输变电工程典型化设计在电气工程教学中的应用

张义辉

摘要：本文通过“供配电技术”课程体系中的案例教学、课程设计和毕业设计三个层次，研究了国家电网输变电工程典型化设计在电气工程专业教学中的应用。为我校应用型本科教学体系和教学特色的形成打下了坚实的基础。

关键词：输变电工程；典型设计；供配电技术；电气工程

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）05-0104-02

一、供配电技术课程体系的现状

电气工程专业是一个新老结合的专业，而“供配电技术”相关的课程体系，也是一些新老结合的课程，“老”体现在，基本方法和理论比较成熟，没有特别的难点；“新”体现在，输配电及相关技术经过多年的发展，新技术、新装备、新材料、新标准、新手段日新月异、层出不穷。相关的教学一定要跟上技术不断发展的需要。澳大利亚大学在教学中对新技术、新知识、新规范引入到教学中，并取得了非常显著的效果，得到社会的高度认可[1]。

“供配电技术”这门课程及其后续的供配电系统课程设计以及相关的毕业设计就是研究电力的分配和供应的问题，从课程体系来看，主要包括发电、输电、配电和用电四个方面技术，内容十分丰富。不仅涉及理论分析和计算，更与工程实际结合紧密，供配电系统设计更是必须遵循相关的国家设计规范。电气设备的选型还应考虑生产企业产品类型和技术更新，方案设计和系统运行管理应考虑国家节能优化政策等。国外麻省理工学院等知名大学在教学中非常重视将国家设计规范引入到课堂教学中[2]。因此，本课程教学应注意理论联系实际，加强实践训练。

除了理论课和课程设计，供配电相关的毕业设计在我校电气工程专业的毕业设计中占有相当大的比例。据不完全统计，我校供配电设计类型的毕业设计占到了整个电气工程专业毕业设计的20%-25%左右。这就带来了一个难题，前有课程设计，后有毕业设计，学生拿着似曾相识的题目，调动不起积极性。如何界定二者之间的关系，没有一个统一和标准的說法。再加上设计内容脱离实际，设计手段多年不变，不能反映供配电设计的最新成果和最新标准，从而使现阶段的供配电系统相关的课程体系无法达到相应的教学效果。因此，改革“供配电技术”相关课程体系必须追踪近年来供配电行业的新技术、新标准和新规范，建立与之相适应的教学内容、教学手段和教学方法。

二、国网公司配电工程典型设计方案

国网公司典设方案分为配电工程、线路工程和电缆工程三个部分。本文以配电工程为重点探讨其在电气工程专业教学中的应用。配电工程的主要内容是变配电所的典型设计。2005年开始，国家电网公司先后发布了《国家电网公司输变电工程典型设计[3]》，主要包括：10KV配电分册、35KV变电站分册、110KV变电站分册、220KV变电站分册等。

10KV配电分册主要包括10KV开关站典型设计、10KV环网单元典型设计、10KV配电室典型设计、10KV箱式变电站典型设计等。对于一般的中小型工厂或住宅小区供电，一般采用配电室或者箱式变压器居多。比如，10KV配电室典型设计总共包括9个方案，10KV高压侧采用单母线或者单母线分段，进线1-4回，出线1-6回。变压器采用油浸式或者干式，容量选择630或者800MVA。

35KV变电站分册主要包括户内变电站和箱式变电站两大部分。户内变电站又包括A1-A5、B1-B5共10个方案；箱式变电站包括D1-D3共三个方案。以A方案为例，变压器可选择5MVA、10MVA和16MVA，一台或两台。35KV进线1-4回，10KV出线4-12回。电气主接线35KV可选择线路变压器组、内桥、单母线或单母线分段，10KV可选择单母线或单母线分段。布置方式可选择全户外，35KV和主变压器户外、10KV户内等方式。一般的中型企业采用35KV变电站供电。

110KV变电站分册包括户外站A1-A6，户内站B1-B6和半地下站C1-C2三个部分。变压器容量31.5MVA、40MVA和50MVA；可选择三绕组110KV、35KV和10KV，也可选择两绕组110KV和10KV。主接线形式：高压侧可采用线路变压器组、内桥和单母线分段；中压侧和低压侧一般采用单母线分段。户外站110KV配电装置一般采用户外布置，35和10KV采用户内布置。户内站110kV配电装置采用户内GIS开关，10KV也采用户内布置。主变压器可选择户内或者户外布置。大型的冶金、石油等企业总降压变电站一般采用110KV供电。

