主動適應行業需求的輸電線路工程專業教材體系研究

唐波?孟遂民?李咸善?李光輝

摘要：輸電線路工程專業是一個新興的、多學科交叉的高等工程教育領域，其人才培養模式及專業系列教材一直在持續研究與建設。根據輸電行業的用人需求，分析了輸電線路工程本科專業人才應具備的電氣、土木、機械、工程測量、氣象、水文與地質六大學科領域有關知識，研究確定以電學和力學作為專業的理論基礎。結合輸電行業需求，提出了以線路設計、施工和運行維護為專業核心知識，其他內容為專業完備知識的專業教育課程體系，從而編撰了課程體系對應的系列高等教育用教材，推動了我國輸電線路工程高等教育的發展。

關鍵詞：輸電線路工程專業；輸電行業需求；高等工程教育；知識結構；專業系列教材

作者簡介：唐波（1978-），男，湖北安陸人，三峽大學電氣與新能源學院，副教授；孟遂民（1957-），男，河南漯河人，三峽大學電氣與新能源學院，教授。（湖北 宜昌 443002）

基金項目：本文系湖北省高等學校省級教學研究項目（項目編號：2012238）、三峽大學教學研究項目（項目編號：J2012009）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0047-03

為滿足不斷增長的國民經濟和社會民生用電需求，國家電網公司根據我國國情，制定了“十一五”和“十二五”期間電力建設的戰略目標，即建設以特高壓電網為核心的堅強電網。[1-2]在此背景下，我國輸電線路工程建設越來越多，對輸電線路設計、施工和運行維護的要求也越來越高，國家需要大量的具有輸電線路設計、施工、運行維護知識和研究能力的高級專業技術人才。

輸電線路工程專業即是根據上述國家電力建設用人需求而創辦的新興專業，目前全國只有五所本科院校及各省電力公司下屬的?？茖W校開設了該專業（方向）。[3]由于輸電線路工程本科開辦歷史不長，又是一個多學科交叉的專業，創辦初期全國沒有可用于其高等工程教育的專業教材。為此，三峽大學作為全國最早開辦輸電線路工程專業的高校，由國家級教學團隊成員，針對輸電線路工程行業需求，踐行三峽大學特色專業、拔尖創新人才培育試驗計劃和卓越工程師教育培養計劃等專業建設實踐，承擔系列省級、校級教學研究項目，歷經二十余年的教學研究和科學研究凝練成輸電線路工程專業系列教材，為全國輸配電行業培養了大量的高級工程技術人才，并服務于全國多個輸配電行業單位的職工培訓。

一、輸電線路工程專業的發展概況

早期，為適應國家經濟發展的需求，我國電力行業的發展一直集中在電源建設，電網建設則相對落后。隨著廠網分開和國家電網公司、南方電網公司的成立，國家加大了對輸電網和配電網的建設，對電網的輸電質量提出了更高的要求。作為整個電網中完全暴露于自然界、承受自然環境最為復雜惡劣、運行維護最為困難的輸電線路，其成為保證電網堅強的決定性影響因素。2008年的低溫冰害天氣對電力系統乃至我國國民經濟造成的影響就是典型代表。因此，全國電力建設對輸電行業的技術人才需求量不斷加大，而且培養質量要求也在逐年提高。

輸電線路工程專業伴隨著我國電網建設的發展而發展。1990年以前，在中專、技校中多以“輸配電”的名義培養輸電線路技能人才。1991年以后到1996年，當時的電力部根據電力企業的需求，在當時的葛洲壩水電工程學院（現三峽大學）和東北電力學院（現東北電力大學）設置了輸電線路工程全日制?？?，同時在多所職工大學設置輸電線路專業進行在職培訓。1997年，三峽大學率先設置了輸電線路工程本科專業，隨后東北電力大學、南京工程學院、東南大學成賢學院、華北電力大學（2011年開始招生）等高校也相繼開展了該專業的本科教育。目前，全國僅華北電力大學、東北電力大學和三峽大學開展了輸電專業方向的碩士研究生教育。[3]

