應(yīng)用型供配電課程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與思考

曹寶文

摘? 要：針對(duì)供配電課程的培養(yǎng)目標(biāo)和在教學(xué)中存在的問題，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)設(shè)備，設(shè)計(jì)了一系列實(shí)訓(xùn)任務(wù);針對(duì)系統(tǒng)化人才培養(yǎng)的需要，提出應(yīng)用技術(shù)型教育的培養(yǎng)重點(diǎn)和立足于工程項(xiàng)目的新增實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì);針對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)提出了聯(lián)合企業(yè)共同培養(yǎng)、引入微課和仿真軟件進(jìn)行教學(xué)、注重考核環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、結(jié)合行業(yè)認(rèn)證機(jī)制等建議。

關(guān)鍵詞：供配電;實(shí)訓(xùn);系統(tǒng)化培養(yǎng);教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-3769（2018）06-100-05

供配電技術(shù)課程作為能源類專業(yè)的必修專業(yè)課程，一般在學(xué)生完成專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開設(shè)。課程的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生掌握工廠供配電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)和設(shè)計(jì)計(jì)算所需要的基本理論知識(shí)，在讀懂圖紙的基礎(chǔ)上，掌握供配電系統(tǒng)中常見一、二次設(shè)備的作用和使用方法，學(xué)會(huì)排查常見故障和問題的方法和技巧，具備解決實(shí)際工廠供電過程中一般技術(shù)問題的能力并培養(yǎng)良好的安全用電習(xí)慣。

作為為數(shù)不多的強(qiáng)電課程，供配電技術(shù)對(duì)于能源類專業(yè)學(xué)生的知識(shí)體系完整度具有十分重要的意義。但是，在實(shí)際教學(xué)過程中，由于課程的理論內(nèi)容多、知識(shí)散，學(xué)生學(xué)起來比較吃力[1]。此外，供配電課程和工廠實(shí)際結(jié)合緊密，如果教學(xué)環(huán)境脫離工廠實(shí)際環(huán)境，學(xué)生理解起來會(huì)比較片面，很難形成一個(gè)知識(shí)體系?？梢?，供配電課程的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)必不可少，實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)要盡可能貼近工廠實(shí)際，同時(shí)考慮到高壓設(shè)備的用電安全問題，在學(xué)生操作方面一定要保證操作的順序性、規(guī)范性和安全性。

一、現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)設(shè)備

目前使用的實(shí)訓(xùn)設(shè)備是一套高低壓供配電實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備，模擬10KV/0.4KV配電網(wǎng)，屬于一級(jí)降壓的供配電系統(tǒng)。其中，高壓供配電實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備由隔離開關(guān)架、計(jì)量柜和出線柜組成，低壓供配電實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備由計(jì)量柜、進(jìn)線柜、補(bǔ)償柜、出線柜和負(fù)載柜組成。整套設(shè)備模擬高低壓配電過程，但是考慮到實(shí)際安全問題，高壓側(cè)的進(jìn)線同樣是400V，變壓器變比為1：1。高壓側(cè)的隔離開關(guān)架上安裝有避雷器、跌落式熔斷器和隔離開關(guān)，計(jì)量柜主要作用是提供電壓、電流和功率的測(cè)量和顯示，出線柜的核心設(shè)備是一臺(tái)真空斷路器和一個(gè)接地開關(guān)。通過變壓器電能進(jìn)入低壓側(cè)，低壓側(cè)的計(jì)量柜主要作用是提供電壓、電流和功率的測(cè)量和顯示并安裝有漏電斷路器，進(jìn)線柜的核心設(shè)備是一臺(tái)低壓智能斷路器，補(bǔ)償柜提供八組電容器，可以通過手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，出線柜為抽屜式開關(guān)柜，分成五路為負(fù)載提供低壓電能，每個(gè)抽屜自帶隔離開關(guān)、接觸器、按鈕和指示燈，負(fù)載柜包括若干鹵鎢燈和電動(dòng)機(jī)，為整套供配電系統(tǒng)提供有功功率和無功功率，通過自動(dòng)空氣開關(guān)控制每臺(tái)用電設(shè)備的啟停。整套供配電系統(tǒng)的核心設(shè)備包括避雷器、跌落式熔斷器、隔離開關(guān)、真空斷路器、接地開關(guān)、變壓器、低壓斷路器、電容器、熔斷器、鹵鎢燈、電動(dòng)機(jī)、電壓互感器、電流互感器、無功功率補(bǔ)償控制器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電壓表、電流表、功率表、功率因數(shù)表、按鈕和指示燈等。這些核心設(shè)備可以滿足日常教學(xué)和實(shí)訓(xùn)需求。

