高職火電廠集控運行專業實踐教學多種方式研究

蘇桂秋 秦梅

（東北電力大學能動學院，吉林 吉林市 132012）

火力發電企業生產過程具有高溫高壓的特殊性，高職火電廠集控運行專業是為火力發電企業培養具有生產運行基礎理論和實踐操作技能于一身的應用技能型人才。該專業在人才培養過程中存在一些實踐技能，不能完全實現實驗室教學實際操作演練的狀況。多角度的探索研究高職火電廠集控運行專業的實踐教學方法，最大限度地在學校為該專業的學生提供實踐演練平臺，才能滿足電力企業對火電廠職業技能人才的要求。

我校依托能源與動力工程專業的強大優勢，本科辦高職火電廠集控運行專業，主要針對大中型火力發電廠鍋爐、汽輪機、發電機等主要設備構成的單元機組從啟動到停運的全過程，給予學生全面的職業實踐教學培訓。在施教過程中結合本科教學的理論基礎，把實踐教學方法有效組合，融入VR 沉浸式教學，展開了多種提高實踐性教學環節的研究，在此對探索研究的高職火電廠集控運行專業多種方式實踐教學模式予以總結。

一、明確高職火電廠集控運行專業實踐教學培養目標定位

我國近年來太陽能、生物質能、風能、核能電站不斷發展，但很長一段時間火電生產企業在國內電力行業仍有龐大的基礎地位，并將逐步形成以火電為主，多能源協調互補的電力生產格局。火電生產企業仍然需要大量火電廠集控運行專業的運行職業技術人員充實到電力生產當中服務為社會。高職火電廠集控運行專業遵循“實基礎、重實踐、強能力、突特色”的原則，以解決生產過程中遇到的實際操作以及突出學生實踐能力為培養目的，通過研究論證，與校友溝通，與行業溝通，精準定位，確定職業人才培養的統一性和培養模式的多樣性。

二、高職火電廠集控運行專業培養課程設置

高職火電廠集控運行專業定位的職業教育培養目標，需要制定和建立相應的較為科學的課程體系。樹立為學生適應未來行業發展奠定基礎的觀念，為學生構建可以適用終身學習、適應社會發展變化需要的知識結構、能力結構和基本素質。在教學內容、教學方法的應用以及課程體系構建方面體現時代性、先進性和發展性。提高實踐教學環節學時比例，優化實踐教學內容，集中安排部分實習、實訓、課程設計、綜合實驗等實驗教學環節。課程設置體系除了要適應火電行業生產實際的發展，還考慮到火電廠運行人員終身學習和終身教育的問題。火電廠集控運行專業針對大中型火力發電廠鍋爐、汽輪機、發電機等構成的單元機組設備從啟動到停運的全過程中調節、控制及安全保護的專業基礎知識，開設的課程有鍋爐設備及運行、汽輪機設備及運行、熱力系統、電力工程、自動控制設備及系統、火電廠集控運行等，并建立起符合電力生產運行實際的動態的、科學的課程體系，構建了統一、融合的實踐教學體系。

三、高職火電廠集控運行專業線下實踐能力培養的教學模式

培養高素質火電廠集控運行專業技能型人才的工程實踐能力，不僅需要加強理論基礎知識，更要注重實際動手能力和臨時處理問題能力的應變專業技能。火力電廠生產運行的高溫高壓特性，為培養多種實踐技能實驗室演練操作造成困難。教學中通過將教師的工程項目研究成果轉化為實驗教學內容，促使學生進一步明確所學知識與實際工程應用之間的關系，提升學生的學習積極性和解決實際問題的能力。

同時，利用校內實踐基地和市內火力發電廠等實踐基地，建立校企教學合作，讓學生進入生產現場實習，提高職業教育實踐性。對于已簽訂就業協議的學生，還可以采用就業單位實際運行機組強化針對性畢業設計實驗模式，圍繞該企業火電廠機組集控運行、系統分析、事故處理、熱力試驗、節能管理等方面的內容，完成職業實踐能力培養工作。

四、高職火電廠集控運行專業線下、線上相互結合的實踐教學模式

隨著網絡技術的發展，火電廠集控運行專業職業實踐教學部分也開始通過網絡模式開展，如遠程視頻授課，遠程網絡答疑和網絡指導互動等教學已經上線。尤其近兩年受疫情影響，對延遲返校學生的實踐課程也采用釘釘課堂和雨課堂以及騰訊會議等多種常態化教學模式，保證教學的正常延續。在建立實驗教學網絡化教學資源時，還可以實現實驗實踐環節教學信息化管理，如網絡學習預約、線上預習、網絡電子實驗技術指導分享。通過線上網絡資源達到學生完成驗證性實驗課程實驗學習、問答的教學，同時結合線下課程系統，推出應用智能手機在線學習和觀摩，設立相關微信公眾號，不定期推送實驗實踐相關知識，建立起常態化的網絡教學模式，讓教師和學員之間的交流和溝通更通暢。這種打破高職教育空間性的模式大大地方便了高職火電廠集控運行專業的學生隨時隨地參與學習。

