基于工作過程的“發電廠電氣設備”教學內容優化

劉 沙，胡啟明

（1.廣西電力職業技術學院，廣西 南寧 530299；2.廣西防城港核電有限公司，廣西 貴港 538001）

0 引言

“發電廠電氣設備”課程是電力相關類專業的必修課程之一，其作為熱動專業的基礎課程，具有很強的理論性、應用性和實踐性，通過本課程的學習可以掌握或了解各種電氣設備的結構、原理和應用，同時訓練和培養學生分析和解決實際工程問題的能力，為學生畢業后從事電力行業相關工作奠定了必備的理論基礎。該課程涉及多個相關學科，涵蓋內容多、范圍廣，而熱動專業的學生電氣基礎知識比較薄弱，學習過程中比較吃力[1]，因此本文從熱動學生專業特點出發，以工作過程為導向，將學生的理論實踐知識和職業活動結合起來[2]，探討課程內容設計的優化和知識結構的整理。

1 教學現狀

在當前的教學模式中，高職學生的教育主要是“講授-討論-練習”結合模式，“講授”是由授課老師根據學生所學進行知識的引導并拋出相關問題；“討論”是由學生根據老師提問進行討論，對分歧意見查詢相關支撐理論文件，由老師進行總結和答疑；“練習”通過學校引入的發電廠仿真系統進行相關設備的投退、監視、檢修操作來加深理論知識的理解并提高動手能力。目前學校采用的教材主要按設備分類介紹，例如第三章介紹了滅弧原理、而第七章才介紹斷路器，中間穿插著低壓開關、熔斷器、隔離開關內容，后面幾章又介紹了廠用電、接地裝置、直流、同期等等[3]。教材的每一章都是模塊化的設備介紹，課程教學內容整體呈現出繁雜、不連貫、系統性差的特點[4]。這樣一來就使學生在學習的過程中無法建立合理的思維邏輯去進行系統的學習。傳統的教材內容順序無法使學生獲得較高的學習效率，甚至會降低學生的學習興趣。

2 優化策略

考慮到熱動專業的學生就業方向主要是從事發電廠運行值班員或機械專業的檢修工作，電氣類課程課時安排不多，因此該門課程在講述時要考慮到學生整體概念的建立，即“發電-輸電-用電”的全過程。優化的課程通過這一電力系統的基本知識線索來設計教學過程，并結合學生容易理解的生活中貨物生產、配送、使用的流程，使學生掌握電能從生產、運輸到使用的整個過程中各環節的基本原理，建立發電廠電氣設備系統運行的總體概念。課程中通過講解電力系統可能出現的各種問題和現有的解決辦法[5]，幫助學生建立基本的專業知識體系。課程總體優化設計如圖1所示。

圖1 “發電廠電氣設備”課程內容總體優化設計

2.1 安全教育

由于電氣行業的特殊性，安全意識非常重要，學生在走入工作崗位后總會對現場工作有一種新鮮感，喜歡付諸行動來表現自我，這樣一來忽視安全而盲目作業的現象就時有發生，因此課程首先進行電力行業安全教育，結合課程思政建立學生在生活中以及后續工作中的安全意識。

2.2 電力系統

為建立學生對電力系統的總體概念，在學習具體的電氣設備前，學生先進行發電廠類型和電力系統的學習（圖2），并學習電力系統接線圖中常見符號表示，為后續進行系統相關知識的學習打下基礎。

圖2 電力系統構成

考慮到發電廠設備的特點，以學校現有的660 MW火電廠仿真系統中發變組單元接線為模型，將電力設備分為3 部分：并網前的發變電部分、送至電網的輸變電部分以及發電廠自用電部分。

2.3 發變電部分

發變電部分類似于貨品的生產過程，課程通過提問、引導的方式環環相扣，將電能產生的知識引出并講解，激發學生的學習興趣。問題設置如下：

（1）發電機是如何將汽輪機的機械能轉化為電能的？——引出“發電機結構及工作原理”“發電機勵磁系統”。

（2）發電機運行后經過的大電流產生的發熱是如何進行排出的？——引出“發電機冷卻系統”。

（3）發電機升壓后如何保持電壓輸出穩定？——引出“發電機勵磁系統”“互感器的結構及工作原理”。

（4）電網都是遠距離高壓輸電線路，發電機發出的電壓如何變成電網線路的電壓等級？——引出“變壓器的結構及運行原理”。

（5）怎么判斷發電機變壓器組設備的工作是否正常？——引出“發電廠測控和保護系統”。

（6）發電機變壓器組電壓達到電網的電壓等級后如何與電網相連？——引出“發電機同期裝置原理”。

（7）發電機并網后如何進行功率調整？——引出“發電機運行監視”。

課程中通過上述7 個問題的逐次拋出、層層遞進，引出發電機發電、變電、并網、監視的各個功能和工作原理，同時課程設置了發電機啟停機過程中水、氣、油系統的操作、發電機啟機并網操作、有功功率和無功功率調整操作[6]，加深了學生對發電機發變電部分的印象，其中所設計的內容如圖3、圖4。

