高职院校是国家高技能人才培训基地,目标是培养实践能力强、适应时代需求的高技能应用型人才。
高职院校不断追求发展,非常重视技能实训基地的建设,其中供电保障是工科类职业技术院校技能实训基地必须具备的硬件条件,更是技能实训基地建设中的一个不可或缺的重要环节。安全可靠、技术先进的供配电系统显得日趋重要。笔者所在的福建信息职业技术学院被福建省教育厅、财政厅、发改委确定为“福建省首批示范性高职院校”,被教育部、财政部确定为“国家示范性重点培育的高等职业院校”,是福建省高职院校技能竞赛集训中心,并作为闽台职业教育交流的先行示范校。作为电工技师,近年来参与了学院技能实训基地项目的供配电设施建设,包括规划设计、施工建设、竣工验收全过程。
工科类职业技术院校技能实训基地的供配电设施建设是一个复杂的过程,如何实施“电力先行”,做到有所创新和突破是一个值得研究的课题。笔者以福建信息职业技术学院为例,谈谈怎样构建工科类职业院校技能实训基地可靠、安全、经济、高效环境友好和使用安全智能电网。
1 技能实训基地新概念
工科类职业技术学院技能实训是职业技能实际训练的简称,是高职院校按照人才培养规律与目标,对学生进行职业技术应用能力训练的教学过程,它不同于实验,也有别于实习,并形成自己的特色。
工科类职业技术院校技能实训基地是实训教学过程实施的实践训练场所,其基本功能为:完成实训教学与职业素质训导、职业技能训练与鉴定的任务,并逐步发展为培养高等职业教育人才的实践教学、职业技能培训、鉴定和高新技术推广应用的重要基地。
技能实训基地是一种人才培养空间,其主要功能是实现课堂无法完成的技能操作,有目的、有计划、有组织地进行系统、规范、模拟实际岗位群的基本技能操作训练。
技能实训基地的面貌今非昔比,尽可能贴近生产、技术、管理、服务第一线,努力体现真实的职业环境,让学生在一个真实的职业环境下,按照未来专业岗位群对基本技术技能的要求,得到实际操作训练和综合素质的培养。
同时,最新技术要求是职业教育的方向标,紧跟时代发展前沿的综合性生产训练项目,体现新技术、新工艺,瞄准实际操作人才缺乏的高技术含量和新技术行业的职业岗位,在技术要求上要具有专业领域的先进性。设备齐全,仪器先进,使学生在实训过程中,学到和掌握本专业领域实际应用的本领。
2 技能实训基地的供配电保障
技能实训基地的新概念带来了新思维,而确保电网的安全稳定运行及供电的安全性和可靠性,是保证技能实训基地正常有效工作、实现教育教学功能的前提,这正是电工肩负的重要使命。
供配电系统由交流电源、供配电线路、配电控制和用电设备组成。供配电主要的衡量指标是供电可靠性。工科类职业技术院校技能实训基地所面临的供配电稳定性和可靠性问题,强化保障电网的安全稳定运行,成为关注的焦点。工科类技能实训基地的电力供电系统既有通用性,又因学科专业不同,存在相应行业的特点。
以福建信息职业技术学院为例,技能实训基地既有电子通讯基站、电脑微机房,机械加工车间,又有商务中心、超市商场等,实训设备的大笔投入,引入行业的新技术、新设备,让学生在高仿真环境中进行实训。
科学技术的发展、高新技术的出现,同时随着社会经济高速发展,人们生活水平日益提高,以人为本的思想不断深入至社会各个层面,管理模式也从粗放式向精细化转变,技能实训基地的建设也由满足基本的使用要求向更安全、更舒适的设计理念转变。技能实训基地的供配电也迈向更可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的智能电网更高标准。
针对工科类职业技术院校技能实训基地供配电不确定性因素增多的特点,以及供电保障中的难点问题,需积极寻求解决方案,有序推进供配电设施建设。在实训基地供配电保障方面应注重以下几点:
2. 1 供电能源质量保障
正常供电电源由市电网供电,市电正常供电电压有+7% ~10%的波动。实际上表面上看似相同的电力在用电负荷、用电时间、可靠性等多个维度上都存在差异。由于市电电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压,尤其是电网内部的变化,刀开关操作浪涌、大型电力设备起动停止、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边,使电网出现电压跌落、电压尖刺、扰动和中断等电能质量问题。对此,可采取以下2种处置方式:
2. 1. 1 供电能源质量外部因素处置
