Tổng quan về giáo trình

Giáo trình môn học: Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp là tài liệu đào tạo chuyên môn nội bộ của Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), được ban hành theo Quyết định số 206/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 và hoàn thành biên soạn vào tháng 06 năm 2022 tại Bà Rịa – Vũng Tàu. Tài liệu do nhóm tác giả gồm Nguyễn Lê Cương (Chủ biên), Lê Thị Thu Hường và Nguyễn Xuân Thịnh trực tiếp biên soạn.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo của nhà trường, môn học mang mã số ELET52137, thời lượng 45 giờ (bao gồm 14 giờ lý thuyết; 29 giờ thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập; 02 giờ kiểm tra), tương đương 02 tín chỉ. Môn học thuộc nhóm môn học/mô-đun chuyên môn ngành nghề bắt buộc (vị trí số 19 trong khung chương trình 28 môn), áp dụng cho nghề Thí nghiệm điện và nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp.

Mục tiêu học tập (learning outcomes) của giáo trình xác định trên ba phương diện:

  • Về kiến thức: Đọc hiểu sơ đồ nối điện chính của nhà máy điện và trạm biến áp; mô tả kết cấu các thiết bị phân phối điện; giải thích tính năng, tác dụng của mạch thứ cấp và nguồn thao tác; trình bày các quy định, quy trình vận hành, thao tác và xử lý sự cố thiết bị trạm điện.
  • Về kỹ năng: Tính chọn các phần tử trong sơ đồ nối điện; nhận biết hư hỏng, chế độ làm việc bất thường; lập phiếu thao tác thiết bị và thực hiện đúng quy trình vận hành hệ thống điện.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn trọng, tỉ mỉ, chính xác và tư duy độc lập khi thao tác trên các thiết bị điện áp cao.

Cấu trúc giáo trình gồm 7 chương logic, phân bổ thời lượng thực hành chiếm 64,4% (29/45 giờ), tiếp cận trực diện từ cơ sở lý thuyết thiết bị sơ cấp/thứ cấp sang quy trình thao tác và xử lý sự cố thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 7 chương chuyên đề theo trình tự công nghệ:

