应用型供配电课程实训环节的设计与思考

曹宝文

摘  要：针对供配电课程的培养目标和在教学中存在的问题，结合现有实训设备，设计了一系列实训任务;针对系统化人才培养的需要，提出应用技术型教育的培养重点和立足于工程项目的新增实验环节设计;针对实训教学提出了联合企业共同培养、引入微课和仿真软件进行教学、注重考核环节设计、结合行业认证机制等建议。

关键词：供配电;实训;系统化培养;教学设计

中图分类号：G712    文献标识码：A    文章编号：2096-3769（2018）06-100-05

供配电技术课程作为能源类专业的必修专业课程，一般在学生完成专业基础课程学习的基础上开设。课程的培养目标是使学生掌握工厂供配电系统运行维护和设计计算所需要的基本理论知识，在读懂图纸的基础上，掌握供配电系统中常见一、二次设备的作用和使用方法，学会排查常见故障和问题的方法和技巧，具备解决实际工厂供电过程中一般技术问题的能力并培养良好的安全用电习惯。

作为为数不多的强电课程，供配电技术对于能源类专业学生的知识体系完整度具有十分重要的意义。但是，在实际教学过程中，由于课程的理论内容多、知识散，学生学起来比较吃力[1]。此外，供配电课程和工厂实际结合紧密，如果教学环境脱离工厂实际环境，学生理解起来会比较片面，很难形成一个知识体系。可见，供配电课程的实训环节必不可少，实训课程设计要尽可能贴近工厂实际，同时考虑到高压设备的用电安全问题，在学生操作方面一定要保证操作的顺序性、规范性和安全性。

一、现有实训设备

目前使用的实训设备是一套高低压供配电实训考核设备，模拟10KV/0.4KV配电网，属于一级降压的供配电系统。其中，高压供配电实训考核设备由隔离开关架、计量柜和出线柜组成，低压供配电实训考核设备由计量柜、进线柜、补偿柜、出线柜和负载柜组成。整套设备模拟高低压配电过程，但是考虑到实际安全问题，高压侧的进线同样是400V，变压器变比为1：1。高压侧的隔离开关架上安装有避雷器、跌落式熔断器和隔离开关，计量柜主要作用是提供电压、电流和功率的测量和显示，出线柜的核心设备是一台真空断路器和一个接地开关。通过变压器电能进入低压侧，低压侧的计量柜主要作用是提供电压、电流和功率的测量和显示并安装有漏电断路器，进线柜的核心设备是一台低压智能断路器，补偿柜提供八组电容器，可以通过手动和自动两种方式进行无功功率补偿，出线柜为抽屉式开关柜，分成五路为负载提供低压电能，每个抽屉自带隔离开关、接触器、按钮和指示灯，负载柜包括若干卤钨灯和电动机，为整套供配电系统提供有功功率和无功功率，通过自动空气开关控制每台用电设备的启停。整套供配电系统的核心设备包括避雷器、跌落式熔断器、隔离开关、真空断路器、接地开关、变压器、低压断路器、电容器、熔断器、卤钨灯、电动机、电压互感器、电流互感器、无功功率补偿控制器、转换开关、电压表、电流表、功率表、功率因数表、按钮和指示灯等。这些核心设备可以满足日常教学和实训需求。

二、现有实训环节设计

根据现有高低压供配电实训考核设备，考虑到学生实训过程的安全性和可操作性，共设计了11个实训环节，见表1所示。

其中，主接线图的绘制是要求学生根据已学的接线方案和本系统的实际配线过程，绘制出本系统的主接线图并以小组方式进行汇报和讲解，同时考虑到学生对综合知识的利用，课下会让学生将课上讨论的接线图使用ATUO CAD软件绘制成电子版;计算负荷的确定和导线截面积的计算和选择是通过对本系统计算负荷和计算电流的确定，检查变压器、断路器和导线截面积的选择是否符合要求;安全用电规范是要求学生了解安全用电的一般要求并掌握常见安全工器具的使用方法，同时学会触电的紧急救护法;停送电操作要求学生可以独立完成操作票的设计和填写，并严格按照操作制度和监护制度进行停送电操作;无功功率补偿需要学生通过手动和自动两种方式进行功率因数的补偿，其中手动过程中，学生要根据负荷的实际功率因数和目标功率因数（0.85或者0.9），通过计算确定需要投入電容器的个数，投入后观察补偿结果并作好记录。自动过程相对简单，只需要设置目标功率因数，投自动功率因数补偿控制器，观察补偿效果并作好记录，通过手动补偿和自动补偿的对比分析，让学生学会补偿原理和补偿计算方法，熟悉自动补偿装置的使用方法;继电保护综合实训使用一套继电保护实训装置进行继电器特性实验、过电流保护实验和差动保护实验;简单故障排查和处理需要教师设置几个故障点，前提是保证上电后的使用安全，所以设置的故障点不能导致线路短路、温度异常等威胁人身安全和设备安全，可以从接线入手，例如将低压侧的显示仪表或者无功功率补偿装置的接线虚接或者错接，通过观察实际现象，在做好安全措施的前提下，让学生排查问题并进行处理。

