基于國(guó)標(biāo)的規(guī)范化教學(xué)實(shí)踐
——著力培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)

（山東菏澤職業(yè)學(xué)院 山東菏澤 274000）

菏澤職業(yè)學(xué)院新能源應(yīng)用技術(shù)系，第一專業(yè)是光伏發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用，屬于發(fā)電工程類專業(yè)，培養(yǎng)目標(biāo)是“高素質(zhì)的新能源發(fā)電工程類技術(shù)技能型人才”，畢業(yè)生以后主要從事電力工程方面的職業(yè)，應(yīng)當(dāng)具有相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)和基本技能，而培養(yǎng)“認(rèn)真、細(xì)致、專業(yè)、規(guī)范”的專業(yè)素質(zhì)更加重要，把提升職業(yè)素養(yǎng)貫通于教學(xué)過(guò)程之中方便而有效。[1]

一、概念要強(qiáng)調(diào)，定義須嚴(yán)格

《供配電技術(shù)》是繼《電工電子技術(shù)》、《電力電子技術(shù)》之后的專業(yè)主干課程，學(xué)習(xí)目的是掌握供配電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備及其功能，初步掌握負(fù)荷計(jì)算、短路計(jì)算、線纜選擇方法，了解電能質(zhì)量及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。課程內(nèi)容涉及眾多的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)規(guī)范，從概念和術(shù)語(yǔ)到原理和方法都能對(duì)應(yīng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)（或設(shè)計(jì)手冊(cè)），為了科學(xué)、規(guī)范的學(xué)習(xí)有必要正本求源，把國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)融入教學(xué)過(guò)程。

GB/T156-2007《標(biāo)準(zhǔn)電壓》是學(xué)習(xí)本課程的基本標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電壓給以明確規(guī)定，在術(shù)語(yǔ)和定義中“標(biāo)稱電壓”敘述為”用以標(biāo)志或識(shí)別系統(tǒng)電壓的給定值”，如標(biāo)稱電壓1000V以內(nèi)三相三/四線交流系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電壓是220/380v、380/660v、1000v三個(gè)電壓等級(jí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)值分別是相電壓及線電壓有效值，單一數(shù)值指的是系統(tǒng)線電壓。[2]

GB/T2900.50-2008《電工術(shù)語(yǔ) 發(fā)電 輸電及配電通用術(shù)語(yǔ)》中，“電壓等級(jí)”敘述為“在電力系統(tǒng)中使用的標(biāo)稱電壓值系列”；本標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充術(shù)語(yǔ)中關(guān)于“高壓”明確定義為：“電力系統(tǒng)中高于1kV、低于330kV的交流電壓等級(jí)”。

GB/T156-2007《標(biāo)準(zhǔn)電壓》在電壓1-35kV區(qū)段，交流三相系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電壓為：系統(tǒng)標(biāo)稱電壓為3、6、10、20、35kV，對(duì)應(yīng)設(shè)備最高電壓分別為：3.6、7.2、12、24、40.5五個(gè)等級(jí)；關(guān)于設(shè)備最高電壓，標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中也有表述，供電設(shè)備的最高電壓是用以表示“絕緣及其他特性”，設(shè)備的最高電壓就是該設(shè)備可以應(yīng)用的“系統(tǒng)最高電壓”的最大值，“系統(tǒng)最高電壓”定義為：“在正常運(yùn)行條件下，在系統(tǒng)的任何時(shí)間和任何點(diǎn)上出現(xiàn)的電壓的最高值，不包括瞬變電壓，比如，由于系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)操作及暫態(tài)的電壓波動(dòng)所出現(xiàn)的電壓值?！倍鴩?guó)標(biāo)GB/T12325《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》，對(duì)10kV系統(tǒng)供電電壓偏差限值為±7%，這就意味著設(shè)備絕緣能力相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)是有富裕的。[3]

