變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室的負(fù)荷計(jì)算與繼電保護(hù)整定教學(xué)組織
變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作有一條清晰的技術(shù)主線：先算負(fù)荷，再選設(shè)備，然后算短路電流、校驗(yàn)設(shè)備與導(dǎo)線，最后做保護(hù)整定與圖紙表達(dá)。這條主線在課本上是分章講授的，學(xué)生在做題時(shí)容易把它拆成互不相關(guān)的計(jì)算訓(xùn)練，到了真實(shí)工程對(duì)象就無(wú)從下手。變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)目的，正是把這條主線還原成一件連續(xù)的設(shè)計(jì)任務(wù)，讓學(xué)生在幾個(gè)相連的工位上完成從原始資料到設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的完整過(guò)程。
負(fù)荷計(jì)算與設(shè)備選型的銜接
需要系數(shù)法是目前課程中講授較多的負(fù)荷計(jì)算方法，其要點(diǎn)是依據(jù)設(shè)備組的類型查取需要系數(shù)與功率因數(shù)，先算出設(shè)備功率，再逐級(jí)匯總到干線、母線與變壓器。以某校實(shí)訓(xùn)樓為例，若動(dòng)力設(shè)備裝機(jī)容量為 320 千瓦，需要系數(shù)取 0.5、功率因數(shù)取 0.8，則計(jì)算有功功率為 160 千瓦、視在功率為 200 千伏安，再考慮同時(shí)系數(shù)與線路損耗，可據(jù)此初選一臺(tái)容量 315 千伏安的干式變壓器。
容量選定之后，選型工作才算開(kāi)始。變壓器的接線組別、阻抗電壓、防護(hù)等級(jí)與冷卻方式都要與使用環(huán)境匹配，室內(nèi)變電所常選帶外殼的干式變壓器，需要關(guān)注外殼防護(hù)等級(jí)與通風(fēng)散熱；室外箱變則要考慮防潮與凝露。低壓側(cè)的框架斷路器按計(jì)算電流的 1.2 至 1.5 倍選取額定電流，并按短路電流校驗(yàn)其分?jǐn)嗄芰εc短時(shí)耐受能力。教學(xué)中不妨讓學(xué)生把計(jì)算書(shū)與設(shè)備樣本對(duì)照逐項(xiàng)核對(duì)，找出哪些參數(shù)由計(jì)算決定、哪些由接口條件決定，避免形成照抄樣本的慣性。
短路電流計(jì)算與校驗(yàn)方法
短路電流計(jì)算是校驗(yàn)工作的基礎(chǔ)。按 GB/T 15544 系列標(biāo)準(zhǔn)給出的方法，需要先繪出等值電路，把系統(tǒng)電源、變壓器、線路的阻抗折算到同一電壓等級(jí)，再按三相短路與單相短路分別求出短路電流周期分量。以 10 千伏進(jìn)線、系統(tǒng)短路容量 200 兆伏安、變壓器容量 1000 千伏安、阻抗電壓 6% 的條件估算，低壓側(cè)三相短路電流約在 20 千安量級(jí)，這個(gè)數(shù)量級(jí)直接決定低壓柜的耐受參數(shù)。
校驗(yàn)的內(nèi)容不止分?jǐn)嗄芰σ豁?xiàng)。電纜的熱穩(wěn)定校驗(yàn)要按短路電流的平方與持續(xù)時(shí)間計(jì)算允許截面，動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)則關(guān)注峰值電流對(duì)母線排與支撐件的作用力。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中最常犯的錯(cuò)誤是只算一個(gè)數(shù)值就下結(jié)論，忽略短路點(diǎn)的選擇會(huì)顯著影響結(jié)果：靠近變壓器的短路點(diǎn)電流較大，靠近線路末端的短路點(diǎn)電流較小但對(duì)保護(hù)靈敏度不利。比較穩(wěn)妥的做法是讓學(xué)生按設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，分別取母線處、干線末端與分支末端三個(gè)點(diǎn)計(jì)算，再據(jù)此同時(shí)滿足選擇性與靈敏度兩個(gè)要求。