三、系统化人才培养的实训课程设置

发展应用技术型教育是我国进行深化教育改革的重要举措之一。应用型本科人才培养的目标定位在于培养工程技术型和技术技能型的复合型应用人才[2]，它和传统高职的培养目标侧重点是不同的，传统高职培养能够应用较复杂的知识和技术并可以适应产业转型升级和企业技术创新的中高层次技术技能人才;应用技术本科培养能够综合应用各种知识和技术去解决实际技术问题并可以进行工程设计、生产现场管理等工作的高层次技术技能人才[3]。应用技术型本科作为职业教育的本科层次，一方面需要体现教育的职业性，注重实践和应用能力的培养;另一方面需要体现教育的高层次性，强化解决难题的能力。系统化人才培养的实训课程设置正好体现了职业性和高层次性。

高职层次的培养重点在于实际操作能力，特别是高低压供配电设备的安装调试、运行调节、日常维护、排故检修的能力，这部分学生毕业后可以很快上手，成为一线出色的技术人员。所以在实训环节设计时，除了完成上文中提到的各项实训任务外，还可以适当增加设备的拆装训练，只有通过拆装训练，才能观察到设备的内部，有利于更好的理解其工作原理，同时加深对机械零部件结构和使用方法的认识。供拆装的设备可以使用学校变电站损坏或者退役下来的设备和零件[4]，也可以采购一些备品备件用于实验。

应用技术型本科层次的培养重点在于对知识的综合应用、现场问题的实际解决和对生产现场的组织管理，这些也是一线技术人员的发展方向。供配电课程的实训环节设计应该立足于工程项目，从绘图识图、设计、施工、监理等多个方面进行知识扩充和综合训练，通过综合性实训项目的训练能让学生体验真实工程环境，能循序渐进地培养学生的电力系统运行、控制、维护、管理等工程实践与科技创新能力[5]，例如以某工厂为例，向学生提供工厂总体布局图、当地供电条件和各车间负荷用电一览表（包括设备名称、型号、容量和备注），做供配电系统总体设计[6]。启发学生根据情景进行思考和讨论，有哪些负荷需要统计和计算？它们如何分组？配电站建立在工厂哪个位置？主接线如何设计？变压器和高低压开关如何选择？电缆如何选择？防雷接地如何实施？施工过程需要注意什么？使学生从工程设计和工程应用的角度去思索和理解课程内容[7]，将枯燥死板的理论知识用到实际中去，通过查询工程资料，掌握供配电系统设计步骤和工程规范。学生可以在原有实训任务的基础上，结合综合课程设计，增加新的训练项目，见表2所示。训练项目需要以学生为主，教师主要是对设计方向和进度进行监督和指导，促进学生独立思考并对设计中的错误和不规范的地方进行指导，学生的设计必须完全符合国家相关标准规范，设计结果的图纸严格按行业电气图标准画法绘制，与实际工程的设计、施工并轨[8-9]，最后对提交的说明书、计算书、计划书和图纸等材料进行总结和点评，让学生初步学会从技术规范和经济角度论证所设计方案的可行性[10]。此外，引导学生对不同的设计方案进行对比分析和讨论，培养学生的独立思维和创新能力[11]。

四、对于实训教学的思考与建议

1.联合企业，共同培养

实训设备模拟的再逼真也无法取代真实的工厂环境，所以如果可以将教学环境搬到企业的配电室，让学生感受生产环境，体会不同工种的分工协作，教学效果会更上一个台阶。所以应该尽可能的联合企业，通过实习、参观、交流等方式共同培养学生。