并且，城市配電的10kV電壓網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)架空線路或者地下電纜深入到各負(fù)荷集中區(qū)域，學(xué)生經(jīng)常都能看見(jiàn)，有充分的感性認(rèn)識(shí)；另外學(xué)生在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)時(shí)，曾經(jīng)對(duì)山東的農(nóng)光互補(bǔ)示范項(xiàng)目-“合者光伏電站”有初步了解，它們屬于MW級(jí)中型光伏發(fā)電站，并網(wǎng)電壓就是35kV。

實(shí)際上，GB/T19939-2005《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》中，對(duì)電網(wǎng)的定義是：“輸電、配電的各種裝置和設(shè)備、變電站、電力線路或電纜的組合。他把分布在廣闊地域內(nèi)的發(fā)電廠和用戶聯(lián)結(jié)成為一個(gè)整體，把集中生產(chǎn)的電能配送到眾多個(gè)分散的電能用戶。---這里特別指電力變壓器二次側(cè)的輸電網(wǎng)絡(luò)。”相對(duì)而言，在GB/T2900.50-2008《電工術(shù)語(yǔ) 發(fā)電 輸電及配電通用術(shù)語(yǔ)》中電力網(wǎng)定義為“輸電、配電的各種裝置和設(shè)備、變電站、電力線路或電纜的組合。”顯得比較單薄。然而，后者關(guān)于電力系統(tǒng)的定義比較全面:“發(fā)電”是“將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程”，“輸電”是“從發(fā)電站向用電地區(qū)輸送電能”，“變電”是“通過(guò)電力變壓器的電能傳遞”，“配電”是“在一個(gè)用電區(qū)域內(nèi)向用戶供電”。

再結(jié)合教材把電力系統(tǒng)概括為“發(fā)、輸、變、配、用”五個(gè)字，內(nèi)容就更加豐富，并且“供配電”三個(gè)字的理解也明朗起來(lái)，可以理解為“電網(wǎng)屬于大供電系統(tǒng)，配電屬于小范圍供電”。[4]

二、電能重質(zhì)量，供電有標(biāo)準(zhǔn)

供電質(zhì)量包括電能質(zhì)量和供電可靠性，電能質(zhì)量國(guó)家有標(biāo)準(zhǔn)，分別是：1.GB/T12325《供電電壓偏差》；2.GB/T12326《電壓波動(dòng)和閃變》；3.GB/T《電網(wǎng)諧波》4.GB/T15543《三相電壓不平衡》；5.GB/T15945《系統(tǒng)頻率偏差》；6.GB/T18481《過(guò)電壓》。其中，電壓偏差（偏差相對(duì)標(biāo)稱電壓百分比）對(duì)不同的電壓等級(jí)有限值，35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過(guò)標(biāo)稱電壓的10%，20kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的±7%，220V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的+7%和-10%，并且指出：“對(duì)供電點(diǎn)短路容量比較小，供電距離比較長(zhǎng)的用戶，由供、用雙方協(xié)議確定”。[5]

Ⅱ類海風(fēng)鋒7次個(gè)例的合成垂直速度場(chǎng)(圖10),平行于海岸線,海風(fēng)鋒前的近岸為上升運(yùn)動(dòng)區(qū),鋒后的海上為下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)域。沿海垂直上升區(qū)域的帶狀特征較Ⅰ類海風(fēng)鋒更為明顯,海州灣和長(zhǎng)江口仍然為兩個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心,沿海上升運(yùn)動(dòng)區(qū)大部分達(dá)到了0.02 Pa·s-1以上。幾個(gè)中心則更強(qiáng)。

這里“供電點(diǎn)短路容量”，在GB/T156-2007《標(biāo)準(zhǔn)電壓》中：“供電點(diǎn)”是指“供電部門配電系統(tǒng)與用戶系統(tǒng)的電氣聯(lián)結(jié)點(diǎn)”，短路容量在GB/T2900.50-2008《電工術(shù)語(yǔ) 發(fā)電 輸電及配電通用術(shù)語(yǔ)》中定義為：“在系統(tǒng)一點(diǎn)上的短路電流與約定電壓（通常指運(yùn)行電壓）之乘積”。關(guān)于“運(yùn)行電壓”，本標(biāo)準(zhǔn)中定義為“正常情況下，系統(tǒng)的指定點(diǎn)在指定時(shí)刻的電壓值?！?/p>

