“電力工程基礎(chǔ)”課程工程案例教學(xué)探討

江岳文

摘要：根據(jù)“電力工程基礎(chǔ)”課程特點(diǎn)，針對(duì)一些難以被學(xué)生理解和接受的內(nèi)容，通過(guò)引入多種形式的工程案例，結(jié)合課程的具體理論內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)豐富課程的教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生接近工程實(shí)際，進(jìn)行主動(dòng)思考，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：電力工程基礎(chǔ);教學(xué)研究;課程特點(diǎn);工程案例教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）32-0094-01

電力工程基礎(chǔ)是普通高等學(xué)校電氣工程及其自化學(xué)院一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。該課程內(nèi)容覆蓋面廣，具有較強(qiáng)理論性。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，知識(shí)的廣度和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。如何采用有效的教學(xué)方法，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生主動(dòng)地探索到更多的知識(shí)？如何采用非“灌輸式”地教學(xué)，讓學(xué)生不被動(dòng)接受為了考試而臨時(shí)應(yīng)付的知識(shí)？這些都需課程教學(xué)中不斷改進(jìn)教學(xué)方法，不斷嘗試和引進(jìn)新的教學(xué)理念，根據(jù)專(zhuān)業(yè)的發(fā)展更新教學(xué)內(nèi)容。在課堂教學(xué)中，沒(méi)有最好，只有更好。由于電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)（如發(fā)、輸、配、售的同時(shí)進(jìn)行、高可靠性要求、大電網(wǎng)運(yùn)行、高度的自動(dòng)化水平和遠(yuǎn)程控制等）使得學(xué)生無(wú)法對(duì)電力系統(tǒng)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)有直觀(guān)的認(rèn)識(shí)，參與實(shí)際生產(chǎn)更是不可能。因此，生產(chǎn)實(shí)際工程案例教學(xué)引入到“電力工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)中是十分必要的。

一、電力工程基礎(chǔ)課程特點(diǎn)

電力行業(yè)貫穿著發(fā)電、輸電、配電、用電四個(gè)環(huán)節(jié)，涉及到發(fā)電廠(chǎng)、輸配電網(wǎng)和用戶(hù)。為了保證電力系統(tǒng)安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要詳細(xì)分析電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)、選擇合理的接線(xiàn)形式、選擇滿(mǎn)足要求的電氣設(shè)備、設(shè)置各種保護(hù)措施等等?！半娏こ袒A(chǔ)”作為電力電子方向、自動(dòng)化方向、電機(jī)電器方向以及建筑電氣方向?qū)W生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，涉及的內(nèi)容包含了上述各方面知識(shí)。課程教材選用中國(guó)電力出版社出版的《電力工程基礎(chǔ)》作為該門(mén)課程的教材，該教材為電力行業(yè)的精品教材，同時(shí)配以《電力工程基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》一書(shū)。

1.課程知識(shí)涵蓋面較廣

該課程包含了對(duì)各類(lèi)型電廠(chǎng)的全面介紹、各類(lèi)電氣主接線(xiàn)特點(diǎn)與應(yīng)用、輸配電網(wǎng)元件的穩(wěn)態(tài)建模以及潮流與短路計(jì)算分析、電氣設(shè)備的選擇、負(fù)荷特性分析和保護(hù)的設(shè)置等。該門(mén)課程的內(nèi)容基本涉及到了電力的各個(gè)環(huán)節(jié)，涵蓋了“發(fā)電廠(chǎng)電氣部分”、“發(fā)電廠(chǎng)動(dòng)力設(shè)備”、“電力系統(tǒng)分析”、“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”等課程的基礎(chǔ)先修內(nèi)容。因?yàn)槭腔A(chǔ)課，與專(zhuān)業(yè)課相比，對(duì)內(nèi)容的教學(xué)深度需要適度的把握。

2.課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容較抽象

該門(mén)課程中的內(nèi)容如輸配電網(wǎng)的運(yùn)行分析、設(shè)備的選擇和校驗(yàn)、保護(hù)的設(shè)置和整定都需要進(jìn)行大量的計(jì)算分析，理論性較強(qiáng)，且一環(huán)扣一環(huán)，相互嵌套，互為作用，如果前修知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有理解和掌握，后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)會(huì)更加困難。