五、仿真機組強化培訓高職火電廠集控運行專業學生實際操作能力

我校火電運行仿真教學中心擁有1 個微型火力發電廠，2 個電力生產動態演示模型室和6 個電力運行虛擬仿真室；擁有火電機組仿真軟件9 套，涵蓋了從亞臨界300MW、600MW，超臨界600MW 到超超臨界1000MW 的國內所有典型機組，能全面仿真火電廠電能生產的全過程。教學以火電機組集控運行在仿真機組系統平臺實際操作訓練為主，采用一機多模的方式仿真操作不同類型機組從電能生產、傳輸到分配的全過程 。仿真教學還可以通過模擬實時運行中的異常故障，使得學生掌握應對突發事故的動作過程，并且根據參數的變化預判分析和處理各種設備及系統的故障。此項教學還可以通過對運行狀態進行冷態啟動、溫熱態啟動、停機和機組正常運行調整等培訓設置，使火電集控運行學生學習充分掌握電力生產過程中機組啟停及運行調整的操作技能。這種教學模式滿足了學生由基本認知到掌握現場實際運行的實踐培訓。

六、大型燃煤發電機組虛擬現實教學實訓模式（VR 教學模式）

大型燃煤發電機組虛擬現實教學實訓模式（VR 教學模式）是依托本科教育建設的實驗教學中心，以向國家級實驗教學示范中心發展的思路，共享的本科教育資源。本科辦高職，借助貫徹教育部進一步加強國家級實驗教學示范中心管理精神，凸顯能源動力工程國家級實驗教學示范中心的示輻射作用。

大型燃煤發電機組虛擬現實教學包括VR-Space 多人虛擬空間的發電機組鍋爐本體結構及拆裝和發電機組汽輪機本體結構及拆裝的虛擬仿真。平臺以虛擬現實技術為依托，完整、詳細地展示現代火力發電廠的布局、系統、流程，并模擬真實場景讓學生進行多人協同、交互完成電廠設備的操作實訓（即VR 教學模式），提供一種交互沉浸感，身臨其境的教學場景，使學生能夠真切的沉浸到電廠環境中，從而對發電廠的布局、發電流程及原理進行系統學習。解決了學生在傳統學習過程中只能通過模型、圖片或視頻的方式對火力發電流程及原理進行學習而造成的工程概念缺失問題。利用虛擬裝配系統，通過虛擬軟件模擬電廠設備的安裝、部件組裝調試、測量剖切、標注顯示等，可反復為學生提供專業技能訓練，解決實驗設備昂貴、維護成本高、學生使用頻率低、無法在有限時間內完成實訓操作的問題。

七、火電廠集控運行專業主要實踐內容包括

（一）電站三維虛擬仿真漫游

該部分主要采用三維虛擬仿真對火力發電廠生產環境給以逼真模擬重現，對鍋爐、汽機、發電機及電氣系統仿真，根據設計院設備資料、廠區圖紙、熱力系統圖、運行數據采集表，進行三維模型搭建以及底層的數學模型搭建。在漫游場景提供主蒸汽系統、鍋爐水循環系統、高壓給水系統、凝結水系統、燃燒系統、制粉系統、風煙系統、脫硫系統、脫硝系統等主要系統的管道布局和設備連接關系，并提供以第一人稱全場漫游的功能，自由選擇觀察的設備對象。可以實現學生在電站的任意位置和空間進行漫游行走、環視，讓學生能夠全面的了解火力發電站各個設備間的布局和流程，并可以進行火電廠生產過程常用操作及巡視工作、機組、主變以及線路檢修停復役操作、火電廠生產設備事故處理操作、設備檢修后的調試與試驗等的實施。

（二）發電機組鍋爐本體結構及拆裝虛擬仿真實訓

該部分可實現火電廠鍋爐本體虛擬安裝多人協同實訓、火電廠鍋爐本體虛擬檢修多人協同實訓、配汽包鍋爐單元機組冷態啟動多人協同實訓、配汽包鍋爐單元機組熱態啟動多人協同實訓、直流鍋爐單元機組熱態啟動多人協同實訓和直流鍋爐單元機組冷態啟動多人協同實訓等功能。

（三）發電機組汽輪機本體結構及拆裝虛擬仿真實訓

該部分可實現火電廠汽輪機本體虛擬安裝多人協同實訓、火電廠汽輪機本體虛擬檢修多人協同實訓、火電廠單元機組額定參數停運多人協同實訓、火電廠單元機組滑參數停運多人協同實訓、火電廠單元機組緊急故障停運多人協同實訓、火電廠單元機組一般故障停運多人協同實訓和火電廠單元機組調峰運行多人協同實訓等功能。

該虛擬現實教學實訓模式，可以使學生在課堂上“進入”虛擬火力發電廠，考察發電機組每個部件的工作情況及每個部件之間的相互聯系，了解發電過程；可以使學生不出校門就能感受到火電廠主輔熱力設備和熱力系統的作業環境、工作過程，掌握了生產實習所需掌握的教學內容，能夠達到與現場實習相同的目的。

綜上所述，高職火電廠集控運行專業經過多種模式的實踐教學，模擬演練，夯實基礎，提高技能，貼近行業需求，取得了令人滿意的效果。為提高職業教育水平，我們高職火電廠集控運行專業一直在積極致力于研究探索符合火電行業人才成長規律的教學培養模式，縮小火電廠集控運行專業實踐教學環節與電力行業發展迫切剛性需求的差距。通過多種實踐教學模式，將傳統實踐教學與現代教學手段有效結合，提高高職學生綜合實踐技能和工程應用能力強，能滿足電力企業需求的應用型技術人才，也希望能帶動火電廠集控運行專業在實踐教學方面不斷發展。