
此要求的目的：
防止AAT装置发生不必要的动作。
（5）正常停电操作时，AAT装置不应动作。
此要求的目的：
确保停电操作的正常进行。
（６）应具备反映工作母线电压互感器回路断线和AAT装置动作的信号。
此要求的目的：
第一时间告知电气运行人员相关信息，便于电气运行人员及时作出相应的处理。
1.2.2备用电源自动投入装置的组成
根据备用电源自动投入装置的任务和对其的基本要求，通常AAT装置由下面两部分组成：
1.低电压起动部分
监视工作电源的电压，当工作电源电压消失或低于一定值时，自动断开工作电源。
大多数情况下，低电压起动部分还承担监视备用电源是否有电压的任务。
2.自动合闸部分
当工作电源断开后，自动将备用电源投入。
1.3.1模拟式AAT装置的典型接线及原理分析
根据对备用电源自动投入装置的基本要求和图1-1-4所示变电所的电气一次接线情况，为该变电所设计的模拟式AAT装置相关原理电路展开图如图1-3-1所示。
1.模拟式AAT装置的工作原理
模拟式AAT装置主要由低压启动跳闸和自动合闸两部分构成。
低压起动跳闸部分主要包括：
监视10kV母线失压的低电压继电器KV1和KV2、监视备用电源是否正常的过电压继电器KV3、确定AAT装置启动时间的时间继电器KT1和闭锁时间继电器KT2、信号继电器KS1和KS2、跳跃闭锁继电器KCF2和跳闸线圈LT2；
自动合闸部分主要包括中间继电器KM、信号继电器KS3、跳跃闭锁继电器KCF1和合闸继电器KC等。
根据该变电所的一次接线情况，当两台变压器同时运行时，由于为暗备用方式，因此变压器T1和T2互为备用，因此正常运行方式为：
1、2号变压器各自带10kVⅠ、Ⅱ段母线运行，除10kV母线联络断路器QF3处于“跳闸”状态外，其余断路器（包括QF1、QF2、QF4、QF5）均处于“合闸”状态。
低电压继电器KV1、KV2动作，其动断触点断开；过电压继电器KV3动作，其动合触点闭合；T1、T2的高、低压侧断路器所有动合辅助触点闭合，所有动断辅助触点断开；10kV母线联络断路器QF3所有动合辅助触点断开，所有动断辅助触点闭合；切换开关SH处于“备用”位置，其所有触点闭合；T1、T2低压侧断路器QF2的控制开关SA2处于“合闸后”位置，控制开关SA2的触点21-23接通。
闭锁时间继电器KT2因其线圈通电而动作，其瞬时闭合延时断开的动合触点闭合。
10kVⅠ段母线低电压时AAT动作过程：
①低电压使T1低压侧断路器QF2跳闸过程分析。
当10kVⅠ段母线电压低于一定值时，接于该段母线电压互感器TV1二次回路的低电压继电器KV1、KV2返回，其动断触点闭合，接通T1低压侧断路器QF2控制回路中的低电压启动回路
②AAT使10kV母联断路器QF3合闸过程分析。
当变压器T1低压侧断路器QF2跳闸后，其动合辅助触点断开，动断辅助触点闭合，接通图（d）10kV母联断路器QF3控制回路中的AAT装置合闸回路。
上述回路接通后，一方面，反映AAT动作的信号继电器KS因其线圈通电而动作，其动合触点闭合并自保持，发出“AAT动作”信号；另一方面，中间继电器KM因其线圈通电而动作，其动合触点闭合，接通10kV母联断路器QF3合闸接触器KC线圈所在的回路
授 课 教 案
课程名称
电力系统自动装置
授课班级
课程形式
授课单元
项目一.任务3数字型备自投装置
课 时
教学地点
授课对象
高职电力专业二年级学生
教学资料
参考教材《电力系统自动装置》第2版，王伟著，北京大学出版社。
PPT课件。
学情分析
学生学习完模拟型AAT装置后，对备自投装置的主要功能有了一定了解，有助于接受本节内容；但是学习了上节课内容后可能会对学生形成一种惯性思维，以模拟式备自投原理分析数字式，造成学习障碍。
应该让学生转换思维，从数字电路角度分析数字型设备。
教学目标
知识目标
数字型AAT装置的结构和工作原理；
数字型电路三步法
能力目标
数字型自动装置原理逻辑图分析能力；
三步法分析数字型电路的能力。
素质目标
学习和利用先进科学技术的能力。
德育目标
爱岗敬业的工作精神
教学重点
数字型AAT装置结构和功能；数字型AAT装置原理分析。
教学难点
数字型和模拟型装置的异同；数字型AAT装置原理逻辑图的分析
教学设计思路
学生前续学习完模拟型AAT装置后，对备自投装置的主要功能有了一定了解，有助于接受本节内容；但是学习了上节课内容后可能会对学生形成一种惯性思维，以模拟式备自投原理分析数字式，造成学习障碍。
首先，让学生通过图片和动画了解模拟型设备和数字型设备，有直观的认识；然后，在此基础上介绍模拟型和数字型设备的异同，让学生尽快转换到本节课的思维分析思路上来。
最后，分析电路图时候，注意利用逻辑电路图的知识。
教学过程及内容
教学过程
教学内容
教学设计说明
课
前
预
习
数字型逻辑电路图的逻辑运算。
课中
情境导入
（分钟）
利用数字型和逻辑型装置的异同分析引入课程，使学生迅速转换到本节课的思路上。
重点难点讲授
（分钟）
重点：
数字型和模拟型装置的异同；
数字型AAT装置原理逻辑图的分析
难点：