机电工程系的机械加工设备多,如数控加工中心等机电一体化机床,由于电功率大,易受邻近大功率用电设备启动、制动影响,造成电源电压波动,机床用电系统对电压和容量要求很高,需要高可靠性稳定电源。
实例:机电工程系数控加工中心设备用电由福州市西北二环变压器市电直供,受市电网负载存在高峰、低谷影响,三相电源电压变化,有时高达420V以上。由于机床设备内部设计有过/欠压保护装置,一旦电网电压超差,机床自动报警并同时处于保护状态。为此向国家电力客户服务9559报告,经福州市电业局派人现场实测,根据实际状况,按我们的要求,调整了供电变压器的高压分接头,电源电压恢复至正常值,数控加工中心设备正常起动运行。
2. 1. 2 供电能源质量的技术性深化处置
而技能实训基地中的数据中心、计算机网络、电子自动化系统对供电能源的电压、频率、相位、波形等都有更高的要求,需求电能高质量,涉及大量复杂的技术性问题。
特别是学院信息中心中央控制室的计算机数据中心系统、网络服务器、数据存储等设备,不但复杂、精密、昂贵,而且机器能否安全正确运行将直接影响全院的教学、管理大局。信息中心中央控制室的供配电系统建设面临着一系列转变:从分散供电向集中供电转变;从非在线不间断供电向纯在线不间断供电转变;从关注供电保障向关注数据安全保障转变;从关注单个设备的高可靠性向关注整个系统的高可靠、高可用性转变。
技术领先是取胜的关键因素,建立一个“一体化”的供配电系统已经成为大势所趋。供配电系统要求高质不间断电源,采用市电双电源自动切换,并使用在线式UPS不间断电源供电(在线式UPS则是由逆变器产生净化了的交流电),确保了电源高稳定可靠。
2. 2 电线电缆的选择
在选择配电电缆时,通常都根据敷设条件确定电缆型号,再按发热条件选择电缆截面,最后选出符合其载流量要求,并满足电压损失及热稳定要求的电缆截面。
供电干线电缆截面的选择还须适当考虑备用设备的用电和新增设备的用电。选择看似简单,为了选择安全而又经济的电缆,还要从多方面因素综合考虑。电线电缆应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。
2. 2. 1 YJV型和VV型电缆
YJV型交联聚乙烯电缆和VV型聚氯乙烯电缆,是工程建设中普遍选用的2种电缆。常用的VV与YJV的主要区别在于:
1)电缆绝缘层与护套的不同材质,YJV绝缘用的是交联聚乙烯,VV绝缘用的是聚氯乙烯;
2)电缆工作允许温升有区别, VV类电缆导体运行最高额定温度为70℃,短路时(持续时间小于秒)最高温度不超过160℃;YJV类电缆导体运行最高额定温度为90℃,短路时(持续时间小于5s)最高温度不超过250℃;
3)YJV型交联电缆与VV型电缆相比,虽然价格略贵,但具有外径小、重量轻、载流量大、寿命长的特点,更为主要的是在电气火灾时,由于其绝缘材料不含氯,燃烧时不会产生有毒气体,不会产生二次危害,符合现代消防安全要求。从电缆的绝缘性能、环保性能和耐候性能等方面看,YJV电缆在各方面比VV电缆性能更优异。技能实训基地供电干线用以传输和分配大功能电能的电缆,载流量一般比较大,对电力电缆的要求提高,其动力电缆首选YJV型交联聚乙烯电缆。
2. 2. 2 电线电缆截面选择与电压损失进行校验电线电缆作为导体的一种,其截面大小选择除了载流量要满足计算电流要求外,还应按电压损失进行校验。特别是选用6mm2、10mm2截面的电缆作远距离配电干线,不可忽略线路压降等,应进行电压损失计算,用以校验所选用的电缆截面是否满足用电设备端电压的要求。
2. 3 低压断路器选择与断路器的级联配合低压断路器俗称自动空气开关,可用来接通和切断负载电路。它包容了闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能,在电路发生过载、短路或欠电压时能自动分断电路,是低压配电网中一种重要的保护电器,在技能实训基地被广泛使用。
对担负着重要作用的低压断路器的性能及可靠性等方面的要求越来越高,要求供电质量可靠、功热稳定性好、低压断路器要具备选择性保护和高通断能力等。
低压配电线路采用断路器作短路保护时,断路器的分断能力必须大于安装处可能出现的短路电流,对低压断路器过流脱扣器额定电流进行选择和整定,确保过电流脱扣器动作的灵敏度。保障配电系统达到安全运行的要求,低压断路器的上下两级之间的选择性配合,必须具有“选择性、快速性和灵敏性”,满足下列条件:
1)先决条件是上级断路器的固有分断时间比下级断路器的全分断时间短,也就是说下级断路器出口端短路时,下级未来得及切断短路电流,上一级先行切断了短路电流;
2)下级断路器虽不能切断短路电流,但下级断路器及其被保护的线路应能承受短路电流的通过;
3)尽可能限制断电范围,低压断路器越级切断电路不应引起故障线路以外的重要负荷的供电中断。
3 供配电建设过程动态管理
实训基地建设方案,应根据职业教育的特点,按照学院专业建设需要,从职业岗位与岗位群要求出发建设实训基地,使学生能够进行职业岗位能力训练,达到培养高素质应用性人才的目的。供配电设施工程是技能实训基地整体建设工程的组成部分,要按国家标准规范设计、施工、监理和验收,确保供电可靠,技术先进,提高电能质量,节约能源。供配电工程设计施工的技术改造创新以及质量监督和验收更是保证电力网络安全运行的重要环节。
3. 1 设计前期工作
在设计前期,必须针对工科类实训基地供配电设施工程建设要求,进行充分的资料收集、分析和现场调研,分门别类征求相关系部专业人员的意见,开列设备清单,勾划平面布置图,按照负荷性质、用电容量、学科专业特点和供电条件,提出相应要求。
再根据工程特点、规模和发展规划,从全局出发,做到远近期结合,综合计算并前瞻性留有扩展余量,结合学院供电网实际后,确定供电方案,将第一手资料交给设计院。
电气图纸的规范设计应满足7个质量特性规定的要求,即功能性、安全性、经济性、可信性、可实施性、适应性及时间性。
对设计院的设计草图进行校对审核,再次征求相关系部专业人员的意见,在细节方面进一步完善,提出补充修改意见。设计院通过修改,设计蓝图定稿。电气图纸会审是一项极其严肃和重要的技术工作。认真做好图纸会审工作,对于减少施工图中的差错,保证和提高工程质量有重要的作用。在图纸会审前,应该预先认真阅读施工图,熟悉图纸的内容和要求,对施工图进行看图和读图。看图属于总体上的把握,读图则是加深对具体设计节点、详图的理解。把疑难问题整理搜集记录下来,在图纸会审和设计交底时提出来,逐项加以解决。
图纸会审,由建设单位组织,分别由设计单位、监理公司、机电安装单位参加,有步骤地进行,并按照工程的性质、图纸内容等分别组织会审工作。会审结果形成纪要,作为施工图的补充技术文件。
3. 2 工程施工配合
在工程项目施工过程中,要经常踏勘建设中的工地,结合现场客观情况,解决施工现场暴露出来的设计问题、设计与施工相配合的问题。按照工程监理规范的要求,采取旁站、巡视和平行检验等检查形式,对工程实施监理。供配电工程应严格按设计图纸、国家电力建设规范进行施工,确保工程质量。
供配电设施工程所使用的电气产品质量必须符合现行的国家标准和行业标准规定。电气产品、工程电气线路和电气开关的设置关系到生命财产安全,国家对电工产品实施强制性监督管理,中国CCEE的认证标志———长城标志,成为电工产品安全质量的信誉标志。在设计施工中,线路导线、开关等器件都必须选用有质量保证、有安全可靠技术性能、并经安全认证的正规合格产品。对工程所使用的主要电工材料的进场,应查验合格证、认证标志或实验报告,检测货真价实、品质保证。质量是工程项目的生命,是工程项目管理的重中之重。电气工程中的质量控制应把“质量第一、安全第一”放在首位,应根据工程的自身特点,对施工中的每一个环节都要实施有效的动态控制,做好技术交底,认真监督好从材料采购、施工过程到工程验收的全过程,并且建立良好的质量管理体系,提高供配电设施建设的工程质量。
3. 3 供配电系统竣工调试
供配电设施建设工程,必须符合国家或行业工程质量标准,完成工程设计和合同约定的各项内容,有完整的工程技术经济资料,并具备国家规定的其它竣工验收条件。
供配电系统具备了竣工验收条件后,应进行必要的试验、核查,按电气工程验收标准进行开机测试、检查。
供配电设施质量检查验收应进行必要的实验如:电器通电,灯具试亮、开关试控制、联机调试等。高低压电气设备、布线系统及继电保护系统应按现行的国家标准规定进行试验调整和交接试验,调试单位应出具试验调整和交接试验报告。项目竣工后要向施工单位索取按照工程实际情况所绘制的竣工图等技术资料,竣工图是真实地记录各种地下地上建筑物、构筑物的技术文件,是对工程进行交工验收、维护、改建、扩建的依据,是重要技术档案。
对重要用电场所的验收,还应对特殊供配电设施模拟进行实验、检验。
以学院信息中心中央控制室为例:
该中央控制室供配电系统设计采用双回路市电电源供电和UPS不间断电源组成组合方式供电、事故照明等。