在GB/T19939-2005《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》中，關(guān)于電能質(zhì)量表述為：“光伏系統(tǒng)向當(dāng)?shù)亟涣髫?fù)載提供電能和向電網(wǎng)發(fā)送電能的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)受控，在電壓偏差、頻率、諧波和功率因數(shù)方面應(yīng)當(dāng)滿足實(shí)用要求并且符合標(biāo)準(zhǔn)。出現(xiàn)偏離標(biāo)準(zhǔn)的越限狀況，系統(tǒng)應(yīng)能檢查到這些偏差并且將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)安全斷開(kāi)?！蓖瑫r(shí)指出：除非另有要求，應(yīng)當(dāng)保證在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)電網(wǎng)接口處可以測(cè)量到所有電能質(zhì)量參數(shù)（電壓、頻率、諧波等等）。

在《JG16民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范---2008》中，明確指出：“當(dāng)供電電壓為35kV時(shí)，用電單位的一級(jí)配電電壓宜采用10kV，；低壓配電電壓應(yīng)當(dāng)采用220/380V?！倍遥鞔_指出：電動(dòng)機(jī)、照明及無(wú)特殊要求的用電設(shè)備，電壓偏差均可以符合±5%的要求。這里顯然與《電壓偏差》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有區(qū)別，這方面的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)電力線路的線纜選擇提供了計(jì)算依據(jù)，尤其是低壓線纜的計(jì)算，在實(shí)際的生活環(huán)境中，更具有指導(dǎo)價(jià)值。

電能質(zhì)量之“電壓波動(dòng)”，在GB/T12326《電壓波動(dòng)和閃變》中，定義為：“電壓方均根值（有效值）一系列的變動(dòng)或者連續(xù)的改變?！?/p>

引起電壓變動(dòng)的“波動(dòng)負(fù)荷”定義為“生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中周期性或者非周期性地從供電網(wǎng)絡(luò)中取用變動(dòng)過(guò)來(lái)的負(fù)荷。例如：煉鋼電弧爐、電弧焊機(jī)等等”，“電壓變動(dòng)”的定義是“電壓有效值曲線上相鄰兩個(gè)極值之差，以系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)表示?！币话阌?jì)算用“d（%）”標(biāo)記。

公式中：

ΔU---電壓方均根值曲線上相鄰兩個(gè)極值電壓之差；

UN---系統(tǒng)標(biāo)稱電壓

標(biāo)準(zhǔn)列出了電壓波動(dòng)的限值，如：低中壓系統(tǒng)（≤1kV，1kV-35kV），變動(dòng)頻度1000次/h及以內(nèi)，規(guī)定的電壓變動(dòng)值d（%）是1.25。

同時(shí)，對(duì)于電壓變動(dòng)的計(jì)算給出幾種方便的公式，比如：當(dāng)已知三相負(fù)荷的有功功率和無(wú)功功率的變化量分別為ΔPi和ΔQi時(shí)，可以用下式計(jì)算

公式中：RL和XL分別是電網(wǎng)阻抗的電阻和電感分量

這里提到了“有功功率和無(wú)功功率”，在GB/T2900.50-2008《電工術(shù)語(yǔ) 發(fā)電 輸電及配電通用術(shù)語(yǔ)》中，有明確的定義：

有功電能是指“可以轉(zhuǎn)換為某種其他形式能量的電能?！?/p>

無(wú)功電能是指“在交流系統(tǒng)內(nèi)，與電力系統(tǒng)和其所接設(shè)備的運(yùn)行有關(guān)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間連續(xù)交換的電能。”

三、短路需計(jì)算，手冊(cè)來(lái)相見(jiàn)