二、現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有高低壓供配電實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備，考慮到學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程的安全性和可操作性，共設(shè)計(jì)了11個(gè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，見表1所示。

其中，主接線圖的繪制是要求學(xué)生根據(jù)已學(xué)的接線方案和本系統(tǒng)的實(shí)際配線過程，繪制出本系統(tǒng)的主接線圖并以小組方式進(jìn)行匯報(bào)和講解，同時(shí)考慮到學(xué)生對(duì)綜合知識(shí)的利用，課下會(huì)讓學(xué)生將課上討論的接線圖使用ATUO CAD軟件繪制成電子版;計(jì)算負(fù)荷的確定和導(dǎo)線截面積的計(jì)算和選擇是通過對(duì)本系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流的確定，檢查變壓器、斷路器和導(dǎo)線截面積的選擇是否符合要求;安全用電規(guī)范是要求學(xué)生了解安全用電的一般要求并掌握常見安全工器具的使用方法，同時(shí)學(xué)會(huì)觸電的緊急救護(hù)法;停送電操作要求學(xué)生可以獨(dú)立完成操作票的設(shè)計(jì)和填寫，并嚴(yán)格按照操作制度和監(jiān)護(hù)制度進(jìn)行停送電操作;無功功率補(bǔ)償需要學(xué)生通過手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式進(jìn)行功率因數(shù)的補(bǔ)償，其中手動(dòng)過程中，學(xué)生要根據(jù)負(fù)荷的實(shí)際功率因數(shù)和目標(biāo)功率因數(shù)（0.85或者0.9），通過計(jì)算確定需要投入電容器的個(gè)數(shù)，投入后觀察補(bǔ)償結(jié)果并作好記錄。自動(dòng)過程相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要設(shè)置目標(biāo)功率因數(shù)，投自動(dòng)功率因數(shù)補(bǔ)償控制器，觀察補(bǔ)償效果并作好記錄，通過手動(dòng)補(bǔ)償和自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膶?duì)比分析，讓學(xué)生學(xué)會(huì)補(bǔ)償原理和補(bǔ)償計(jì)算方法，熟悉自動(dòng)補(bǔ)償裝置的使用方法;繼電保護(hù)綜合實(shí)訓(xùn)使用一套繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行繼電器特性實(shí)驗(yàn)、過電流保護(hù)實(shí)驗(yàn)和差動(dòng)保護(hù)實(shí)驗(yàn);簡(jiǎn)單故障排查和處理需要教師設(shè)置幾個(gè)故障點(diǎn)，前提是保證上電后的使用安全，所以設(shè)置的故障點(diǎn)不能導(dǎo)致線路短路、溫度異常等威脅人身安全和設(shè)備安全，可以從接線入手，例如將低壓側(cè)的顯示儀表或者無功功率補(bǔ)償裝置的接線虛接或者錯(cuò)接，通過觀察實(shí)際現(xiàn)象，在做好安全措施的前提下，讓學(xué)生排查問題并進(jìn)行處理。