  • Chương 1: Khái niệm về nhà máy điện và trạm biến áp (2 giờ lý thuyết): Phân loại và phân tích đặc tính các loại hình nguồn điện gồm nhà máy nhiệt điện (nhiệt điện ngưng hơi NĐN, nhiệt điện trích hơi/rút hơi NĐR), thủy điện, điện nguyên tử (cơ chế lò phản ứng, nhiên liệu Uranium/Torium), điện gió, điện mặt trời và thủy triều. Phân loại trạm biến áp (trạm tăng áp tại nhà máy điện, trạm hạ áp tại phụ tải, trạm trung gian liên lạc).
  • Chương 2: Máy biến áp điện lực và máy biến áp đo lường (1 giờ lý thuyết, 2 giờ thực hành): Cấu tạo lõi thép (ghép từ các lá tôn cán nóng/lạnh $0,35 - 0,5\text{ mm}$, hợp kim $4 - 6%\text{ Si}$) và cuộn dây đồng dẹt bọc giấy tẩm dầu cách điện. Phân tích nguyên lý, tham số của 4 loại máy biến áp lực: 2 cuộn dây, 3 cuộn dây, cuộn dây phân chia ($S_1 = S_{đm}$, $S_{21} = S_{22} = S_{đm}/2$), và máy biến áp tự ngẫu (MBATN) hoạt động theo 3 chế độ: tự ngẫu, biến áp, liên hợp. Trình bày chi tiết máy biến điện áp (BU/VT) với điện áp thứ cấp chuẩn hóa $100\text{V}$, $100/\sqrt{3}\text{V}$ và máy biến dòng điện (BI/CT) với dòng điện thứ cấp định mức $1\text{A}$ hoặc $5\text{A}$, cùng các cấp chính xác đo lường từ $0,1$ đến $10$.
  • Chương 3: Sơ đồ nối điện chính và tự dùng của nhà máy điện và trạm biến áp (3 giờ lý thuyết, 7 giờ thực hành): Khảo sát cấu trúc các sơ đồ thanh góp: sơ đồ 1 thanh góp (không phân đoạn, phân đoạn bằng dao cách ly CLPĐ, phân đoạn bằng máy cắt MCPĐ, có thanh góp vòng $\text{TG}_v$ và máy cắt vòng $\text{MC}_v$); sơ đồ 2 thanh góp (sơ đồ châu Âu); sơ đồ nhiều máy cắt (sơ đồ 2 thanh góp có 2 MC/mạch kiểu Mỹ, sơ đồ một rưỡi có 3 MC cho 2 mạch). Phân tích sơ đồ nối điện chính nhà máy NĐN (sơ đồ bộ đơn, bộ hợp bộ, bộ hợp nhất) và NĐR (kháng điện phân đoạn KĐPĐ, kháng điện đường dây đơn/kép/nhóm). Cấu trúc hệ thống tự dùng cấp $6 - 10\text{ kV}$ và $0,4\text{ kV}$ với phương thức dự trữ hở (lạnh) và dự trữ kín (nóng).
  • Chương 4: Mạch thứ cấp trong nhà máy điện và trạm biến áp (2 giờ lý thuyết, 2 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Khái niệm, ký hiệu quy ước và chức năng của các phần tử mạch thứ cấp: đo lường, bảo vệ rơ le, tự động hóa, kiểm tra cách điện, mạch điều khiển và tín hiệu đóng cắt của máy cắt ($C_đ, C_c, \text{KĐK}$).
  • Chương 5: Thiết bị phân phối điện (2 giờ lý thuyết, 8 giờ thực hành): Cấu trúc, đặc tính kỹ thuật và giải pháp mặt bằng của thiết bị phân phối (TBPP) trong nhà và ngoài trời ở các cấp điện áp khác nhau.
  • Chương 6: Thao tác vận hành thiết bị trạm và thao tác án động và xả án động các thiết bị chính (2 giờ lý thuyết, 4 giờ thực hành): Trình tự thao tác chuyển đổi thanh góp, cô lập máy cắt, đóng cắt dao cách ly, nối đất an toàn và quy trình viết phiếu thao tác, án động, xả án động thiết bị.
  • Chương 7: Các sự cố thường gặp và cách xử lý sự cố các thiết bị phân phối (2 giờ lý thuyết, 6 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Dấu hiệu nhận biết, nguyên nhân và biện pháp xử lý sự cố đối với máy biến áp lực, máy cắt điện, dao cách ly và thiết bị đo lường (BU, BI).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống cơ sở lý thuyết kỹ thuật điện chuyên ngành:

