基于國標的規范化教學實踐

劉錫昌

摘 要：培養高職電專業學生“認真、細致、專業、規范”的專業素質更加重要，將國家標準引入到教學情景中，一方面可以達到概念要嚴格定義，既科學又規范；另一方面，樹立電能的質量意識。其實，任何有目的的工作都需要科學規劃、合理布置、優化運行，認真細致規范的作風必須從學生抓起，從實際課程教學做起。

關鍵詞：專業 規范 國標

菏澤職業學院新能源應用技術系，第一專業是光伏發電技術與應用，屬于發電工程類專業，培養目標是“高素質的新能源發電工程類技術技能型人才”，畢業生以后主要從事電力工程方面的職業，應當具有相應的專業知識和基本技能，而培養“認真、細致、專業、規范”的專業素質更加重要，把提升職業素養貫通于教學過程之中方便而有效。[1]

一、概念要強調，定義須嚴格

《供配電技術》是繼《電工電子技術》、《電力電子技術》之后的專業主干課程，學習目的是掌握供配電系統的相關設備及其功能，初步掌握負荷計算、短路計算、線纜選擇方法，了解電能質量及相關標準。課程內容涉及眾多的國際標準與行業規范，從概念和術語到原理和方法都能對應相關的標準（或設計手冊），為了科學、規范的學習有必要正本求源，把國家標準融入教學過程。

GB/T156-2007《標準電壓》是學習本課程的基本標準，其中對電力網絡、設備的標準電壓給以明確規定，在術語和定義中“標稱電壓”敘述為”用以標志或識別系統電壓的給定值”，如標稱電壓1000V以內三相三/四線交流系統及相關設備的標準電壓是220/380v、380/660v、1000v三個電壓等級，對應的數值分別是相電壓及線電壓有效值，單一數值指的是系統線電壓。[2]

GB/T2900.50-2008《電工術語 發電 輸電及配電通用術語》中，“電壓等級”敘述為“在電力系統中使用的標稱電壓值系列”；本標準的補充術語中關于“高壓”明確定義為：“電力系統中高于1kV、低于330kV的交流電壓等級”。

GB/T156-2007《標準電壓》在電壓1-35kV區段，交流三相系統及相關設備的標準電壓為：系統標稱電壓為3、6、10、20、35kV，對應設備最高電壓分別為：3.6、7.2、12、24、40.5五個等級；關于設備最高電壓，標準當中也有表述，供電設備的最高電壓是用以表示“絕緣及其他特性”，設備的最高電壓就是該設備可以應用的“系統最高電壓”的最大值，“系統最高電壓”定義為：“在正常運行條件下，在系統的任何時間和任何點上出現的電壓的最高值，不包括瞬變電壓，比如，由于系統的開關操作及暫態的電壓波動所出現的電壓值。”而國標GB/T12325《電能質量 供電電壓偏差》，對10kV系統供電電壓偏差限值為7%，這就意味著設備絕緣能力相對于標準是有富裕的。[3]

并且，城市配電的10kV電壓網絡，通過架空線路或者地下電纜深入到各負荷集中區域，學生經常都能看見，有充分的感性認識；另外學生在認識實習時，曾經對山東的農光互補示范項目-“合者光伏電站”有初步了解，它們屬于MW級中型光伏發電站，并網電壓就是35kV。

實際上，GB/T19939-2005《光伏系統并網技術要求》中，對電網的定義是：“輸電、配電的各種裝置和設備、變電站、電力線路或電纜的組合。他把分布在廣闊地域內的發電廠和用戶聯結成為一個整體，把集中生產的電能配送到眾多個分散的電能用戶。---這里特別指電力變壓器二次側的輸電網絡。”相對而言，在GB/T2900.50-2008《電工術語 發電 輸電及配電通用術語》中電力網定義為“輸電、配電的各種裝置和設備、變電站、電力線路或電纜的組合。”顯得比較單薄。然而，后者關于電力系統的定義比較全面：“發電”是“將其他形式的能量轉換成電能的過程”，“輸電”是“從發電站向用電地區輸送電能”，“變電”是“通過電力變壓器的電能傳遞”，“配電”是“在一個用電區域內向用戶供電”。

再結合教材把電力系統概括為“發、輸、變、配、用”五個字，內容就更加豐富，并且“供配電”三個字的理解也明朗起來，可以理解為“電網屬于大供電系統，配電屬于小范圍供電”。[4]

二、電能重質量，供電有標準

供電質量包括電能質量和供電可靠性，電能質量國家有標準，分別是：1.GB/T12325《供電電壓偏差》；2.GB/T12326《電壓波動和閃變》；3.GB/T《電網諧波》4.GB/T15543《三相電壓不平衡》；5.GB/T15945《系統頻率偏差》；6.GB/T18481《過電壓》。其中，電壓偏差（偏差相對標稱電壓百分比）對不同的電壓等級有限值，35kV及以上供電電壓正、負偏差絕對值之和不超過標稱電壓的10%，20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的7%，220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%和-10%，并且指出：“對供電點短路容量比較小，供電距離比較長的用戶，由供、用雙方協議

確定”。[5]

這里“供電點短路容量”，在GB/T156-2007《標準電壓》中：“供電點”是指“供電部門配電系統與用戶系統的電氣聯結點”，短路容量在GB/T2900.50-2008《電工術語 發電 輸電及配電通用術語》中定義為：“在系統一點上的短路電流與約定電壓（通常指運行電壓）之乘積”。關于“運行電壓”，本標準中定義為“正常情況下，系統的指定點在指定時刻的電壓值。”