三、系統(tǒng)化人才培養(yǎng)的實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置

發(fā)展應(yīng)用技術(shù)型教育是我國進(jìn)行深化教育改革的重要舉措之一。應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的目標(biāo)定位在于培養(yǎng)工程技術(shù)型和技術(shù)技能型的復(fù)合型應(yīng)用人才[2]，它和傳統(tǒng)高職的培養(yǎng)目標(biāo)側(cè)重點(diǎn)是不同的，傳統(tǒng)高職培養(yǎng)能夠應(yīng)用較復(fù)雜的知識(shí)和技術(shù)并可以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的中高層次技術(shù)技能人才;應(yīng)用技術(shù)本科培養(yǎng)能夠綜合應(yīng)用各種知識(shí)和技術(shù)去解決實(shí)際技術(shù)問題并可以進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理等工作的高層次技術(shù)技能人才[3]。應(yīng)用技術(shù)型本科作為職業(yè)教育的本科層次，一方面需要體現(xiàn)教育的職業(yè)性，注重實(shí)踐和應(yīng)用能力的培養(yǎng);另一方面需要體現(xiàn)教育的高層次性，強(qiáng)化解決難題的能力。系統(tǒng)化人才培養(yǎng)的實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置正好體現(xiàn)了職業(yè)性和高層次性。

高職層次的培養(yǎng)重點(diǎn)在于實(shí)際操作能力，特別是高低壓供配電設(shè)備的安裝調(diào)試、運(yùn)行調(diào)節(jié)、日常維護(hù)、排故檢修的能力，這部分學(xué)生畢業(yè)后可以很快上手，成為一線出色的技術(shù)人員。所以在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)，除了完成上文中提到的各項(xiàng)實(shí)訓(xùn)任務(wù)外，還可以適當(dāng)增加設(shè)備的拆裝訓(xùn)練，只有通過拆裝訓(xùn)練，才能觀察到設(shè)備的內(nèi)部，有利于更好的理解其工作原理，同時(shí)加深對(duì)機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)和使用方法的認(rèn)識(shí)。供拆裝的設(shè)備可以使用學(xué)校變電站損壞或者退役下來的設(shè)備和零件[4]，也可以采購一些備品備件用于實(shí)驗(yàn)。

應(yīng)用技術(shù)型本科層次的培養(yǎng)重點(diǎn)在于對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)問題的實(shí)際解決和對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的組織管理，這些也是一線技術(shù)人員的發(fā)展方向。供配電課程的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)該立足于工程項(xiàng)目，從繪圖識(shí)圖、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等多個(gè)方面進(jìn)行知識(shí)擴(kuò)充和綜合訓(xùn)練，通過綜合性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的訓(xùn)練能讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)工程環(huán)境，能循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制、維護(hù)、管理等工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新能力[5]，例如以某工廠為例，向?qū)W生提供工廠總體布局圖、當(dāng)?shù)毓╇姉l件和各車間負(fù)荷用電一覽表（包括設(shè)備名稱、型號(hào)、容量和備注），做供配電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)[6]。啟發(fā)學(xué)生根據(jù)情景進(jìn)行思考和討論，有哪些負(fù)荷需要統(tǒng)計(jì)和計(jì)算？它們?nèi)绾畏纸M？配電站建立在工廠哪個(gè)位置？主接線如何設(shè)計(jì)？變壓器和高低壓開關(guān)如何選擇？電纜如何選擇？防雷接地如何實(shí)施？施工過程需要注意什么？使學(xué)生從工程設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用的角度去思索和理解課程內(nèi)容[7]，將枯燥死板的理論知識(shí)用到實(shí)際中去，通過查詢工程資料，掌握供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟和工程規(guī)范。學(xué)生可以在原有實(shí)訓(xùn)任務(wù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合綜合課程設(shè)計(jì)，增加新的訓(xùn)練項(xiàng)目，見表2所示。訓(xùn)練項(xiàng)目需要以學(xué)生為主，教師主要是對(duì)設(shè)計(jì)方向和進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考并對(duì)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不規(guī)范的地方進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生的設(shè)計(jì)必須完全符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)計(jì)結(jié)果的圖紙嚴(yán)格按行業(yè)電氣圖標(biāo)準(zhǔn)畫法繪制，與實(shí)際工程的設(shè)計(jì)、施工并軌[8-9]，最后對(duì)提交的說明書、計(jì)算書、計(jì)劃書和圖紙等材料進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評(píng)，讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)從技術(shù)規(guī)范和經(jīng)濟(jì)角度論證所設(shè)計(jì)方案的可行性[10]。此外，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析和討論，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維和創(chuàng)新能力[11]。