数字型和模拟型装置的异同；
数字型AAT装置原理逻辑图的分析
问题1.如何引导学生迅速转换思维，学习本节课程。
解决：
通过比较数字型和模拟型设备的异同让学生从之前模拟型的思维中跳脱出来。
问题2.逻辑图分析对于学生来说比较陌生，如何引导？
解决：
在讲逻辑图之前，先给学生复习补习逻辑运算相关知识。
模拟实训
（分钟）
课堂测验
（分钟）
逻辑运算测验；
逻辑图功能实现分析。
课堂小结
（分钟）
模拟型AAT装置和数字型装置的异同；
数字型装置的优点和特点；
数字型装置的逻辑图分析。
课后
课后作业
教学反思
教案附页
1.3.2数字式AAT装置的典型接线及原理分析
1.数字式AAT装置的启动条件
备用电源自动投入装置的启动条件与主接线形式是紧密相关的，不同的主接线形式，其备用电源自动投入装置的启动条件也不相同，但是各备用电源自动投入装置的启动原理是相似的。
2.数字式AAT装置的工作原理
下面我们继续用“三步法”来分析数字式AAT装置的工作原理
第一步：
搞清楚数字式AAT装置的总体结构。
数字式AAT装置总体结构如图1.7所示，是一个单CPU结构的微机系统。
数字式AAT装置总体结构一般采用功能模块化设计思想，一般由低通滤波器、模/数（A/D）插件、CPU插件、I/O插件、电源插件和人机接口插件组成。
其中低通滤波器输入量为装置所需采集的模拟量，如电压、电流；外部开关量为相关主接线中的断路器状态量以及外部闭锁信号；出口继电器接通装置要控制断路器的分合闸回路。
第二步:
搞清楚工作电源正常情况下数字式AAT装置的工作状态。
这里用逻辑图来说明备用电源自动投入装置程序工作的逻辑。
正常工作状态下，QF1、QF2在合位，QF3在分位，UⅠ、UⅡ均大于整定值（一般取70%额定电压），经过一定的延时t，备用电源自动投入装置的硬压板或控制字为投入状态时，装置自动确认为桥开关备投方式。
第三步:
搞清楚工作电源故障情况下数字式AAT装置的动作过程。
当由于故障原因引起UⅠ失压（UⅠ≤30%），同时进线1电流也小于整定值（一般取0.1In），UⅡ电压正常，备用电源自动投入装置功能即启动，经过一定的时间（可设定）跳开关QF1。
同时装置一直在检测QF1的状态；如果由保护装置动作已将QF1跳开，则装置直接合上QF3；如果是备自投装置将QF1跳开的，则装置将在确认QF1处于分位后再发出QF3合闸命令。
如果装置判断QF1始终处于合位，则认为QF1操作回路或操作机构出现问题，向监控系统发出“备自投不成功”的信号，并将装置闭锁。
在确认备自投运行方式时，还有对备自投装置闭锁的功能，例如QF1手动跳闸、3QF手动跳闸、QF3手动合闸、外部的闭锁触点闭合（如主变压器T1保护动作等）、Ⅰ段和Ⅱ段母线同时失压、装置自身的闭锁功能等均可以将装置备自投功能解除。
装置经过内部一定的延时后重新进行方式确认。
经过逻辑判断、装置正确执行了备自投功能后，装置将向监控系统发出“备自投成功”的信号，同时为了保证备自投只能动作一次，备自投动作成功后将自动闭锁，直到人为干预后装置再进行新的方式确认过程。
任务小结
任务1介绍了备用电源和备用电源自动投入装置的相关概念、特点和对备用电源自动投入装置的基本要求；详细讲述了备用电源自动投入装置AAT的基本组成、原理接线和工作过程分析；介绍了AAT装置相关元件的整定计算。
任务1的重点是：
备用电源自动投入装置的相关概念、特点，基本要求以及过程分析。
任务1的难点是：
模拟式备用电源自动投入装置和数字式备用电源自动投入装置的动作原理与过程的正确分析，同时在分析过程中应充分利用继电保护、发电厂二次接线的相关知识。
知识拓展
1QF联跳：
1QF跳开后，2QF不跳只会增加反送电扩大事故几率。
通过设置1QF位置触点启动跳闸回路，来联跳2QF。
防跳继电器动作原理：
分为两个线圈，一个是电流启动线圈，一个是电压保持线圈，当跳闸命令和合闸命令同时存在时，通过防跳继电器的电压线圈保持合闸回路不能接通，直到合闸命令消失。
万能转换开关：
分为两部分，一部分是面板外的旋钮部分，一部分是面板内的多层触点开关部分。
旋钮旋转带动轴转动，动触点向圆心运动开关闭合，向圆外方向运动开关断开。
授 课 教 案
课程名称
电力系统自动装置
授课班级
课程形式
授课单元
项目二.任务1.自动重合闸的意义和应用
课 时
教学地点
授课对象
高职电力专业二年级学生
教学资料
参考教材《电力系统自动装置》第2版，王伟著，北京大学出版社。
PPT课件。
学情分析
学生前续学习了AAT装置的结构和原理，对于学习本任务有了一定的基础，有了一定的二次回路原理展开图的分析能力和数字型逻辑电路图的原理的分析能力。
但是本任务的难度更大，原理更复杂，是对前续AAT装置的相关知识和能力的提升。
教学目标
知识目标
1、了解线路安全的重要性。
2、理解线路安全的保障措施
3、自动重合闸装置在线路安全中的应用。
能力目标
1、自动重合闸的功能理解；
2、自动重合闸认知。
素质目标
电力工作的安全意识
德育目标
热爱电力专业工作的工作精神。
教学重点
自动重合闸的概念和
升级会员 