基于工作过程的“发电厂电气设备”教学内容优化

刘 沙，胡启明

（1.广西电力职业技术学院，广西 南宁 530299；2.广西防城港核电有限公司，广西 贵港 538001）

0 引言

“发电厂电气设备”课程是电力相关类专业的必修课程之一，其作为热动专业的基础课程，具有很强的理论性、应用性和实践性，通过本课程的学习可以掌握或了解各种电气设备的结构、原理和应用，同时训练和培养学生分析和解决实际工程问题的能力，为学生毕业后从事电力行业相关工作奠定了必备的理论基础。该课程涉及多个相关学科，涵盖内容多、范围广，而热动专业的学生电气基础知识比较薄弱，学习过程中比较吃力[1]，因此本文从热动学生专业特点出发，以工作过程为导向，将学生的理论实践知识和职业活动结合起来[2]，探讨课程内容设计的优化和知识结构的整理。

1 教学现状

在当前的教学模式中，高职学生的教育主要是“讲授-讨论-练习”结合模式，“讲授”是由授课老师根据学生所学进行知识的引导并抛出相关问题；“讨论”是由学生根据老师提问进行讨论，对分歧意见查询相关支撑理论文件，由老师进行总结和答疑；“练习”通过学校引入的发电厂仿真系统进行相关设备的投退、监视、检修操作来加深理论知识的理解并提高动手能力。目前学校采用的教材主要按设备分类介绍，例如第三章介绍了灭弧原理、而第七章才介绍断路器，中间穿插着低压开关、熔断器、隔离开关内容，后面几章又介绍了厂用电、接地装置、直流、同期等等[3]。教材的每一章都是模块化的设备介绍，课程教学内容整体呈现出繁杂、不连贯、系统性差的特点[4]。这样一来就使学生在学习的过程中无法建立合理的思维逻辑去进行系统的学习。传统的教材内容顺序无法使学生获得较高的学习效率，甚至会降低学生的学习兴趣。

2 优化策略

考虑到热动专业的学生就业方向主要是从事发电厂运行值班员或机械专业的检修工作，电气类课程课时安排不多，因此该门课程在讲述时要考虑到学生整体概念的建立，即“发电-输电-用电”的全过程。优化的课程通过这一电力系统的基本知识线索来设计教学过程，并结合学生容易理解的生活中货物生产、配送、使用的流程，使学生掌握电能从生产、运输到使用的整个过程中各环节的基本原理，建立发电厂电气设备系统运行的总体概念。课程中通过讲解电力系统可能出现的各种问题和现有的解决办法[5]，帮助学生建立基本的专业知识体系。课程总体优化设计如图1所示。

图1 “发电厂电气设备”课程内容总体优化设计

2.1 安全教育

由于电气行业的特殊性，安全意识非常重要，学生在走入工作岗位后总会对现场工作有一种新鲜感，喜欢付诸行动来表现自我，这样一来忽视安全而盲目作业的现象就时有发生，因此课程首先进行电力行业安全教育，结合课程思政建立学生在生活中以及后续工作中的安全意识。

2.2 电力系统

为建立学生对电力系统的总体概念，在学习具体的电气设备前，学生先进行发电厂类型和电力系统的学习（图2），并学习电力系统接线图中常见符号表示，为后续进行系统相关知识的学习打下基础。

图2 电力系统构成

考虑到发电厂设备的特点，以学校现有的660 MW火电厂仿真系统中发变组单元接线为模型，将电力设备分为3 部分：并网前的发变电部分、送至电网的输变电部分以及发电厂自用电部分。