四、對(duì)于實(shí)訓(xùn)教學(xué)的思考與建議

1.聯(lián)合企業(yè)，共同培養(yǎng)

實(shí)訓(xùn)設(shè)備模擬的再逼真也無法取代真實(shí)的工廠環(huán)境，所以如果可以將教學(xué)環(huán)境搬到企業(yè)的配電室，讓學(xué)生感受生產(chǎn)環(huán)境，體會(huì)不同工種的分工協(xié)作，教學(xué)效果會(huì)更上一個(gè)臺(tái)階。所以應(yīng)該盡可能的聯(lián)合企業(yè)，通過實(shí)習(xí)、參觀、交流等方式共同培養(yǎng)學(xué)生。

目前針對(duì)供配電課程的合作企業(yè)是一家國有供水企業(yè)。下屬的泵站擁有6臺(tái)高壓水泵及相關(guān)控制系統(tǒng)、計(jì)量?jī)x表系統(tǒng)、2臺(tái)主變壓器、高壓開關(guān)柜組、低壓配電系統(tǒng)、6臺(tái)變頻器等核心設(shè)備，非常適合進(jìn)行供配電現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。通過參觀學(xué)習(xí)，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到不同部門的主要職責(zé)，熟悉運(yùn)行部門和檢修部門的日常工作，對(duì)主要核心設(shè)備有了更加深刻的認(rèn)知。教師可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)搜集很多教學(xué)案例（包括文字和圖片）作為大家學(xué)習(xí)和探討的原始資料，特別是從檢修部門搜集來的排故和檢修過程可以作為綜合知識(shí)學(xué)習(xí)和演練的素材。通過一系列教學(xué)案例的搜集（見表3所示），可以大大豐富課堂教學(xué)，學(xué)生理解起來也更加直觀，提高了學(xué)習(xí)積極性。

2.引入微課和仿真軟件進(jìn)行教學(xué)

學(xué)生到真實(shí)的工廠或者配電站進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)是十分有效的學(xué)習(xí)方式，但是很難滿足所有學(xué)生對(duì)每個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)的需求，工廠生產(chǎn)過程不會(huì)完全按照教學(xué)進(jìn)度去執(zhí)行。所以針對(duì)這種情況，教師可以將重要的教學(xué)環(huán)節(jié)做成微課，既可以反復(fù)使用又可以作為現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的補(bǔ)充，豐富了教學(xué)資源，使教學(xué)設(shè)計(jì)更加靈活。微課的選題可以是上文提到的搜集起來的教學(xué)案例，也可以是從互聯(lián)網(wǎng)上搜集來的視頻案例，例如工程現(xiàn)場(chǎng)的誤操作事故案例，這些都可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[12]。

當(dāng)前應(yīng)用型高等教育的基本要求是與工程實(shí)際接軌，應(yīng)該立足于將實(shí)際工程與情景教育平臺(tái)互相融合，形成教育與生產(chǎn)實(shí)踐密切結(jié)合[13]。仿真軟件可以模擬出真實(shí)的情境，學(xué)生在生動(dòng)形象的情境下進(jìn)行探究和學(xué)習(xí)，有利于提高學(xué)習(xí)興趣，真實(shí)的體驗(yàn)在實(shí)際工作中進(jìn)行操作的感覺。目前使用的仿真軟件如圖1所示，該系統(tǒng)模擬演示了220KV變電站主接線運(yùn)行系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、遙控開關(guān)、操作票管理、歷史記錄、報(bào)警管理等功能。

3.注重考核環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

考核環(huán)節(jié)不僅可以反映課程內(nèi)容的重點(diǎn)，而且可以體現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)[14]，在設(shè)計(jì)時(shí)要將學(xué)生學(xué)到的知識(shí)和技能充分發(fā)揮出來，同時(shí)需要考慮到各個(gè)環(huán)節(jié)的占比和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

