典型案例在《供電工程》教學(xué)研究中的應(yīng)用

張冉

摘? 要：供電工程是電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)必修課之一，由于學(xué)生缺乏電力系統(tǒng)基本原理和現(xiàn)場設(shè)備的了解基礎(chǔ)較差，且該課程非考研科目，因此學(xué)生學(xué)習(xí)該課程知識的效率不高。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)供電工程的積極性和主動性，將電力系統(tǒng)中的電氣安全和防雷過電壓等關(guān)鍵問的的典型案例引入課程的教學(xué)中，講理論知識與現(xiàn)場實際相結(jié)合，可以提高學(xué)生掌握相關(guān)知識點的效率和積極性。

關(guān)鍵詞：案例法? 供電工程? 教學(xué)研究

中圖分類號：G71 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（c）-0159-02

《供電工程》是高等學(xué)校工科電類專業(yè)的一門專業(yè)課。課程內(nèi)容涵蓋了電氣安全、負(fù)荷計算與分級、供配電系統(tǒng)與電氣設(shè)備選擇、電氣主接線、短路電流計算、電力線路選擇、二次回路、防雷及過電壓等電力系統(tǒng)基本內(nèi)容。為了建設(shè)以航空為主要特色的高水平應(yīng)用型大學(xué)，筆者學(xué)校電氣工程學(xué)院在大三上學(xué)期開設(shè)了《供電工程》課程，共32學(xué)時，教材為機(jī)械工業(yè)出版社出版的國家十一五規(guī)劃教材《工廠供電》。由于該課程并非考研專業(yè)課，而且學(xué)生在未參加畢業(yè)實習(xí)時對電力系統(tǒng)的運行原理和現(xiàn)場設(shè)備的認(rèn)知基礎(chǔ)較差，學(xué)生普遍學(xué)習(xí)積極性不高。為此，該文將供電工程中的典型案例應(yīng)用于課程的教學(xué)過程中，通過結(jié)合現(xiàn)場實際，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。

1? 供電工程中的電氣安全案例

某座建筑物由一臺1000kVA變壓器采用TN-C-S系統(tǒng)供電，小間的移動式設(shè)備由末端配電箱供電，回路首端裝有單相In=20A斷路器，建筑物做總等電位聯(lián)結(jié)，已知截面為50mm2、6mm2、2.5mm2銅電纜每芯導(dǎo)體在短路時每公里的熱態(tài)電阻值為：0.4Ω、3Ω、8Ω。

1.1? 故障電流

故障電流是指發(fā)生相線碰外殼接地故障時的電流。該移動式設(shè)備發(fā)生相線碰外殼接地故障時，故障點阻抗、變壓器零序阻抗和電纜電抗可忽略不計的情況下分析計算回路故障電流Id。根據(jù)實際接線，可以根據(jù)對小間內(nèi)移動設(shè)備發(fā)生相線碰外殼接地故障時的電路進(jìn)行分析。因此，故障電流Id為：Id=U0/（R建筑物外相線+R建筑物內(nèi)相線+R小間內(nèi)相線+? ? ?R小間內(nèi)PE+R建筑物內(nèi)PE+R建筑物外PEN）=220/[2×（0.15×0.4+0.07×3+0.02×8）]=255.81A。該案例給出了建筑物外PEN線與相線截面相同、建筑物內(nèi)PE線與相線截面相同和小間內(nèi)PE線與相線截面相同的條件，因此計算故障回路電阻時可以乘2。