  • Định luật cảm ứng điện từ trong máy biến áp: Xây dựng phương trình sức điện động cảm ứng sơ cấp và thứ cấp: $$e_1 = -w_1 \frac{d\Phi}{dt}, \quad e_2 = -w_2 \frac{d\Phi}{dt}$$
  • Nguyên lý phân tách công suất trong máy biến áp tự ngẫu: Phân định rõ thành phần công suất biến áp truyền bằng quan hệ điện từ ($S_{BA} = [U_C - U_T] \cdot I_C$) và công suất truyền trực tiếp bằng liên hệ điện ($S_đ = U_T \cdot I_C$), từ đó dẫn xuất công thức công suất mẫu (công suất tính toán) giúp tối ưu hóa dung tích lõi từ và kích thước máy.
  • Nguyên lý chuẩn hóa tín hiệu nhị thứ và an toàn lưới điện: Cơ chế biến đổi điện áp và dòng điện cao áp về thang đo tiêu chuẩn ($100\text{V}$, $1\text{A}/5\text{A}$), nguyên tắc nối đất cố định cuộn thứ cấp BU/BI để chống rò điện áp cao, và nguyên tắc nghiêm cấm ngắn mạch thứ cấp BU cũng như cấm hở mạch thứ cấp BI.
  • Lý thuyết hạn chế dòng ngắn mạch: Ứng dụng kháng điện đường thẳng và kháng điện đường vòng nhằm giới hạn dòng ngắn mạch trên các phân đoạn thanh góp điện áp máy phát.
Loại hình nhà máy / Trạm biến áp Tỷ lệ tự dùng cực đại ($P_{tdmax}/P_đ$) Cấp điện áp tự dùng chính
Nhiệt điện ngưng hơi (NĐN) - Chạy than $6% - 8%$ $6\text{ kV} / 10\text{ kV}$ và $0,4\text{ kV}$
Nhiệt điện ngưng hơi (NĐN) - Chạy dầu, khí $3% - 5%$ $6\text{ kV} / 10\text{ kV}$ và $0,4\text{ kV}$
Nhiệt điện rút hơi (NĐR) - Chạy than $8% - 14%$ $6\text{ kV} / 10\text{ kV}$ và $0,4\text{ kV}$
Nhiệt điện rút hơi (NĐR) - Chạy dầu, khí $5% - 7%$ $6\text{ kV} / 10\text{ kV}$ và $0,4\text{ kV}$
Thủy điện (TĐ) - Công suất lớn $0,5% - 1%$ $0,4\text{ kV}$ (một số cơ cấu $6 - 10\text{ kV}$)
Thủy điện (TĐ) - Trung bình và nhỏ $2% - 3%$ $0,4\text{ kV}$
Trạm biến áp (TBA) - Trạm nút $200 - 500\text{ kW}$ $380/220\text{ V}$ (trung tính nối đất)
Trạm biến áp (TBA) - Trạm cụt $50 - 200\text{ kW}$ $380/220\text{ V}$ (trung tính nối đất)

Kỹ năng phát triển

Nội dung các chương rèn luyện 3 nhóm kỹ năng chuyên môn:

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc, giải đoán bản vẽ sơ đồ nguyên lý nối điện chính, sơ đồ phương thức phân đoạn thanh góp; phân tích sơ đồ mạch điều khiển, liên động và mạch tín hiệu máy cắt; xác định đúng các thông số định mức của khí cụ điện và thiết bị phân phối.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện giữa các cấu hình sơ đồ trạm (1 thanh góp, 2 thanh góp, sơ đồ một rưỡi); chẩn đoán nguyên nhân sự cố quá nhiệt, phóng điện cách điện, kẹt cơ cấu truyền động của dao cách ly, máy cắt và thiết bị đo lường.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Soạn thảo phiếu thao tác thiết bị theo quy trình kỹ thuật; thực hiện chuẩn xác trình tự đóng/cắt dao cách ly và máy cắt; áp dụng đúng biện pháp an toàn án động, xả án động và nối đất lưu động tại trạm phân phối.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể phương pháp tổ chức dạy - học và tiêu chí đánh giá môn học:

  • Phương pháp giảng dạy (Pedagogical approach): Giảng viên sử dụng các phương pháp giảng dạy tích cực bao gồm diễn giảng chuyên đề, vấn đáp tương tác và dạy học giải quyết vấn đề kỹ thuật (problem-based learning). Bài giảng lý thuyết được thiết kế kết hợp trình chiếu máy tính, máy chiếu, bản vẽ kỹ thuật khổ lớn và video mô phỏng nguyên lý hoạt động của các thiết bị trạm điện.
  • Bài tập và tình huống kỹ thuật: Sử dụng hệ thống phiếu học tập chuyên môn hóa cho từng chương. Sinh viên được giao bài tập thảo luận nhóm và bài tập tình huống cá nhân, tập trung vào việc lựa chọn cấu hình sơ đồ trạm, thiết lập trình tự cô lập phân đoạn sự cố và mô phỏng thao tác chuyển đổi thanh góp.
  • Hình thức kiểm tra và đánh giá:
    • Kiểm tra thường xuyên (01 bài): Thực hiện bất kỳ trong quá trình học qua hình thức vấn đáp trên lớp, kiểm tra viết thời lượng $\le 30$ phút hoặc chấm điểm bài tập tình huống, thực hành.
    • Kiểm tra định kỳ (02 bài, thời lượng 45 - 60 phút/bài): Bài số 1 kiểm tra lý thuyết (nội dung Chương 1, 2, 3, 4); Bài số 2 kiểm tra thực hành bài tập (nội dung Chương 5, 6, 7).
    • Thi kết thúc môn học: Thi lý thuyết tổng hợp, thời gian làm bài từ 45 đến 60 phút.
  • Hướng dẫn tự học: Người học bắt buộc phải đọc trước nội dung bài học trong giáo trình trước khi lên lớp, hoàn thành các câu hỏi củng cố ở cuối mỗi chương, nghiên cứu sơ đồ thiết bị và chuẩn bị đầy đủ vở ghi chép, tài liệu học tập theo quy định chuyên môn.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính cập nhật dữ liệu công nghệ trạm và thiết bị: Giáo trình đưa vào các số liệu kỹ thuật thực tế về quy mô chế tạo máy biến áp hiện đại (máy biến áp 3 pha cấp điện áp $220 - 330\text{ kV}$ công suất đến $630\text{ MVA}$, cấp $500\text{ kV}$ công suất $1.200\text{ MVA}$; máy biến áp tự ngẫu $500/110\text{ kV}$ công suất $1.500\text{ MVA}$; máy biến áp 1 pha $500\text{ kV}$ công suất $1.600\text{ MVA}$).
  • Tích hợp ứng dụng công nghệ đo lường siêu cao áp: Trình bày nguyên lý cấu tạo của máy biến điện áp phân áp kiểu điện dung (sử dụng bộ phân áp tụ điện kết hợp máy biến áp trung gian và điện kháng bù), ứng dụng cho lưới điện truyền tải lên đến $765\text{ kV}$ tích hợp truyền tin cao tần trong hệ thống điện.
  • Mức độ gắn kết với thực tế ngành Dầu khí và Năng lượng: Cấu trúc môn học được thiết kế phục vụ trực tiếp cho các nhà máy điện thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (như các nhà máy nhiệt điện khí, chu trình hỗn hợp). Nội dung chú trọng giải quyết các bài toán vận hành tự dùng, xử lý sự cố thiết bị phân phối và bảo đảm tính liên tục cung cấp điện cho nhà máy điện.
  • Nguồn tài liệu tham khảo chuẩn mực: Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên sự đối sánh và kế thừa từ các tài liệu học thuật chuyên ngành uy tín trong nước:
    1. Giáo trình Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp – TS. Đào Quang Thạch, TS. Nguyễn Hữu Khái.
    2. Nhà máy nhiệt điện – Nguyễn Công Hân, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên mục tiêu: Sinh viên hệ Cao đẳng nghề chuyên ngành Thí nghiệm điện và nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện; học sinh hệ Trung cấp kỹ thuật điện liên quan đến quản lý, vận hành thiết bị trạm.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi tiếp cận môn học này, người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở ngành trong chương trình khung đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí, gồm:
    • An toàn điện (Mã môn học: ELET5201, 2 tín chỉ).
    • Vẽ điện (Mã môn học: ELET51165, 1 tín chỉ).
    • Vật liệu điện (Mã môn học: ELET62064, 2 tín chỉ).
    • Điện kỹ thuật cơ bản (Mã môn học: ELET5308, 3 tín chỉ).
    • Khí cụ điện (Mã môn học: ELEI53117, 3 tín chỉ).
    • Thực tập điện cơ bản (Mã môn học: ELEO53149, 3 tín chỉ).
  • Ứng dụng đối với giảng viên: Tài liệu cung cấp đề cương chi tiết, chuẩn đầu ra và ngân hàng câu hỏi định hướng để giáo viên thiết kế giáo án lý thuyết, bài giảng tích hợp và xây dựng đề kiểm tra định kỳ/kết thúc học phần.
  • Ứng dụng trong nghiên cứu và tự học: Là tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên thí nghiệm điện, nhân viên trực ca vận hành tại các trạm biến áp và nhà máy nhiệt điện tra cứu quy chuẩn sơ đồ nối điện, bảng thông số cấp chính xác của BU/BI và quy trình xử lý sự cố tại chỗ.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp cho đối tượng người học nào?