考核內(nèi)容可以分成三個(gè)環(huán)節(jié)：基本理論知識(shí)測(cè)試、實(shí)訓(xùn)任務(wù)完成情況和工程設(shè)計(jì)方案。其中，基本理論知識(shí)測(cè)試采用筆試答卷的形式進(jìn)行，將實(shí)操和工程計(jì)算難以囊括的內(nèi)容設(shè)計(jì)成試卷形式，考核學(xué)生的理論知識(shí)的扎實(shí)程度;實(shí)訓(xùn)任務(wù)完成情況是將表1中的實(shí)訓(xùn)任務(wù)挑選幾個(gè)出來進(jìn)行抽簽，學(xué)生再次完成抽到的實(shí)訓(xùn)任務(wù)并進(jìn)行論述和匯報(bào)，這樣可以有效提高學(xué)生平如做實(shí)訓(xùn)任務(wù)的積極性和專注度;工程設(shè)計(jì)方案是攥寫設(shè)計(jì)說明書（包括負(fù)荷計(jì)算、短路電流計(jì)算、導(dǎo)線截面積的選擇、設(shè)備容量和型號(hào)的選擇、主接線設(shè)計(jì)等），教師在提供題目、要求、數(shù)據(jù)和一些基本指導(dǎo)性文件的基礎(chǔ)上，要鼓勵(lì)學(xué)生查詢最新的網(wǎng)絡(luò)資料和技術(shù)手冊(cè)等作為參考。

4.結(jié)合行業(yè)認(rèn)證機(jī)制

基于學(xué)生長(zhǎng)期職業(yè)生涯發(fā)展的考慮，實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)可以結(jié)合含金量較高的行業(yè)認(rèn)證，例如國家注冊(cè)電氣工程師。國家對(duì)從事電氣專業(yè)工程設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)人員實(shí)行執(zhí)業(yè)資格注冊(cè)管理制度，此類考試對(duì)于考生的綜合知識(shí)和實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和能力都有較高的要求。供配電技術(shù)作為其中一個(gè)比較重要的考查模塊，經(jīng)常從電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、負(fù)荷和電流的計(jì)算、導(dǎo)線和設(shè)備的選擇、電氣主接線、電氣設(shè)備布置、防雷接地、繼電保護(hù)、電氣安全等方面出題。所以可以參考注冊(cè)電氣工程師職業(yè)資格考試的考試大綱，有側(cè)重的為學(xué)生選擇合適的實(shí)訓(xùn)練習(xí)。

供配電課程以其理論知識(shí)內(nèi)容多、難度大，與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合等為特點(diǎn)，急需進(jìn)行課程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的有效設(shè)計(jì)。本文結(jié)合現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)條件，充分考慮安全因素，對(duì)學(xué)生進(jìn)行了一系列實(shí)訓(xùn)任務(wù)的訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果得到了明顯的提升。學(xué)生不再枯燥的記憶大量的理論知識(shí)，而是針對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備分階段進(jìn)行計(jì)算和操作。針對(duì)應(yīng)用技術(shù)型本科教育層次設(shè)計(jì)了綜合工程項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生綜合知識(shí)的應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)問題的解決和整體項(xiàng)目的統(tǒng)籌規(guī)劃形成了系統(tǒng)性提高。此外，將校企聯(lián)合培養(yǎng)、微課資源、仿真軟件和行業(yè)認(rèn)證資源全部整合到一起，通過合理有效的考核機(jī)制，建立一整套供配電課程教學(xué)改革的建設(shè)思路和舉措。

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Design and Thoughts on the Training Session of Application-oriented Power Supply and Distribution Courses

CAO Bao-wen

（Tianjin Sino-German University of Applied Sciences， Tianjin 300350， China）

Abstract： Aiming at the training objectives and existing problems of power supply and distribution courses， a series of training tasks are designed with the use of the existing training equipment. For the needs of systematic cultivation， the article puts forward the focus of applied technology education and new experimental session design based on the project， and also gives suggestions， including the joint personnel training with enterprises， the introduction of micro-course and simulation teaching software， the emphasis on the assessment design， and the combination with industry certification mechanism.

Key Words：? Power Supply and Distribution; Training; Systematic Cultivation; Teaching Design