由于輸電線路本科開辦歷史不長，關于輸電線路工程高等教育研究，各高校目前多集中在個別課程的教學模式分析，[4-8]而對輸電線路工程專業的整個高等教育體系思考較少，缺乏系統性的輸電本科專業應具備的知識體系和相應的教材建設研究。

二、輸電線路工程專業的知識與課程

1.輸電線路工程的知識領域

輸電線路工程專業直接面向電力行業，其建設目的就是為了輸送電能和實現電力系統聯網。作為自然界中人工建設形成的構筑物，輸電線路的建設經歷著設計、施工和運行維護三個工作階段，而這三個既相互獨立又相互促進的工作分別由電力行業中的電力設計院、電力建設公司和電網公司承擔。根據各用人單位的專業需求，文獻[9]研究提出輸電線路工程是一個跨學科的專業，輸電線路的設計、施工、運行維護及管理等涉及工程測量、氣象、水文與地質、土木、電氣、機械等學科的知識，因此從事輸電線路工程專業的技術人才應是復合型的。

2.輸電線路工程專業的基礎理論及課程

顯然，輸電線路工程專業的知識結構涉及多個一級學科，結合行業需求和大學本科人才培養定位，要實現所有知識、能力和素質的一體化是非常困難的，因此學校在教學過程中必須對以上學科內容有所取舍。

考慮到輸電線路的實質是可以輸送電能的人工建筑物，從工程安全的角度看面臨著兩個基本問題，一是線路能在復雜的自然環境中施工建設起來，并在長期的運行中不會出現倒塔或斷線等力學破壞事故；另一個是線路在輸電時，線路結構本身或對線路周邊障礙物不產生放電、閃絡等電學事故。因此，可以認為輸電線路學科的理論基礎就是力學和電學。

針對力學知識體系，教師首先要求學生掌握基礎力學的概念及基本知識，對應的知識課程為“理論力學”；在各種力的作用下，各種材料所體現的力學特性不同，如地線對應的鋼絞線、導線對應的鋼芯鋁絞線在相同的外界條件下弧垂明顯不同，對應的知識課程為“材料力學”；當材料體現為不同工程結構時，如鋼管桿和角鋼所形成的鐵塔，在外力作用下的強度、剛度和穩定性也不同，因此學生還要學習“結構力學”。另外，當考慮桿塔基礎時，需了解土體在外力、水流和溫度作用下的應力、變形和穩定性問題，則需學習“土力學”的基礎知識。

針對電學知識體系，教師首先要求學生掌握電學基本規律及電路的分析方法，對應的知識課程為“電路”；學生在掌握電學基本知識后，需了解面向工程的電磁場內容體系，掌握電場、磁場及能量之間的相互轉換關系，對應的知識課程為“工程電磁場”；在此基礎上，最終學習高電壓絕緣、放電理論和電力系統過電壓，以解決輸電線路相間絕緣、風偏閃絡、防雷接地等一系列高壓問題，即需學習“高電壓技術”課程。另外，為了完善電學基礎知識，學生應該了解“電子技術基礎”、“電力系統基礎”、“電力系統分析”等課程。

另外，根據輸電線路工作的知識體系，學生的專業基礎應該還包括工程測量、氣象、水文與地質、機械等學科知識，但相比于電氣和土木學科來說，這些學科應該處于從屬和輔助地位。

3.輸電線路工程的專業知識及課程

根據輸電行業的用人需求方向，即電力設計院、送變電公司和電建公司、電網公司，從而可提出輸電線路工程行業的專業核心課程體系應包括線路設計、施工和運行維護三大內容。

輸電線路工程設計是輸電工程建設的起始，其內容綜合電氣、土木、工程測量以及氣象等學科的相關知識。對于電學，學生在學習高電壓技術之后，才能理解如導線排列方式（決定桿塔的塔頭結構）、導線對地高度（決定桿塔的呼稱高度）、絕緣子串長度（影響線路對地高度、受力等）等知識的理論依據；學生在學習完力學知識之后，才能掌握架空線的線路力學理論，如架空線的各種應力、荷載、剛度計算等內容。同時，選擇輸電線路路徑時，線路所經地區的地物地貌情況，桿塔所在位的水文與地質情況以及施工和運行檢修測量等，都需要工程勘測、水文地質和工程測量等學科知識，這些內容學生可通過“工程測量”課程進行學習。