1.2 接觸電壓

接觸電壓是指發(fā)生接地故障時，人體接觸的導(dǎo)電部位與大地之間的電壓。流過人體的故障電流應(yīng)該小于安全電流30mA。假設(shè)移動設(shè)備相線碰外殼的接地故障電流為200A。在建筑物內(nèi)實施總等電位聯(lián)結(jié)MEB后，該移動設(shè)備外殼上的預(yù)期接觸電壓Ut1為小間內(nèi)PE線上的電壓降加上建筑物內(nèi)PE線上的電壓降，即Ut1=Id×R小間內(nèi)PE+Id× R建筑物內(nèi)PE=200×0.07×3+200×0.02×8=74V。采用總等電位聯(lián)結(jié)后的預(yù)期接觸電壓為故障接地點到總等電位聯(lián)結(jié)的電壓，即PE小間內(nèi)PE線上的電壓降加上建筑物內(nèi)PE線上的電壓降?？梢钥闯?，總等電位聯(lián)結(jié)對于降低預(yù)期接觸電壓有一定的效果，但是預(yù)期接觸電壓仍然大于安全電壓50V。在小間內(nèi)實施局部等電位聯(lián)結(jié)LEB后，該移動設(shè)備外殼上的預(yù)期接觸電壓Ut2僅為小間內(nèi)PE線上的電壓降，即：Ut2=Id×R小間內(nèi)PE=200×0.02×8=32V。采用局部等電位聯(lián)結(jié)后的預(yù)期接觸電壓為故障接地點到局部等電位聯(lián)結(jié)的電壓，即小間內(nèi)PE線上的電壓降。與總等電位聯(lián)結(jié)相比，減少了建筑物內(nèi)PE線上的壓降，因此也就有可能將預(yù)期接觸電壓降低到安全電壓50V以下。從該案例可以很好地說明局部等電位聯(lián)結(jié)的作用。在移動設(shè)備供電回路的首端安裝額定電流In為20A的斷路器，斷路器的瞬動電流為12In，根據(jù)《GB 50054-2011低壓配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，短路電流應(yīng)不小于1.3×12×20=312A。

2? 供電工程中的防雷和過電壓案例

對注冊電氣工某廠根據(jù)負(fù)荷發(fā)展需要，擬新建一座110/10kV變電站，用于廠區(qū)內(nèi)10kV負(fù)荷的供電，變電所基本情況如下：（1）電源取自地區(qū)110kV電網(wǎng)（無限大電源容量）;（2）主變采用兩臺容量為31.5MVA三相雙繞組自冷有載調(diào)壓變電器，戶外布置。變壓器高、低壓側(cè)均采用架空套管進(jìn)線;（3）每臺變壓器低壓側(cè)配置兩組10kV并聯(lián)電容器，每組容量2400kVA，用單星形接線，配12%干式空芯電抗器，選用無重燃的真空斷路器進(jìn)行投切;（4）110kV設(shè)備采用GIS戶外布置，10kV設(shè)備采用中置柜戶內(nèi)雙列布置;（5）變電站接地網(wǎng)水平線地極采用?20熱鍍鋅圓鋼，垂直接地極采用L50×50×5熱鍍鋅角鋼，接地網(wǎng)埋深0.8m。

2.1 直擊雷防護(hù)措施

該變電站采用獨立避雷針進(jìn)行直擊雷保護(hù)，具體要求為：（1）獨立避雷針宜設(shè)獨立的接地裝置。在非高土壤電阻率地區(qū)，其接地電阻不應(yīng)超過10Ω;（2）獨立避雷針宜設(shè)獨立的接地裝置，接地電阻難以滿足要求時，該接地裝置可與主接地網(wǎng)連接，但避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點至35kV及以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點之間，沿接地體的長度不得小于l5m;（3）獨立避雷針不應(yīng)設(shè)在人經(jīng)常通行的地方，避雷針及其接地裝置與道路或出入口等的距離不宜小于3m，否則應(yīng)采取均壓措施，或鋪設(shè)礫石或瀝青地面，也可鋪設(shè)混凝土地面。架空線路防止雷電反擊的措施，依據(jù)《交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合》DL/T 621-1997第5.1.2條c款。因雷擊架空線路避雷線、桿頂形成的作用于線路絕緣的雷電反擊過電壓，與雷擊參數(shù)、桿塔型式、高度和接地電阻有關(guān)，宜適當(dāng)選取桿塔接地電阻，減少雷電反擊過電壓的危害。

2.2 過電壓防護(hù)措施

依據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》DL/T 620-1997中第4.2.1條，范圍I（系統(tǒng)最高電壓3.6～252kV）的線路合閘和重合閘過電壓一般不超過3.0倍，通常不需要采取限制措施。依據(jù)《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》GB 50227-95第4.2.10.3條：當(dāng)需要限制電容器極間和電源側(cè)對地過電壓，且電抗率為12%及以上時，可采用避雷器與電抗器并聯(lián)和中性點避雷器的接線。

3? 結(jié)語

該文將供電工程中電氣安全、防雷過電壓等常見問題作為案例引入課堂教學(xué)，將教材的理論知識與生產(chǎn)實際問題相結(jié)合，從而使學(xué)生更透徹地理解課程相關(guān)知識點，并學(xué)會解決實際問題的能力。此外，還可以將負(fù)荷分級和計算、電氣主接線等實際案例融入課堂的教學(xué)過程中，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

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