双回路市电电源供电开关电器采用的自动转换开关,简称为ATSE。ATSE自动转换开关主要用在供电系统,将负载电路从一个电源自动换接至另一个(备用)电源的开关电器,以确保重要负荷连续、可靠运行。
自动转换开关可靠性尤为重要,转换一旦失败,将可能造成电源间的短路或重要负荷断电(甚至短暂停电),其后果都是严重的。
验收时应检测自动转换开关电器控制功能完善可靠,应具有手动控制、自动控制功能:在手动状态时,不管电源正常与否,任何一路均能正常合闸,保证紧急情况下的电源投入;在自动状态时,具有自动检测两路电源中任何一相电压的功能,两路电源中任何一相的欠压、过压、缺相均能检测,并判断为该路电源故障,执行相应的切换操作。
ATSE自动转换开关转换程序检测:
1)如果常用电源被检测到出现偏差时,则自动将负载从常用电源转接至备用电源;
2)如果常用电源恢复正常时,则自动将负载返回转接到常用电源。
ATSE自动转换开关机械联锁和电气联锁检测:应具有双重保护功能,机械结构不会出现脱扣、卡阻等机械故障,防止在同一时间2个电源同时投入使用,可靠性高。
ATSE自动转换开关具有0位,在0位检修时,应实测其具备的挂锁功能,确保检修人员及设备的安全。
ATSE自动转换开关转换速度整定:出厂整定转换速度一般小于0. 3s,转换时间可自由确定,也可从上下级开关动作配合的需要,确定ATSE自动转换开关的转换时间。
UPS不间断电源是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。当市电输入正常时,UPS将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内蓄电池组充电;当市电中断(事故停电)时, UPS立即将机内蓄电池组的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
UPS作为保护性的电源设备,它的性能参数具有重要意义,也是我们检测时的重点。市电电压输入范围宽,则表明对市电的利用能力强(减少电池放
电)。输出电压、频率范围小,则表明对市电调整能力强,输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性,而电压稳定度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时,输出电压的稳定性。还有UPS效率、功率因数、转换时间等都是UPS性能的重要参数,决定了对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好,保护能力也越强。UPS的输出为一稳频稳压、滤除杂讯,不受电网波动干扰、低失真度的纯净正弦波电源。在线式则几乎可以解决所有的常见电力问题。UPS不间断电源使信息中心中央控制室工作正常进行,为现代IT提供强大支持。信息中心中央控制室还设置了应急照明,应急照明平时市电供电,市电断电时,自动切换UPS供电做应急照明。
初验收时,在模拟市电断电,按应急照明开关,接通时电路时发生了非常情况,当时应急照明荧光灯灯管亮度超常,随即灯具周边冒出团团烟雾,电子镇流器烧坏。见此情在场电工紧急关闭开关,但已为时过晚。经施工方电工检查是应急照明回路中与市电联络断电闭合的继电器线路接错,导致应急照明供电电压异常升高,其结果是付出了更换7套双管日光灯具中的全部灯管、电子镇流器代价。重新接线及维修后,应急照明正常工作。
4 结语
回顾近几年,配合学院技能实训基地的的建设,作为电工技师,笔者参与筹划、建设了既能满足不同学科专业需求,又突出行业特点,高质量、高水平的实训基地的供配电系统,为技能实训基地锦上添花,保驾护航。
建成后,技能实训基地(包括多个国家级、省级培训考核实训基地)的供电系统运行正常,保障有力;学院与世界500强企业———美国通用电气公司合作设立的“自动化系统实验实训基地”,具有国内一流实训设备条件和实训环境。技能实训基地为学生实验、实习、实作以及教师科研等提供技术与环境支持,成为高新技术应用平台。学院信息中心中央控制室建成后,成为学院网络管理控制、闭路电视播控、多媒体教学录播及多媒体资源的中枢,成为一个现代化的高标准的信息控制管理中心。
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