輸電線路施工主要內容為各種電壓等級下，架空輸電線路的基礎施工方法、桿塔組立方法、架線施工方法和相關的施工設計計算方法等內容。施工方法及大型牽張機械選擇的技術依據來源于線路設計中所涉及的應力弧垂曲線圖、安裝曲線圖、平斷面圖及其相關圖紙資料，而施工建設時的分析計算則主要依靠力學知識。

輸電線路運行維護包括架空輸電線路運行中的巡視內容及方法、常見故障及相應的預防措施、常規測試項目及測試方法、停電檢修方法及安全注意事項、帶電作業的原理及安全保障措施等內容。這些工作要求線路運維人員知識面較為廣泛，線路檢修和維護中涉及各類施工機械和工器具，涉及基本的機械工程領域知識；各類常規測試、防雷接地、停電檢修和帶電作業則涉及電學知識；而當今輸電線路的維修策略以可靠性為中心，這又涉及系統可靠性與設備的全壽命周期管理內容。

可以看出，電學和力學的基礎理論知識都能在線路設計中得到體現；同時，線路設計中的成果為后續線路施工和線路運行維護提供技術支持，因此，輸電線路設計在整個專業的知識體系中起著承上啟下的重要作用，也是整個專業知識體系的理論基礎。

以上三個專業核心內容涉及的知識面繁雜且專業化，顯然無法在一門課程內完成對該核心內容所有知識點的教學，因此需要一些輔助課程對專業核心知識進行彌補。如輸電線路工程專業的概述性內容，可引申為“輸電線路基礎”；又如線路設計中線路對周邊電磁環境的影響，線路施工中施工機械的選擇與設計，線路運行維護中的在線監測與故障診斷，再如輸電線路工程概預算、電力電纜線路、配電線路、輸電線路地理信息系統等內容，這些知識點都可以引申為單獨的課程。

三、輸電線路工程的專業課程體系

三峽大學已按學科大類設置有公共課平臺和一些素質類課程平臺，除這些教育課程外，本校將其余課程分為奠定本專業理論基礎的基礎課程和適應輸電行業需求的專業核心課程，以及用來補充和完善專業課程體系的專業完備課程，其具體結構框圖如圖1所示。

輸電線路工程的專業核心課程主要分為線路設計、線路施工和線路運行維護三大類，分別對應著輸電線路工程人才的就業方向。其中，線路設計不僅僅涉及線路工程設計的知識，同時還為輸電線路施工、運行維護等專業課程提供理論支撐，教學內容繁重而復雜，因此在課程體系中劃分為“架空輸電線路設計”（側重于架空線力學的研究與應用）和“輸電桿塔及基礎設計”（側重于結構力學和土力學的研究與應用）。

四、三峽大學的輸電線路工程專業教材建設

1.成立編委會，分階段地開展教材研究和編寫工作

輸電線路工程為自辦專業，且具有跨學科性質，在專業開辦初期沒有現成且合適的專業教材。為落實輸電線路工程專業人才培養目標，滿足專業教學的需要，在本專業開辦之前，三峽大學（原葛洲壩水電工程學院）就首先組織教材編寫隊伍，在1989年成立“葛洲壩水電工程學院輸電線路工程教育叢書編委會”。編委會將教材建設作為輸電工程高等教育的重要組成部分，以教材內容為載體，在長期的教學實踐中，對教學經驗進行凝練和總結，以葛洲壩工程學院自編教材的名義，編寫了該專業所有專業課程的教材，校內出版，滿足了本專業開辦以來的教學需求。

