輸變電工程典型化設(shè)計(jì)在電氣工程教學(xué)中的應(yīng)用

張義輝

摘要：本文通過“供配電技術(shù)”課程體系中的案例教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)三個(gè)層次，研究了國家電網(wǎng)輸變電工程典型化設(shè)計(jì)在電氣工程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用。為我校應(yīng)用型本科教學(xué)體系和教學(xué)特色的形成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：輸變電工程；典型設(shè)計(jì)；供配電技術(shù)；電氣工程

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）05-0104-02

一、供配電技術(shù)課程體系的現(xiàn)狀

電氣工程專業(yè)是一個(gè)新老結(jié)合的專業(yè)，而“供配電技術(shù)”相關(guān)的課程體系，也是一些新老結(jié)合的課程，“老”體現(xiàn)在，基本方法和理論比較成熟，沒有特別的難點(diǎn)；“新”體現(xiàn)在，輸配電及相關(guān)技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，新技術(shù)、新裝備、新材料、新標(biāo)準(zhǔn)、新手段日新月異、層出不窮。相關(guān)的教學(xué)一定要跟上技術(shù)不斷發(fā)展的需要。澳大利亞大學(xué)在教學(xué)中對新技術(shù)、新知識、新規(guī)范引入到教學(xué)中，并取得了非常顯著的效果，得到社會的高度認(rèn)可[1]。

“供配電技術(shù)”這門課程及其后續(xù)的供配電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)以及相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)就是研究電力的分配和供應(yīng)的問題，從課程體系來看，主要包括發(fā)電、輸電、配電和用電四個(gè)方面技術(shù)，內(nèi)容十分豐富。不僅涉及理論分析和計(jì)算，更與工程實(shí)際結(jié)合緊密，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)更是必須遵循相關(guān)的國家設(shè)計(jì)規(guī)范。電氣設(shè)備的選型還應(yīng)考慮生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品類型和技術(shù)更新，方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)運(yùn)行管理應(yīng)考慮國家節(jié)能優(yōu)化政策等。國外麻省理工學(xué)院等知名大學(xué)在教學(xué)中非常重視將國家設(shè)計(jì)規(guī)范引入到課堂教學(xué)中[2]。因此，本課程教學(xué)應(yīng)注意理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練。

除了理論課和課程設(shè)計(jì)，供配電相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)在我校電氣工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中占有相當(dāng)大的比例。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我校供配電設(shè)計(jì)類型的畢業(yè)設(shè)計(jì)占到了整個(gè)電氣工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的20%-25%左右。這就帶來了一個(gè)難題，前有課程設(shè)計(jì)，后有畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生拿著似曾相識的題目，調(diào)動不起積極性。如何界定二者之間的關(guān)系，沒有一個(gè)統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的說法。再加上設(shè)計(jì)內(nèi)容脫離實(shí)際，設(shè)計(jì)手段多年不變，不能反映供配電設(shè)計(jì)的最新成果和最新標(biāo)準(zhǔn)，從而使現(xiàn)階段的供配電系統(tǒng)相關(guān)的課程體系無法達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)效果。因此，改革“供配電技術(shù)”相關(guān)課程體系必須追蹤近年來供配電行業(yè)的新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)和新規(guī)范，建立與之相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法。

二、國網(wǎng)公司配電工程典型設(shè)計(jì)方案

國網(wǎng)公司典設(shè)方案分為配電工程、線路工程和電纜工程三個(gè)部分。本文以配電工程為重點(diǎn)探討其在電氣工程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用。配電工程的主要內(nèi)容是變配電所的典型設(shè)計(jì)。2005年開始，國家電網(wǎng)公司先后發(fā)布了《國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)[3]》，主要包括：10KV配電分冊、35KV變電站分冊、110KV變電站分冊、220KV變電站分冊等。