圖3 發電廠發變電部分系統

圖4 發變電部分授課內容

2.4 輸配電部分

在學習發電機啟動、變電、并網、監視等回路后，課程引出發電機電能的輸送過程，類似貨物商品的配送，物流網絡會根據用戶地址將貨物配送到用戶手中，通過提問“發電廠的電能是如何送到用電用戶的”，進而引出發電廠輸配電網部分的內容。發電廠輸配電部分主要是廠內變電站和線路，這部分的工作原理有哪些？該部分課程融入了線路倒閘操作的實操內容，并結合現場操作工作票和學習操作過程視頻，使教學內容更貼近生產現場，讓學生真實感受到電廠輸配電的運行過程。課程內容引入過程如下：

（1）變電站和線路的接線形式有哪些？——引出“電氣主接線”“斷路器和隔離開關的結構和工作原理”。

（2）線路如何停電送電操作？——引出“斷路器和隔離開關的結構和工作原理”“電氣五防和設備運行狀態”。

課程內容如圖5。

圖5 發電廠輸配電設備

2.5 廠用電部分

電站發電機發出的電能主要分兩部分，90%以上通過輸電線路送至外電網進行用戶用電的供給，剩余部分為發電廠廠內系統的轉動設備、儀控設備、加熱器、照明等設備供電，以保證電廠能夠正常運轉。廠內用電設備也是發電廠電氣設備的重要組成部分，并且這部分設備也可以看作是電能的用戶，這與貨物運輸過程的最后環節配送到用戶家中類似[7]，同樣通過問題引導學生思考廠用電用戶的用電部分包含哪些，形成知識鏈：

（1）發電廠發出的電能送到千家萬戶，那電廠是如何保證自己安全穩定運行的？——引出“發電機廠用電接線”。

（2）如果發電機停機了，或者新建發電廠要投入運行，那啟動機械設備和電動機的電從哪里獲取？——引出發電機廠用電源的不同來源“廠用電源”“備用電源”“應急電源”。

（3）廠用電源也是母線，廠內變電站也有母線和線路，它們的運行方式有什么區別？——引出“電力系統中性點運行方式”。

（4）以火電廠為例，現場有很多輸煤、冷卻、送風的電動機，電動機是如何控制的？——引出“低壓電動機工作原理及控制回路”。

（5）在前面的課程中，介紹了很多的控制、保護、測量回路，如何保證這些裝置的正常運行？——引出“直流及UPS 系統供電方式”。

課程通過5 個問題的追問，將廠用電從工作電源到備用電源、再到低電壓等級的設備逐次進行介紹引人入勝；課程引入實操項目“廠用電倒送電操作”“廠用電源和備用電源切換操作”來加深學生的學習印象；課程結合學生職業資格證書考取的情況引入低壓電工證考核項目“電動機正反轉控制回路”使課程更加具有實用性[8]；最后介紹的直流系統與發電廠發電中的保護測量設備正常運行相呼應，使知識跟隨電能流程形成閉環。知識內容見圖6。

圖6 發電廠自用電部分

3 結語

本課程優化后并非按照課本原本的目錄進行講解，而是基于典型發電廠的實際運行過程，先介紹電力系統的結構和組成，讓學生有整體的概念，再按照電能發、變、輸、用的邏輯將發電廠內電氣設備進行結構拆分，然后對每一部分進行逐步介紹，講解過程參考貨物生產-運輸-配送-使用的過程，讓學生在學習前就明確了課程的知識脈絡，符合學生認知發展的內在規律。學生通過學習本課程內容，結合仿真系統實操和電廠學習實踐，可初步掌握發電廠電氣設備的類型和工作原理。課程的實施設計鍛煉了學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，為學生后續畢業從事相關專業工作打下了堅實的基礎，本課程的教學優化具有重要的意義。