三、典型设计方案在电气工程教学中的应用

我校的电气工程专业方向包括供配电和发输变电方向，选择变电站设计作为专业教育的突破口，在教学内容中主要考虑要将输变电工程的新标准、新规范应用于教学实践。这需要建设一批典型的案例知识库，采用案例教学的方式，让学生在案例的设计与学习中体会具体知识的应用，这是第一个层次。典型设计方案实际就是由很多案例组成。在实际运用中，我们整理了10KV配电分册中10KV配电室典型设计为例，选择其中的2-3个方案，给出具体的数据，再结合电气部分设计的主要教学内容，计算负荷，选择主变，确定主接线，计算短路电流，选择设备等等。

第二个层次，在课程设计上要需要建立一批与实际工程紧密结合的课程设计库，改变原有课程设计脱离实际、捏造数据，学生互相抄袭的现象，调动学生的学习积极性。课程设计是对课程学习的系统性总结，有了案例教学的例子，再进行一定的扩充和加深，就可以作为课程设计。通过走访调研工矿企业、电力局和电力设计院，收集大量的实际现场数据，课程设计一般选择35KV工厂总降压变电站，也可选择相对复杂的10KV变电站。在设计内容上，课程设计包括工程计算书和设计图纸两部分。除了常规的教学内容，还可以加入继电保护的整定，防雷接地设计等。课程设计除了考察学生相应的计算能力，还要求学生能够根据不同的计算结果和不同的设计规模，选择相应的典设方案，并且根据典设方案的各个子模块具体化。比如按要求确定主接线方案、确定主接线的具体设备，确定主变压器、无功补偿装置的型号，确定站用变压器型号，确定导体和主要电气设备型号及依据等等。课程设计的图纸要求包括：工厂总平面图、变电站平面图，装置式主接线图等。为了避免学生相互抄袭，尽量要求学生的原始数据不完全相同，设计方案也不完全相同。成绩评定包括平时成绩，设计答辩和设计报告三部分。设计答辩要求学生见解本方案的独到见解并由老师提问设计的相关过程，然后根据三部分的综合评定确定学生最终的成绩。

第三个层次，在毕业设计的规划上需要参考相关供配电工程设计的规范和国家电网公司关于输变电工程的典型设计方案，理清实际工程设计和学生毕业设计的关系，采用标准化、模块化的设计思想，设计出有工程实际背景的论文和方案。

毕业设计一般一人一题，宜采用110KV变电站或者220KV变电站为设计对象，除了以上常规的一次系统设计内容，还宜将绝缘配合及防止过电压措施，避雷器选型及其配置情况，站用电及照明，部分二次回路比如计算机监控、保护及自动装置选择、计量装置选型及配置、直流系统等纳入毕业设计，避免以往重一次、轻二次的情况发生。相应的图纸要求包括：工厂总平面图、变电站平面图、装置式主接线图、防雷接地图、站用电接线图、直流系统图、主要微机保护二次图等等。可以看出，毕业设计是课程设计的延伸和进一步深化，而不是简单地重复课程设计的内容。

四、总结

本文将输配电工程行业中广泛应用的典型化、模块化和标准化思想作为课程及实践教学的主要原则，在实践教学的硬件环境上面向企业的工程应用。在广泛讨论和调研和收集现场数据的基础上，建立起符合我校电气工程专业“供配电技术”课程体系案例库及相关的实践环节、课程设计现场数据库，毕业设计方案库，为教学体系和教学特色的形成打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]Hobson，Eric. Electrical Power Engineering Education in an Australian College of Advanced Education，IEEE Transactions on Education. 20-7，Volume：15 Issue：4.

[2]Martinez，F.；Dept. of Electron.，Univ. of Valladolid，Valladolid，Spain；Herrero，L.C.；de Pablo，S.Project-Based Learning and Rubrics in the Teaching of Power Supplies and Photovoltaic Electricity，IEEE Transactions on Education. 2011，Volume：54 Issue：1.

[3]劉振亚.国家电网公司输变电工程典型设计[M].北京：中国电力出版社.2005.