繼電保護(hù)整定的配合關(guān)系
保護(hù)整定的關(guān)鍵概念是配合。上下級(jí)保護(hù)之間需要同時(shí)滿足選擇性、靈敏性與速動(dòng)性三個(gè)要求，通常通過(guò)時(shí)間級(jí)差與電流定值的雙重配合實(shí)現(xiàn)。低壓配電中，上下級(jí)塑殼斷路器的時(shí)間級(jí)差常取 0.1 至 0.3 秒，上級(jí)斷路器的短延時(shí)整定值需躲過(guò)下級(jí)保護(hù)范圍內(nèi)短路時(shí)流過(guò)上級(jí)的電流，同時(shí)要保證在本級(jí)保護(hù)范圍末端發(fā)生短路時(shí)具有足夠的靈敏度，靈敏度系數(shù)一般要求不低于 1.3。
變壓器保護(hù)與線路保護(hù)的整定邏輯有所不同。變壓器差動(dòng)保護(hù)的比率制動(dòng)特性需要根據(jù)勵(lì)磁涌流與不平衡電流確定拐點(diǎn)，過(guò)流保護(hù)則要與下級(jí)出線保護(hù)配合并考慮變壓器允許的過(guò)載能力。實(shí)訓(xùn)室若配置了真實(shí)的繼電保護(hù)測(cè)試儀與微機(jī)保護(hù)裝置，學(xué)生就可以把整定值寫(xiě)進(jìn)裝置再做模擬加量試驗(yàn)，觀察動(dòng)作時(shí)間是否落在預(yù)期區(qū)間。做過(guò)一次加量試驗(yàn)的學(xué)生，對(duì)定值單上各個(gè)數(shù)字的來(lái)歷會(huì)有明顯不同的理解。
圖紙識(shí)讀與設(shè)計(jì)成果表達(dá)
設(shè)計(jì)成果的表達(dá)同樣是核心能力。GB 50052 與 GB 50054 對(duì)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、低壓配電設(shè)計(jì)提出了系統(tǒng)性的技術(shù)要求，而設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、系統(tǒng)圖、平面布置圖、二次回路原理圖、設(shè)備材料表則構(gòu)成了交付物體系。實(shí)訓(xùn)室里可以準(zhǔn)備一套完整工程的圖紙，讓學(xué)生先做識(shí)讀練習(xí)，找出其中標(biāo)有改版的部位并說(shuō)明修改原因，再進(jìn)行反向設(shè)計(jì)。
反向設(shè)計(jì)的做法是給出一棟建筑的平面與功能房間清單，讓學(xué)生自行確定變電所位置、配電箱數(shù)量、回路劃分與干線走向，最后把圖紙交給同組同學(xué)評(píng)審。評(píng)審環(huán)節(jié)要設(shè)明確的問(wèn)題清單，例如回路是否過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致電壓損失超出允許范圍、消防負(fù)荷是否做了雙電源末端切換、重要回路的斷路器是否具備隔離功能。這類互評(píng)比教師單向講評(píng)更能暴露理解上的空洞，因?yàn)閷W(xué)生必須為自己的選擇給出理由。
有一點(diǎn)建議值得寫(xiě)入課程說(shuō)明：設(shè)計(jì)類實(shí)訓(xùn)的評(píng)分不宜只看圖紙是否整齊，而應(yīng)看計(jì)算書(shū)、設(shè)備表與說(shuō)明三者是否自洽。當(dāng)同一份作業(yè)里出現(xiàn)計(jì)算功率與所選斷路器額定電流不匹配、電纜截面與熱穩(wěn)定校驗(yàn)結(jié)論沖突的情況，說(shuō)明學(xué)生還在做拼裝練習(xí)，而非真正完成了一次設(shè)計(jì)。