電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)是無(wú)法憑借眼睛直觀(guān)觀(guān)察，無(wú)論是潮流、電壓、損耗、電流等必須通過(guò)儀表測(cè)量、采集、傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)方能進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)。設(shè)備選擇如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流互感器等設(shè)備以及電氣主接線(xiàn)的選擇等都比較抽象。

3.電力行業(yè)快速發(fā)展，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容需要不斷更新

電力行業(yè)快速發(fā)展，技術(shù)不斷推陳出新，如保護(hù)裝置、防雷裝置、調(diào)速裝置、接線(xiàn)方式等的不斷發(fā)展使得課程有些內(nèi)容需要不斷調(diào)整。電網(wǎng)的發(fā)展如分布式電源的引入、特高壓的引入、靈活交流輸電系統(tǒng)的引入、電力市場(chǎng)的不斷發(fā)展等使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)有所差別，為了能讓學(xué)生跟得上電力技術(shù)的發(fā)展，課程的相關(guān)內(nèi)容也需不斷更新。

二、工程案例教學(xué)的引入

電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院畢業(yè)的學(xué)生大多從事生產(chǎn)一線(xiàn)的工作，需要具有分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，需要具有良好的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和實(shí)踐能力，能從錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)象中抓住本質(zhì)，及時(shí)、準(zhǔn)確地解決工程中遇到的問(wèn)題。這些技能離不開(kāi)對(duì)電力系統(tǒng)原理和系統(tǒng)性知識(shí)的掌握。但單純地根據(jù)課件或教材講原理，學(xué)生難免會(huì)覺(jué)得乏味、枯燥，而且看不到應(yīng)用的前景，主動(dòng)性和積極性都無(wú)法提高。因此，在課堂中適當(dāng)引入工程案例教學(xué)，從案例中讓學(xué)生明白理論同時(shí)學(xué)會(huì)把理論和實(shí)際進(jìn)行結(jié)合，老師也從簡(jiǎn)單的知識(shí)傳授者與灌輸者變成學(xué)生的引導(dǎo)者和促進(jìn)者。“電力工程基礎(chǔ)”課程主要知識(shí)點(diǎn)引入主要的案例分析如下：

1.水電廠(chǎng)和火電廠(chǎng)的運(yùn)行

如果只是簡(jiǎn)單根據(jù)流程介紹水電廠(chǎng)從水庫(kù)到尾水管的工作過(guò)程或火電廠(chǎng)概括地闡述風(fēng)、煤、水、蒸汽、煙、塵等系統(tǒng)，則既抽象又顯枯燥。如通過(guò)案例教學(xué)方式，引入實(shí)拍的水電或火電教學(xué)片，讓學(xué)生觀(guān)看一遍，然后針對(duì)課件中的相關(guān)知識(shí)結(jié)合教學(xué)片中具體過(guò)程和實(shí)物進(jìn)行講解，學(xué)生會(huì)更容易理解。

2.電氣主接線(xiàn)