2.3 发变电部分

发变电部分类似于货品的生产过程，课程通过提问、引导的方式环环相扣，将电能产生的知识引出并讲解，激发学生的学习兴趣。问题设置如下：

（1）发电机是如何将汽轮机的机械能转化为电能的？——引出“发电机结构及工作原理”“发电机励磁系统”。

（2）发电机运行后经过的大电流产生的发热是如何进行排出的？——引出“发电机冷却系统”。

（3）发电机升压后如何保持电压输出稳定？——引出“发电机励磁系统”“互感器的结构及工作原理”。

（4）电网都是远距离高压输电线路，发电机发出的电压如何变成电网线路的电压等级？——引出“变压器的结构及运行原理”。

（5）怎么判断发电机变压器组设备的工作是否正常？——引出“发电厂测控和保护系统”。

（6）发电机变压器组电压达到电网的电压等级后如何与电网相连？——引出“发电机同期装置原理”。

（7）发电机并网后如何进行功率调整？——引出“发电机运行监视”。

课程中通过上述7 个问题的逐次抛出、层层递进，引出发电机发电、变电、并网、监视的各个功能和工作原理，同时课程设置了发电机启停机过程中水、气、油系统的操作、发电机启机并网操作、有功功率和无功功率调整操作[6]，加深了学生对发电机发变电部分的印象，其中所设计的内容如图3、图4。

图3 发电厂发变电部分系统

图4 发变电部分授课内容

2.4 输配电部分

在学习发电机启动、变电、并网、监视等回路后，课程引出发电机电能的输送过程，类似货物商品的配送，物流网络会根据用户地址将货物配送到用户手中，通过提问“发电厂的电能是如何送到用电用户的”，进而引出发电厂输配电网部分的内容。发电厂输配电部分主要是厂内变电站和线路，这部分的工作原理有哪些？该部分课程融入了线路倒闸操作的实操内容，并结合现场操作工作票和学习操作过程视频，使教学内容更贴近生产现场，让学生真实感受到电厂输配电的运行过程。课程内容引入过程如下：

（1）变电站和线路的接线形式有哪些？——引出“电气主接线”“断路器和隔离开关的结构和工作原理”。

（2）线路如何停电送电操作？——引出“断路器和隔离开关的结构和工作原理”“电气五防和设备运行状态”。

课程内容如图5。

图5 发电厂输配电设备

2.5 厂用电部分

电站发电机发出的电能主要分两部分，90%以上通过输电线路送至外电网进行用户用电的供给，剩余部分为发电厂厂内系统的转动设备、仪控设备、加热器、照明等设备供电，以保证电厂能够正常运转。厂内用电设备也是发电厂电气设备的重要组成部分，并且这部分设备也可以看作是电能的用户，这与货物运输过程的最后环节配送到用户家中类似[7]，同样通过问题引导学生思考厂用电用户的用电部分包含哪些，形成知识链：

（1）发电厂发出的电能送到千家万户，那电厂是如何保证自己安全稳定运行的？——引出“发电机厂用电接线”。

（2）如果发电机停机了，或者新建发电厂要投入运行，那启动机械设备和电动机的电从哪里获取？——引出发电机厂用电源的不同来源“厂用电源”“备用电源”“应急电源”。

（3）厂用电源也是母线，厂内变电站也有母线和线路，它们的运行方式有什么区别？——引出“电力系统中性点运行方式”。

（4）以火电厂为例，现场有很多输煤、冷却、送风的电动机，电动机是如何控制的？——引出“低压电动机工作原理及控制回路”。

（5）在前面的课程中，介绍了很多的控制、保护、测量回路，如何保证这些装置的正常运行？——引出“直流及UPS 系统供电方式”。

课程通过5 个问题的追问，将厂用电从工作电源到备用电源、再到低电压等级的设备逐次进行介绍引人入胜；课程引入实操项目“厂用电倒送电操作”“厂用电源和备用电源切换操作”来加深学生的学习印象；课程结合学生职业资格证书考取的情况引入低压电工证考核项目“电动机正反转控制回路”使课程更加具有实用性[8]；最后介绍的直流系统与发电厂发电中的保护测量设备正常运行相呼应，使知识跟随电能流程形成闭环。知识内容见图6。

图6 发电厂自用电部分

3 结语

本课程优化后并非按照课本原本的目录进行讲解，而是基于典型发电厂的实际运行过程，先介绍电力系统的结构和组成，让学生有整体的概念，再按照电能发、变、输、用的逻辑将发电厂内电气设备进行结构拆分，然后对每一部分进行逐步介绍，讲解过程参考货物生产-运输-配送-使用的过程，让学生在学习前就明确了课程的知识脉络，符合学生认知发展的内在规律。学生通过学习本课程内容，结合仿真系统实操和电厂学习实践，可初步掌握发电厂电气设备的类型和工作原理。课程的实施设计锻炼了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，为学生后续毕业从事相关专业工作打下了坚实的基础，本课程的教学优化具有重要的意义。