Giáo trình được thiết kế bắt buộc cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Thí nghiệm điện và Vận hành nhà máy nhiệt điện theo chuẩn chương trình của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời phù hợp làm tài liệu học tập cho hệ Trung cấp khối ngành kỹ thuật điện.

2. Người học cần có kiến thức nền tảng nào trước khi học môn học này?

Cần nắm vững kiến thức từ các môn học tiên quyết: An toàn điện (ELET5201), Vẽ điện (ELET51165), Vật liệu điện (ELET62064), Điện kỹ thuật cơ bản (ELET5308), Khí cụ điện (ELEI53117) và Thực tập điện cơ bản (ELEO53149).

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết truyền thống?

Giáo trình tối ưu hóa cấu trúc cho đào tạo nghề với thời lượng thực hành chiếm gần 65% (29/45 giờ). Tài liệu không đi sâu vào chứng minh toán học thuần túy mà tập trung vào đọc hiểu sơ đồ, quy trình viết phiếu thao tác, kỹ năng vận hành án động/xả án động và xử lý sự cố thiết bị phân phối thực tế.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Học viên cần đọc trước nội dung từng chương, đối chiếu lý thuyết với các hình vẽ sơ đồ nối điện (như sơ đồ bộ máy phát - MBA, sơ đồ 2 thanh góp, sơ đồ một rưỡi), làm đầy đủ câu hỏi củng cố cuối chương và thực hành giải các bài tập tình huống trên phiếu học tập do giảng viên cung cấp.

5. Có những tài liệu bổ trợ nào được khuyến nghị kèm theo?

Học viên nên kết hợp học tập với các giáo trình tham khảo được trích dẫn trong văn bản: Giáo trình Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp (TS. Đào Quang Thạch, TS. Nguyễn Hữu Khái) và giáo trình Nhà máy nhiệt điện (Nguyễn Công Hân, NXB Khoa học và Kỹ thuật).

Kết luận

Giáo trình môn học: Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp hệ thống kiến thức chuẩn tắc về thiết bị điện sơ cấp, mạch thứ cấp, sơ đồ nối điện chính và quy trình vận hành trạm điện. Với sự phân bổ hợp lý giữa lý thuyết (14 giờ) và thực hành thảo luận (29 giờ), tài liệu đáp ứng trực tiếp chuẩn đầu ra của nghề Thí nghiệm điện và Vận hành nhà máy nhiệt điện.

Người học được khuyến nghị tiếp cận nội dung theo lộ trình từ nắm bắt khái niệm thiết bị (Chương 1 - 2), phân tích sơ đồ công nghệ và mạch thứ cấp (Chương 3 - 4), đến rèn luyện kỹ năng thực hành phân phối, thao tác vận hành và xử lý sự cố (Chương 5 - 7). Kiến thức từ giáo trình tạo tiền đề trực tiếp để sinh viên hoàn thành các mô-đun thí nghiệm chuyên sâu tiếp theo trong chương trình đào tạo như:

  • Thí nghiệm mạch nguồn, mạch dòng, mạch áp và mạch tín hiệu (ELET65142).
  • Thí nghiệm khí cụ điện (ELET55141).
  • Thí nghiệm máy cắt điện (ELET55143).
  • Thí nghiệm thiết bị trạm biến áp (ELET66147).
  • Thực tập sản xuất (ELET54251) và Khóa luận tốt nghiệp (ELET63218).