10KV配電分冊主要包括10KV開關(guān)站典型設(shè)計(jì)、10KV環(huán)網(wǎng)單元典型設(shè)計(jì)、10KV配電室典型設(shè)計(jì)、10KV箱式變電站典型設(shè)計(jì)等。對于一般的中小型工廠或住宅小區(qū)供電，一般采用配電室或者箱式變壓器居多。比如，10KV配電室典型設(shè)計(jì)總共包括9個(gè)方案，10KV高壓側(cè)采用單母線或者單母線分段，進(jìn)線1-4回，出線1-6回。變壓器采用油浸式或者干式，容量選擇630或者800MVA。

35KV變電站分冊主要包括戶內(nèi)變電站和箱式變電站兩大部分。戶內(nèi)變電站又包括A1-A5、B1-B5共10個(gè)方案；箱式變電站包括D1-D3共三個(gè)方案。以A方案為例，變壓器可選擇5MVA、10MVA和16MVA，一臺或兩臺。35KV進(jìn)線1-4回，10KV出線4-12回。電氣主接線35KV可選擇線路變壓器組、內(nèi)橋、單母線或單母線分段，10KV可選擇單母線或單母線分段。布置方式可選擇全戶外，35KV和主變壓器戶外、10KV戶內(nèi)等方式。一般的中型企業(yè)采用35KV變電站供電。

110KV變電站分冊包括戶外站A1-A6，戶內(nèi)站B1-B6和半地下站C1-C2三個(gè)部分。變壓器容量31.5MVA、40MVA和50MVA；可選擇三繞組110KV、35KV和10KV，也可選擇兩繞組110KV和10KV。主接線形式：高壓側(cè)可采用線路變壓器組、內(nèi)橋和單母線分段；中壓側(cè)和低壓側(cè)一般采用單母線分段。戶外站110KV配電裝置一般采用戶外布置，35和10KV采用戶內(nèi)布置。戶內(nèi)站110kV配電裝置采用戶內(nèi)GIS開關(guān)，10KV也采用戶內(nèi)布置。主變壓器可選擇戶內(nèi)或者戶外布置。大型的冶金、石油等企業(yè)總降壓變電站一般采用110KV供電。

三、典型設(shè)計(jì)方案在電氣工程教學(xué)中的應(yīng)用

我校的電氣工程專業(yè)方向包括供配電和發(fā)輸變電方向，選擇變電站設(shè)計(jì)作為專業(yè)教育的突破口，在教學(xué)內(nèi)容中主要考慮要將輸變電工程的新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。這需要建設(shè)一批典型的案例知識庫，采用案例教學(xué)的方式，讓學(xué)生在案例的設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)中體會具體知識的應(yīng)用，這是第一個(gè)層次。典型設(shè)計(jì)方案實(shí)際就是由很多案例組成。在實(shí)際運(yùn)用中，我們整理了10KV配電分冊中10KV配電室典型設(shè)計(jì)為例，選擇其中的2-3個(gè)方案，給出具體的數(shù)據(jù)，再結(jié)合電氣部分設(shè)計(jì)的主要教學(xué)內(nèi)容，計(jì)算負(fù)荷，選擇主變，確定主接線，計(jì)算短路電流，選擇設(shè)備等等。

