基于國標的規(guī)范化教學實踐
——著力培養(yǎng)學生的專業(yè)素質

（山東菏澤職業(yè)學院 山東菏澤 274000）

菏澤職業(yè)學院新能源應用技術系，第一專業(yè)是光伏發(fā)電技術與應用，屬于發(fā)電工程類專業(yè)，培養(yǎng)目標是“高素質的新能源發(fā)電工程類技術技能型人才”，畢業(yè)生以后主要從事電力工程方面的職業(yè)，應當具有相應的專業(yè)知識和基本技能，而培養(yǎng)“認真、細致、專業(yè)、規(guī)范”的專業(yè)素質更加重要，把提升職業(yè)素養(yǎng)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(yè)主干課程，學習目的是掌握供配電系統(tǒng)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(yè)規(guī)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(guī)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(wǎng)絡、設備的標準電壓給以明確規(guī)定，在術語和定義中“標稱電壓”敘述為”用以標志或識別系統(tǒng)電壓的給定值”，如標稱電壓1000V以內三相三/四線交流系統(tǒng)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(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《電工術語 發(fā)電 輸電及配電通用術語》中，“電壓等級”敘述為“在電力系統(tǒng)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(tǒng)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(qū)段，交流三相系統(tǒng)及相關設備的標準電壓為：系統(tǒng)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(tǒng)最高電壓”的最大值，“系統(tǒng)最高電壓”定義為：“在正常運行條件下，在系統(tǒng)的任何時間和任何點上出現(xiàn)的電壓的最高值，不包括瞬變電壓，比如，由于系統(tǒng)的開關操作及暫態(tài)的電壓波動所出現(xiàn)的電壓值?！倍鴩鴺薌B/T12325《電能質量 供電電壓偏差》，對10kV系統(tǒng)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(wǎng)絡，通過架空線路或者地下電纜深入到各負荷集中區(qū)域，學生經(jīng)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(jīng)對山東的農(nóng)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(fā)電站，并網(wǎng)電壓就是35kV。

實際上，GB/T19939-2005《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術要求》中，對電網(wǎng)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(fā)電廠和用戶聯(lián)結成為一個整體，把集中生產(chǎn)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(wǎng)絡。”相對而言，在GB/T2900.50-2008《電工術語 發(fā)電 輸電及配電通用術語》中電力網(wǎng)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?！憋@得比較單薄。然而，后者關于電力系統(tǒng)的定義比較全面:“發(fā)電”是“將其他形式的能量轉換成電能的過程”，“輸電”是“從發(fā)電站向用電地區(qū)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(qū)域內向用戶供電”。

再結合教材把電力系統(tǒng)概括為“發(fā)、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(wǎng)屬于大供電系統(tǒng)，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(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(xié)議確定”。[5]

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

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(tǒng)與用戶系統(tǒng)的電氣聯(lián)結點”，短路容量在GB/T2900.50-2008《電工術語 發(fā)電 輸電及配電通用術語》中定義為：“在系統(tǒng)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(tǒng)的指定點在指定時刻的電壓值?！?/p>

在GB/T19939-2005《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術要求》中，關于電能質量表述為：“光伏系統(tǒng)向當?shù)亟涣髫撦d提供電能和向電網(wǎng)發(fā)送電能的質量應當受控，在電壓偏差、頻率、諧波和功率因數(shù)方面應當滿足實用要求并且符合標準。出現(xiàn)偏離標準的越限狀況，系統(tǒng)應能檢查到這些偏差并且將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)安全斷開。”同時指出：除非另有要求，應當保證在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)電網(wǎng)接口處可以測量到所有電能質量參數(shù)（電壓、頻率、諧波等等）。

在《JG16民用建筑電氣設計規(guī)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(qū)別，這方面的標準及規(guī)范對電力線路的線纜選擇提供了計算依據(jù)，尤其是低壓線纜的計算，在實際的生活環(huán)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(xù)的改變?！?/p>

引起電壓變動的“波動負荷”定義為“生產(chǎn)運行過程中周期性或者非周期性地從供電網(wǎng)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(tǒng)標稱電壓的百分數(shù)表示?！币话阌嬎阌谩癲（%）”標記。

公式中：

ΔU---電壓方均根值曲線上相鄰兩個極值電壓之差；

UN---系統(tǒng)標稱電壓

標準列出了電壓波動的限值，如：低中壓系統(tǒng)（≤1kV，1kV-35kV），變動頻度1000次/h及以內，規(guī)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ΔPi和ΔQi時，可以用下式計算

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“有功功率和無功功率”，在GB/T2900.50-2008《電工術語 發(fā)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?！?/p>

無功電能是指“在交流系統(tǒng)內，與電力系統(tǒng)和其所接設備的運行有關的電場和磁場之間連續(xù)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(tǒng)線纜的力/熱效應進行效驗，對電氣設備的動/熱穩(wěn)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(tǒng)”模型下展開，把對稱三相電路簡化為單相電路來處理?！岸搪贰痹贕B/T15544.1-2013《三相交流系統(tǒng)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?！薄皩ΨQ短路”在《工業(yè)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(tǒng)為對稱的三相系統(tǒng)，并假設三相短路是同時產(chǎn)生的?！?/p>

關于三相交流系統(tǒng)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(fā)生在發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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，Un是系統(tǒng)標稱電壓，c稱為電壓系數(shù)，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(tǒng)取值是1.05，也就是教材中的計算電壓Uc，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(yè)素養(yǎng)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(guī)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(fā)電用電有國際標準和相應的規(guī)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(tǒng)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(guī)劃、合理布置、優(yōu)化運行，認真細致規(guī)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(guī)范意識，唯有如此才能達到培養(yǎng)高素質人才的要求。