《供配電技術(shù)》中有專門一章短路電流的內(nèi)容，重點(diǎn)是短路的概念及對(duì)稱三相短路的電流計(jì)算，短路電流計(jì)算的目的是對(duì)系統(tǒng)線纜的力/熱效應(yīng)進(jìn)行效驗(yàn)，對(duì)電氣設(shè)備的動(dòng)/熱穩(wěn)定性進(jìn)行效驗(yàn)，以及選擇和整定保護(hù)裝置，確定主接線方案等等。

短路電流計(jì)算內(nèi)容重要并且復(fù)雜，有一定的理論性，對(duì)高職學(xué)生難度不小。因此，把短路有關(guān)的概念搞清楚，把計(jì)算應(yīng)用的理念和方法弄明白，然后以案例教學(xué)方法為主線，配合任務(wù)教學(xué)手段，達(dá)到初步掌握短路電流計(jì)算的目的。短路電流計(jì)算以在“無(wú)窮大系統(tǒng)”模型下展開(kāi)，把對(duì)稱三相電路簡(jiǎn)化為單相電路來(lái)處理?！岸搪贰痹贕B/T15544.1-2013《三相交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算 第一部分》中定義為：“兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電部分之間意外或有意的導(dǎo)電通路，使得這些導(dǎo)電部分之間的電位差等于或接近于零。”“對(duì)稱短路”在《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè).第三版》（以下簡(jiǎn)稱手冊(cè)）明確定義為“電力系統(tǒng)為對(duì)稱的三相系統(tǒng)，并假設(shè)三相短路是同時(shí)產(chǎn)生的?！?/p>

關(guān)于三相交流系統(tǒng)的短路包括對(duì)稱短路（也稱為三相短路）和不對(duì)稱短路，不對(duì)稱短路分為兩相短路和單相短路（包括單相接地故障），《手冊(cè)》中在基本概念部分明確指出：通常，三相短路電流最大，當(dāng)電流點(diǎn)發(fā)生在發(fā)電機(jī)附近時(shí)，兩相短路電流大于三相短路電流；當(dāng)短路點(diǎn)靠近中性點(diǎn)接地的變壓器時(shí)，單相短路電流也有可能大于三相短路電流。

GB/T15544.1-2013《三相交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算 第一部分》中，明確指出：短路點(diǎn)的等效電壓源法，是一種簡(jiǎn)潔實(shí)用的短路電流計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果一般情況下具有可以接受的精度。并且同時(shí)明確了適用于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓范圍是500kV內(nèi)（50/60Hz）。國(guó)標(biāo)中“等效電壓源”定義為“”，是為計(jì)算正序系統(tǒng)短路電流，而加于短路電路的理想電壓源，這個(gè)等效電壓源是唯一的有源電壓。

等效電壓源定義中，Un是系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，c稱為電壓系數(shù)，它跟短路點(diǎn)的位置等有關(guān)，它的取值有專門的表格。比如在允許電壓偏差為±6%的380/400V低壓系統(tǒng)取值是1.05，也就是教材中的計(jì)算電壓Uc，可以理解為短路點(diǎn)所在線路的最高電壓或首端電壓。

綜上所述，為了提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)及學(xué)習(xí)能力，將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)引入到教學(xué)情景中是有必要的，一方面可以達(dá)到概念要嚴(yán)格定義，既科學(xué)又規(guī)范，避免了因?yàn)榻滩木帉?xiě)質(zhì)量造成的影響；另外，樹(shù)立電能的質(zhì)量意識(shí)，發(fā)電用電有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的規(guī)范，配電也是需要設(shè)計(jì)，否則電能質(zhì)量就得不到保證，電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行就得不到保障。其實(shí)，任何有目的的工作都需要科學(xué)規(guī)劃、合理布置、優(yōu)化運(yùn)行，認(rèn)真細(xì)致規(guī)范的作風(fēng)必須從學(xué)生抓起，從實(shí)際課程教學(xué)做起，在教育教學(xué)活動(dòng)中融入標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范意識(shí)，唯有如此才能達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)人才的要求。