典型案例在《供電工程》教學研究中的應用

張冉

摘? 要：供電工程是電氣工程及其自動化專業的專業必修課之一，由于學生缺乏電力系統基本原理和現場設備的了解基礎較差，且該課程非考研科目，因此學生學習該課程知識的效率不高。為了提高學生學習供電工程的積極性和主動性，將電力系統中的電氣安全和防雷過電壓等關鍵問的的典型案例引入課程的教學中，講理論知識與現場實際相結合，可以提高學生掌握相關知識點的效率和積極性。

關鍵詞：案例法? 供電工程? 教學研究

中圖分類號：G71 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（c）-0159-02

《供電工程》是高等學校工科電類專業的一門專業課。課程內容涵蓋了電氣安全、負荷計算與分級、供配電系統與電氣設備選擇、電氣主接線、短路電流計算、電力線路選擇、二次回路、防雷及過電壓等電力系統基本內容。為了建設以航空為主要特色的高水平應用型大學，筆者學校電氣工程學院在大三上學期開設了《供電工程》課程，共32學時，教材為機械工業出版社出版的國家十一五規劃教材《工廠供電》。由于該課程并非考研專業課，而且學生在未參加畢業實習時對電力系統的運行原理和現場設備的認知基礎較差，學生普遍學習積極性不高。為此，該文將供電工程中的典型案例應用于課程的教學過程中，通過結合現場實際，引導學生積極主動地學習課程內容。

1? 供電工程中的電氣安全案例

某座建筑物由一臺1000kVA變壓器采用TN-C-S系統供電，小間的移動式設備由末端配電箱供電，回路首端裝有單相In=20A斷路器，建筑物做總等電位聯結，已知截面為50mm2、6mm2、2.5mm2銅電纜每芯導體在短路時每公里的熱態電阻值為：0.4Ω、3Ω、8Ω。

1.1? 故障電流

故障電流是指發生相線碰外殼接地故障時的電流。該移動式設備發生相線碰外殼接地故障時，故障點阻抗、變壓器零序阻抗和電纜電抗可忽略不計的情況下分析計算回路故障電流Id。根據實際接線，可以根據對小間內移動設備發生相線碰外殼接地故障時的電路進行分析。因此，故障電流Id為：Id=U0/（R建筑物外相線+R建筑物內相線+R小間內相線+? ? ?R小間內PE+R建筑物內PE+R建筑物外PEN）=220/[2×（0.15×0.4+0.07×3+0.02×8）]=255.81A。該案例給出了建筑物外PEN線與相線截面相同、建筑物內PE線與相線截面相同和小間內PE線與相線截面相同的條件，因此計算故障回路電阻時可以乘2。

1.2 接觸電壓

接觸電壓是指發生接地故障時，人體接觸的導電部位與大地之間的電壓。流過人體的故障電流應該小于安全電流30mA。假設移動設備相線碰外殼的接地故障電流為200A。在建筑物內實施總等電位聯結MEB后，該移動設備外殼上的預期接觸電壓Ut1為小間內PE線上的電壓降加上建筑物內PE線上的電壓降，即Ut1=Id×R小間內PE+Id× R建筑物內PE=200×0.07×3+200×0.02×8=74V。采用總等電位聯結后的預期接觸電壓為故障接地點到總等電位聯結的電壓，即PE小間內PE線上的電壓降加上建筑物內PE線上的電壓降。可以看出，總等電位聯結對于降低預期接觸電壓有一定的效果，但是預期接觸電壓仍然大于安全電壓50V。在小間內實施局部等電位聯結LEB后，該移動設備外殼上的預期接觸電壓Ut2僅為小間內PE線上的電壓降，即：Ut2=Id×R小間內PE=200×0.02×8=32V。采用局部等電位聯結后的預期接觸電壓為故障接地點到局部等電位聯結的電壓，即小間內PE線上的電壓降。與總等電位聯結相比，減少了建筑物內PE線上的壓降，因此也就有可能將預期接觸電壓降低到安全電壓50V以下。從該案例可以很好地說明局部等電位聯結的作用。在移動設備供電回路的首端安裝額定電流In為20A的斷路器，斷路器的瞬動電流為12In，根據《GB 50054-2011低壓配電系統設計規范》，短路電流應不小于1.3×12×20=312A。

2? 供電工程中的防雷和過電壓案例

對注冊電氣工某廠根據負荷發展需要，擬新建一座110/10kV變電站，用于廠區內10kV負荷的供電，變電所基本情況如下：（1）電源取自地區110kV電網（無限大電源容量）;（2）主變采用兩臺容量為31.5MVA三相雙繞組自冷有載調壓變電器，戶外布置。變壓器高、低壓側均采用架空套管進線;（3）每臺變壓器低壓側配置兩組10kV并聯電容器，每組容量2400kVA，用單星形接線，配12%干式空芯電抗器，選用無重燃的真空斷路器進行投切;（4）110kV設備采用GIS戶外布置，10kV設備采用中置柜戶內雙列布置;（5）變電站接地網水平線地極采用?20熱鍍鋅圓鋼，垂直接地極采用L50×50×5熱鍍鋅角鋼，接地網埋深0.8m。

2.1 直擊雷防護措施

該變電站采用獨立避雷針進行直擊雷保護，具體要求為：（1）獨立避雷針宜設獨立的接地裝置。在非高土壤電阻率地區，其接地電阻不應超過10Ω;（2）獨立避雷針宜設獨立的接地裝置，接地電阻難以滿足要求時，該接地裝置可與主接地網連接，但避雷針與主接地網的地下連接點至35kV及以下設備與主接地網的地下連接點之間，沿接地體的長度不得小于l5m;（3）獨立避雷針不應設在人經常通行的地方，避雷針及其接地裝置與道路或出入口等的距離不宜小于3m，否則應采取均壓措施，或鋪設礫石或瀝青地面，也可鋪設混凝土地面。架空線路防止雷電反擊的措施，依據《交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合》DL/T 621-1997第5.1.2條c款。因雷擊架空線路避雷線、桿頂形成的作用于線路絕緣的雷電反擊過電壓，與雷擊參數、桿塔型式、高度和接地電阻有關，宜適當選取桿塔接地電阻，減少雷電反擊過電壓的危害。

2.2 過電壓防護措施

依據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》DL/T 620-1997中第4.2.1條，范圍I（系統最高電壓3.6～252kV）的線路合閘和重合閘過電壓一般不超過3.0倍，通常不需要采取限制措施。依據《并聯電容器裝置設計規范》GB 50227-95第4.2.10.3條：當需要限制電容器極間和電源側對地過電壓，且電抗率為12%及以上時，可采用避雷器與電抗器并聯和中性點避雷器的接線。

3? 結語

該文將供電工程中電氣安全、防雷過電壓等常見問題作為案例引入課堂教學，將教材的理論知識與生產實際問題相結合，從而使學生更透徹地理解課程相關知識點，并學會解決實際問題的能力。此外，還可以將負荷分級和計算、電氣主接線等實際案例融入課堂的教學過程中，提高學生學習效率。

參考文獻

[1] 霍曉玉，劉磊.應用型本科電力工程課程實踐教學改革初探[J].科技視界，2017（33）：15-17.

[2] 宋佳音，唐文秀，周洪威.《工廠供電》課程工程化教學模式探索[J].電力系統及其自動化學報，2014（5）：60-61.

[3] 張連群.工廠供電工程設計方法分析[J].電子技術與軟件工程，2013（7）：82-84.