在GB/T19939-2005《光伏系統并網技術要求》中，關于電能質量表述為：“光伏系統向當地交流負載提供電能和向電網發送電能的質量應當受控，在電壓偏差、頻率、諧波和功率因數方面應當滿足實用要求并且符合標準。出現偏離標準的越限狀況，系統應能檢查到這些偏差并且將光伏系統與電網安全斷開。”同時指出：除非另有要求，應當保證在并網光伏系統電網接口處可以測量到所有電能質量參數（電壓、頻率、諧波等等）。

在《JG16民用建筑電氣設計規范---2008》中，明確指出：“當供電電壓為35kV時，用電單位的一級配電電壓宜采用10kV，；低壓配電電壓應當采用220/380V。”而且，明確指出：電動機、照明及無特殊要求的用電設備，電壓偏差均可以符合5%的要求。這里顯然與《電壓偏差》國家標準有區別，這方面的標準及規范對電力線路的線纜選擇提供了計算依據，尤其是低壓線纜的計算，在實際的生活環境中，更具有指導價值。

電能質量之“電壓波動”，在GB/T12326《電壓波動和閃變》中，定義為：“電壓方均根值（有效值）一系列的變動或者連續的改變。”

引起電壓變動的“波動負荷”定義為“生產運行過程中周期性或者非周期性地從供電網絡中取用變動過來的負荷。例如：煉鋼電弧爐、電弧焊機等等”，“電壓變動”的定義是“電壓有效值曲線上相鄰兩個極值之差，以系統標稱電壓的百分數表示。”一般計算用“d（%）”標記。

標準列出了電壓波動的限值，如：低中壓系統（≤1kV，1kV-35kV），變動頻度1000次/h及以內，規定的電壓變動值d（%）是1.25。

同時，對于電壓變動的計算給出幾種方便的公式，比如：當已知三相負荷的有功功率和無功功率的變化量分別為時，可以用下式計算

這里提到了“有功功率和無功功率”，在GB/T2900.50-2008《電工術語 發電 輸電及配電通用術語》中，有明確的定義：

有功電能是指“可以轉換為某種其他形式能量的電能。”

無功電能是指“在交流系統內，與電力系統和其所接設備的運行有關的電場和磁場之間連續交換的電能。”

三、短路需計算，手冊來相見

《供配電技術》中有專門一章短路電流的內容，重點是短路的概念及對稱三相短路的電流計算，短路電流計算的目的是對系統線纜的力/熱效應進行效驗，對電氣設備的動/熱穩定性進行效驗，以及選擇和整定保護裝置，確定主接線方案等等。

短路電流計算內容重要并且復雜，有一定的理論性，對高職學生難度不小。因此，把短路有關的概念搞清楚，把計算應用的理念和方法弄明白，然后以案例教學方法為主線，配合任務教學手段，達到初步掌握短路電流計算的目的。

短路電流計算以在“無窮大系統”模型下展開，把對稱三相電路簡化為單相電路來處理。“短路”在GB/T15544.1-2013《三相交流系統短路電流計算 第一部分》中定義為：“兩個或多個導電部分之間意外或有意的導電通路，使得這些導電部分之間的電位差等于或接近于零。”“對稱短路”在《工業與民用配電設計手冊.第三版》（以下簡稱手冊）明確定義為“電力系統為對稱的三相系統，并假設三相短路是同時產生的。”

關于三相交流系統的短路包括對稱短路（也稱為三相短路）和不對稱短路，不對稱短路分為兩相短路和單相短路（包括單相接地故障），《手冊》中在基本概念部分明確指出：通常，三相短路電流最大，當電流點發生在發電機附近時，兩相短路電流大于三相短路電流；當短路點靠近中性點接地的變壓器時，單相短路電流也有可能大于三相短路電流。

GB/T15544.1-2013《三相交流系統短路電流計算 第一部分》中，明確指出：短路點的等效電壓源法，是一種簡潔實用的短路電流計算方法，計算結果一般情況下具有可以接受的精度。并且同時明確了適用于系統標稱電壓范圍是500kV內（50/60Hz）。國標中“等效電壓源”定義為“”，是為計算正序系統短路電流，而加于短路電路的理想電壓源，這個等效電壓源是唯一的有源電壓。

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

綜上所述，為了提高學生的專業素養及學習能力，將國家標準引入到教學情景中是有必要的，一方面可以達到概念要嚴格定義，既科學又規范，避免了因為教材編寫質量造成的影響；另外，樹立電能的質量意識，發電用電有國際標準和相應的規范，配電也是需要設計，否則電能質量就得不到保證，電力系統的安全可靠運行就得不到保障。其實，任何有目的的工作都需要科學規劃、合理布置、優化運行，認真細致規范的作風必須從學生抓起，從實際課程教學做起，在教育教學活動中融入標準和規范意識，唯有如此才能達到培養高素質人才的要求。

參考文獻

[1]GB/T156-2007《標準電壓》

[2]GB/T2900.50-2008《電工術語發電輸電及配電通用術語》

[3]GB/T12325《電能質量供電電壓偏差》

[4]GB/T19939-2005《光伏系統并網技術要求》

[5]GB/T12326《電壓波動和閃變》