電氣主接線(xiàn)需要介紹每種接線(xiàn)方式的優(yōu)缺點(diǎn)、倒閘操作、圖形的繪制等。

主接線(xiàn)方式有單母線(xiàn)及改進(jìn)接線(xiàn)、雙母線(xiàn)及改進(jìn)接線(xiàn)、一臺(tái)半斷路器接線(xiàn)、單元接線(xiàn)、角型接線(xiàn)、橋型接線(xiàn)等多種接線(xiàn)形式。如果一一介紹各種接線(xiàn)，學(xué)生不但記不住還很容易混淆。根據(jù)收集到的一些電廠(chǎng)和變電站的典型資料，分析具有以上不同接線(xiàn)電廠(chǎng)或變電站特點(diǎn);再根據(jù)變電站的實(shí)際特點(diǎn)引入接線(xiàn)方式的分析，從實(shí)際到理論，讓學(xué)生主動(dòng)歸納各自的優(yōu)缺點(diǎn)，讓書(shū)本知識(shí)形象和生動(dòng)起來(lái)，在生動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生追索知識(shí)的動(dòng)力;同時(shí)，在介紹電廠(chǎng)和變電站接線(xiàn)時(shí)也可以引入一些設(shè)備的介紹，為后面的設(shè)備選擇奠定基礎(chǔ)。倒閘操作也是相對(duì)復(fù)雜的，如母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)相對(duì)線(xiàn)路隔離開(kāi)關(guān)“先通后斷”或斷路器相對(duì)隔離開(kāi)關(guān)“后通先斷”。學(xué)生總覺(jué)得特別難以理解，而這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解正確與否關(guān)乎學(xué)生對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的安全操作，對(duì)人生的保護(hù)。因此，在這個(gè)知識(shí)點(diǎn)上特地根據(jù)實(shí)際操作制作了flash工程設(shè)備操作程序動(dòng)畫(huà)，讓學(xué)生觀(guān)察違規(guī)操作引起電弧和大面積停電現(xiàn)象，在潛移默化中讓學(xué)生明白道理，無(wú)需復(fù)雜的分析。

3.輸配電網(wǎng)的運(yùn)行分析

在給學(xué)生介紹本章的基本概念后，引入電力工程數(shù)字仿真軟件PSASP進(jìn)行電力元件的穩(wěn)態(tài)建模、潮流計(jì)算、短路電流計(jì)算。為了讓學(xué)生便于理解，僅選取5節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和無(wú)窮大系統(tǒng)作為演示，演示潮流計(jì)算、短路計(jì)算和暫穩(wěn)分析。通過(guò)PSASP良好的人機(jī)交互界面，曲線(xiàn)閱覽室等讓學(xué)生直觀(guān)而形象地理解實(shí)際的潮流計(jì)算和短路計(jì)算結(jié)果。當(dāng)然，演示過(guò)程中需要插入原理性的分析，通過(guò)改變?cè)?shù)、電壓水平等觀(guān)察計(jì)算結(jié)果的變化，巧妙引入電網(wǎng)運(yùn)行分析原理，避免公式的大量直接推導(dǎo)，讓學(xué)生的興趣和積極性得以提高，主動(dòng)去探索，由“教為中心”過(guò)渡到“學(xué)為中心”。

4.繼電保護(hù)和防雷保護(hù)

繼電保護(hù)在“電力工程基礎(chǔ)”這門(mén)課中主要講三段式保護(hù)。三段式保護(hù)包括動(dòng)作電流的整定、動(dòng)作時(shí)間的整定、靈敏度的校驗(yàn)等，分析起來(lái)較為復(fù)雜，而且保護(hù)之間的相互配合用語(yǔ)言來(lái)描述反而讓學(xué)生容易混淆。只能通過(guò)軟件模擬實(shí)現(xiàn)工程實(shí)際的典型三段式保護(hù)的整定和動(dòng)作案例，分析不同地點(diǎn)短路時(shí)保護(hù)的動(dòng)作與配合、不同線(xiàn)路參數(shù)和短路方式對(duì)保護(hù)靈敏度的影響。防雷保護(hù)則可以從生產(chǎn)實(shí)際中引入案例，如變電站、電廠(chǎng)等。

三、結(jié)束語(yǔ)

“電力工程基礎(chǔ)”涉及知識(shí)面較廣，重在培養(yǎng)學(xué)生在電力方面的基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)該門(mén)課程的學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生知識(shí)面，讓學(xué)生熟悉電力系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行狀況，有利于將來(lái)學(xué)生把自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用于電力系統(tǒng)。該門(mén)課程具有較強(qiáng)的理論性、系統(tǒng)性和綜合性。有些章節(jié)內(nèi)容若不引入工程案例分析，會(huì)比較抽象，不利于理解，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣。因此，本文通過(guò)對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)案例的引入，豐富課堂內(nèi)容，讓理論與實(shí)踐、教學(xué)片、動(dòng)畫(huà)、自編程序等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，旨在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)他們利用所學(xué)原理理解問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，讓老師從“說(shuō)者”變成“引者”，讓學(xué)生從“聽(tīng)者”變成“思者”。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）