第二個(gè)層次，在課程設(shè)計(jì)上要需要建立一批與實(shí)際工程緊密結(jié)合的課程設(shè)計(jì)庫，改變原有課程設(shè)計(jì)脫離實(shí)際、捏造數(shù)據(jù)，學(xué)生互相抄襲的現(xiàn)象，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。課程設(shè)計(jì)是對課程學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性總結(jié)，有了案例教學(xué)的例子，再進(jìn)行一定的擴(kuò)充和加深，就可以作為課程設(shè)計(jì)。通過走訪調(diào)研工礦企業(yè)、電力局和電力設(shè)計(jì)院，收集大量的實(shí)際現(xiàn)場數(shù)據(jù)，課程設(shè)計(jì)一般選擇35KV工廠總降壓變電站，也可選擇相對復(fù)雜的10KV變電站。在設(shè)計(jì)內(nèi)容上，課程設(shè)計(jì)包括工程計(jì)算書和設(shè)計(jì)圖紙兩部分。除了常規(guī)的教學(xué)內(nèi)容，還可以加入繼電保護(hù)的整定，防雷接地設(shè)計(jì)等。課程設(shè)計(jì)除了考察學(xué)生相應(yīng)的計(jì)算能力，還要求學(xué)生能夠根據(jù)不同的計(jì)算結(jié)果和不同的設(shè)計(jì)規(guī)模，選擇相應(yīng)的典設(shè)方案，并且根據(jù)典設(shè)方案的各個(gè)子模塊具體化。比如按要求確定主接線方案、確定主接線的具體設(shè)備，確定主變壓器、無功補(bǔ)償裝置的型號，確定站用變壓器型號，確定導(dǎo)體和主要電氣設(shè)備型號及依據(jù)等等。課程設(shè)計(jì)的圖紙要求包括：工廠總平面圖、變電站平面圖，裝置式主接線圖等。為了避免學(xué)生相互抄襲，盡量要求學(xué)生的原始數(shù)據(jù)不完全相同，設(shè)計(jì)方案也不完全相同。成績評定包括平時(shí)成績，設(shè)計(jì)答辯和設(shè)計(jì)報(bào)告三部分。設(shè)計(jì)答辯要求學(xué)生見解本方案的獨(dú)到見解并由老師提問設(shè)計(jì)的相關(guān)過程，然后根據(jù)三部分的綜合評定確定學(xué)生最終的成績。

第三個(gè)層次，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)劃上需要參考相關(guān)供配電工程設(shè)計(jì)的規(guī)范和國家電網(wǎng)公司關(guān)于輸變電工程的典型設(shè)計(jì)方案，理清實(shí)際工程設(shè)計(jì)和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)系，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)出有工程實(shí)際背景的論文和方案。

畢業(yè)設(shè)計(jì)一般一人一題，宜采用110KV變電站或者220KV變電站為設(shè)計(jì)對象，除了以上常規(guī)的一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，還宜將絕緣配合及防止過電壓措施，避雷器選型及其配置情況，站用電及照明，部分二次回路比如計(jì)算機(jī)監(jiān)控、保護(hù)及自動裝置選擇、計(jì)量裝置選型及配置、直流系統(tǒng)等納入畢業(yè)設(shè)計(jì)，避免以往重一次、輕二次的情況發(fā)生。相應(yīng)的圖紙要求包括：工廠總平面圖、變電站平面圖、裝置式主接線圖、防雷接地圖、站用電接線圖、直流系統(tǒng)圖、主要微機(jī)保護(hù)二次圖等等?？梢钥闯?，畢業(yè)設(shè)計(jì)是課程設(shè)計(jì)的延伸和進(jìn)一步深化，而不是簡單地重復(fù)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

四、總結(jié)

本文將輸配電工程行業(yè)中廣泛應(yīng)用的典型化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化思想作為課程及實(shí)踐教學(xué)的主要原則，在實(shí)踐教學(xué)的硬件環(huán)境上面向企業(yè)的工程應(yīng)用。在廣泛討論和調(diào)研和收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立起符合我校電氣工程專業(yè)“供配電技術(shù)”課程體系案例庫及相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫，畢業(yè)設(shè)計(jì)方案庫，為教學(xué)體系和教學(xué)特色的形成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Hobson，Eric. Electrical Power Engineering Education in an Australian College of Advanced Education，IEEE Transactions on Education. 20-7，Volume：15 Issue：4.

[2]Martinez，F(xiàn).；Dept. of Electron.，Univ. of Valladolid，Valladolid，Spain；Herrero，L.C.；de Pablo，S.Project-Based Learning and Rubrics in the Teaching of Power Supplies and Photovoltaic Electricity，IEEE Transactions on Education. 2011，Volume：54 Issue：1.

[3]劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)[M].北京：中國電力出版社.2005.