三峽大學在1996年正式公開出版《高壓架空輸電線路施工》，2000年正式出版《架空輸電線路設計》、《輸電桿塔設計》、《架空輸電線路運行與檢修》、《電力電纜》，涵蓋了輸電線路設計、施工和運行維護三大核心專業知識領域，同時前瞻性地撰寫了電力電纜的教材，形成了全國第一套“輸電線路工程教育叢書”。隨著國家教育的發展，在2005年和中國電力聯合會、中國電力出版社合作洽談輸電線路工程專業教材納入到普通高等教育“十一五”規劃教材，并在2007年開始出版了7本相關教材；同時根據后續發展，10本教材被列入了普通高等教育“十二五”規劃之中。

2.根據行業需求，不斷調整教學內容和編撰新的教材

隨著國家電網建設的飛速發展，近十年里，輸電線路行業無論是從歸屬單位、研究對象和工作要求都有了巨大的發展和變化。如隨著線路電壓等級的不斷升高，其架空線路設計和鐵塔結構設計都有一些新的變化，本校隨之對傳統的教材進行了改進，相對于2000年版的《架空輸電線路設計》教材，2007年版的該教材還及時吸納了新的線路設計規程，對相關設計系數進行了全面更新和引用，并增加了北京道亨等代表性線路設計軟件的介紹，而字數基本沒有變化；《輸電線路桿塔及基礎設計》除根據新的規程進行調整之外，還增加了各類基礎的設計思想和方法介紹，字數由33萬字增加到36.6萬字。又如，本校根據輸變電公司的工作特點和要求，除繼續完善《高壓架空輸電線路施工》教材之外，還新編寫了《輸電線路施工機械》、《送電線路工程概預算》等教材，以滿足施工現場人員對除技術外的工程管理、概預算和設備操作與維護方面的知識需求。再如，隨著電網運行維護對輸電線路運行維護的重視，在傳統的《架空輸電線路運行與檢修》基礎之上，專門針對傳統線路運行維護人員只需了解電氣知識的情況，以工科通用化的語言新編寫了《線路金具》教材。

諸如此類，根據輸電行業的需求，不斷地對已出版的教材進行改進，并及時根據行業發展，不斷地推出新的專業知識體系完備教材以供學生和工程技術人員選修，讓讀者精讀核心課程教材、泛讀完備課程教材，從而使之能全面且深入地掌握輸電線路工程的相關知識。

3.教材首先應用于本校課程教學，后在各類輸電行業培訓班應用

編寫的教材首先應用于本校輸電線路工程專業（方向）的本科、?？普n程教學，并根據教學實踐中教師和學生的反饋改進教材，然后通過舉辦各類輸電行業培訓班進行全國推廣。

本校依托三峽大學成人教育學院（中國電力聯合會指定的全國唯一的“輸電線路工程”培訓項目的培訓單位），自2005年以來，共開辦多期“輸電線路工程”培訓班，培訓人員達千余人。其中在校內開設全國電力公司和各省市電力公司委托開辦的“輸電線路工程”培訓班10余期，培訓教師赴海南、廣西、廣東、貴州、安徽、山東、陜西、遼寧、江西、浙江、湖北等省份開設“輸電線路工程”培訓班10余期。

除此之外，學校還為國網技術學院、國網電力科學研究院等研究機構從事輸電線路工程專業的科研和教學人員進行培訓。在這些培訓活動中，本專業系列教材得到了廣泛地使用，并在這些教學實踐中得到了很好地推廣。

五、結語

三峽大學以培養適應輸電行業需求的高級技術人才為目的，建立了以輸電線路設計、施工和運行維護為專業核心知識，以其他專業知識為補充和完善專業課程體系。根據制定的課程體系，展示輸電線路工程未來的發展趨勢，重視我國輸電線路工程中新技術的應用和輸電線路人才的需求變化，注重培養學生自主學習能力和發展創新思維為編撰原則，已正式出版各種教材及電子課件16套，總字數達600余萬。

該專業系列教材的內容分工與銜接恰當，具有較高水平，填補了我國輸電線路本科專業課教材的空白，在國內絕大部分開辦輸電線路本科、?？茖I的高校得到了應用；同時全國輸電線路職工培訓教育中也廣泛使用了編寫的系列教材，對全國輸電線路人才培養的指導和支撐作用明顯，取得了重大的人才培養效益。

參考文獻：

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（責任編輯：宋秀麗）