目前针对供配电课程的合作企业是一家国有供水企业。下属的泵站拥有6台高压水泵及相关控制系统、计量仪表系统、2台主变压器、高压开关柜组、低压配电系统、6台变频器等核心设备，非常适合进行供配电现场教学。通过参观学习，学生可以认识到不同部门的主要职责，熟悉运行部门和检修部门的日常工作，对主要核心设备有了更加深刻的认知。教师可以在生产现场搜集很多教学案例（包括文字和图片）作为大家学习和探讨的原始资料，特别是从检修部门搜集来的排故和检修过程可以作为综合知识学习和演练的素材。通过一系列教学案例的搜集（见表3所示），可以大大丰富课堂教学，学生理解起来也更加直观，提高了学习积极性。

2.引入微课和仿真软件进行教学

学生到真实的工厂或者配电站进行参观实习是十分有效的学习方式，但是很难满足所有学生对每个重要知识点的需求，工厂生产过程不会完全按照教学进度去执行。所以针对这种情况，教师可以将重要的教学环节做成微课，既可以反复使用又可以作为现场教学的补充，丰富了教学资源，使教学设计更加灵活。微课的选题可以是上文提到的搜集起来的教学案例，也可以是从互联网上搜集来的视频案例，例如工程现场的误操作事故案例，这些都可以充分激发学生的学习兴趣[12]。

当前应用型高等教育的基本要求是与工程实际接轨，应该立足于将实际工程与情景教育平台互相融合，形成教育与生产实践密切结合[13]。仿真软件可以模拟出真实的情境，学生在生动形象的情境下进行探究和学习，有利于提高学习兴趣，真实的体验在实际工作中进行操作的感觉。目前使用的仿真软件如图1所示，该系统模拟演示了220KV变电站主接线运行系统，可以实现系统监测、遥控开关、操作票管理、历史记录、报警管理等功能。

3.注重考核环节设计

考核环节不仅可以反映课程内容的重点，而且可以体现人才培养目标[14]，在设计时要将学生学到的知识和技能充分发挥出来，同时需要考慮到各个环节的占比和评分标准。

考核内容可以分成三个环节：基本理论知识测试、实训任务完成情况和工程设计方案。其中，基本理论知识测试采用笔试答卷的形式进行，将实操和工程计算难以囊括的内容设计成试卷形式，考核学生的理论知识的扎实程度;实训任务完成情况是将表1中的实训任务挑选几个出来进行抽签，学生再次完成抽到的实训任务并进行论述和汇报，这样可以有效提高学生平如做实训任务的积极性和专注度;工程设计方案是攥写设计说明书（包括负荷计算、短路电流计算、导线截面积的选择、设备容量和型号的选择、主接线设计等），教师在提供题目、要求、数据和一些基本指导性文件的基础上，要鼓励学生查询最新的网络资料和技术手册等作为参考。

4.结合行业认证机制

基于学生长期职业生涯发展的考虑，实训环节设计时可以结合含金量较高的行业认证，例如国家注册电气工程师。国家对从事电气专业工程设计的专业技术人员实行执业资格注册管理制度，此类考试对于考生的综合知识和实际工程设计经验和能力都有较高的要求。供配电技术作为其中一个比较重要的考查模块，经常从电力系统规划设计、负荷和电流的计算、导线和设备的选择、电气主接线、电气设备布置、防雷接地、继电保护、电气安全等方面出题。所以可以参考注册电气工程师职业资格考试的考试大纲，有侧重的为学生选择合适的实训练习。

供配电课程以其理论知识内容多、难度大，与生产实际紧密结合等为特点，急需进行课程实训环节的有效设计。本文结合现有实训条件，充分考虑安全因素，对学生进行了一系列实训任务的训练，发现教学效果得到了明显的提升。学生不再枯燥的记忆大量的理论知识，而是针对实训设备分阶段进行计算和操作。针对应用技术型本科教育层次设计了综合工程项目，对学生综合知识的应用、现场问题的解决和整体项目的统筹规划形成了系统性提高。此外，将校企联合培养、微课资源、仿真软件和行业认证资源全部整合到一起，通过合理有效的考核机制，建立一整套供配电课程教学改革的建设思路和举措。

參考文献：

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Design and Thoughts on the Training Session of Application-oriented Power Supply and Distribution Courses

CAO Bao-wen

（Tianjin Sino-German University of Applied Sciences， Tianjin 300350， China）

Abstract： Aiming at the training objectives and existing problems of power supply and distribution courses， a series of training tasks are designed with the use of the existing training equipment. For the needs of systematic cultivation， the article puts forward the focus of applied technology education and new experimental session design based on the project， and also gives suggestions， including the joint personnel training with enterprises， the introduction of micro-course and simulation teaching software， the emphasis on the assessment design， and the combination with industry certification mechanism.

Key Words：  Power Supply and Distribution; Training; Systematic Cultivation; Teaching Design