Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp (Mã môn học: KTĐ19MĐ37) được biên soạn theo chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), ban hành kèm theo Quyết định số 188/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 tại Bà Rịa - Vũng Tàu. Tài liệu do nhóm giảng viên gồm Chủ biên Nguyễn Lê Cương cùng các tác giả Lê Thị Thu Hường và Nguyễn Xuân Thịnh trực tiếp biên soạn. Trong cấu trúc chương trình đào tạo nghề Thí nghiệm điện và nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện, môn học nằm ở khối các mô đun chuyên môn nghề bắt buộc (thuộc nhóm II.2, thời lượng 2 tín chỉ).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định trên ba phương diện cụ thể:

  • Về kiến thức: Trang bị các khái niệm cốt lõi về hệ thống điện quốc gia, nhà máy điện và trạm biến áp; giúp người học đọc hiểu sơ đồ nối điện chính và sơ đồ tự dùng; nắm vững kết cấu các thiết bị phân phối điện; giải thích được nguyên lý mạch thứ cấp và nguồn thao tác; trình bày quy định, quy trình vận hành và phương pháp xử lý sự cố thiết bị trạm.
  • Về kỹ năng: Phát triển khả năng tính chọn phần tử trong sơ đồ nối điện; phát hiện các chế độ làm việc bất thường; lập phiếu thao tác thiết bị và áp dụng chính xác quy trình đóng cắt, xử lý sự cố tại chỗ.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tác phong tỉ mỉ, ngăn nắp, tính thận trọng và chuẩn xác trong môi trường kỹ thuật điện áp cao.

Giáo trình có kết cấu 7 chương với thời lượng đào tạo 45 giờ (14 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 2 giờ kiểm tra). Điểm đặc thù của giáo trình là việc phân bổ thời gian thực hành gấp đôi thời gian lý thuyết, tiếp cận từ bản chất vật lý của thiết bị đến các sơ đồ công nghệ trạm và quy trình thao tác thực địa.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc giáo trình gồm 7 chương được xây dựng theo logic tiến trình công nghệ từ cấp độ phần tử đến toàn bộ hệ thống trạm điện:

  • Chương 1: Khái niệm về nhà máy điện và trạm biến áp (2 giờ lý thuyết): Khái quát nhiệm vụ biến đổi năng lượng; phân loại nhà máy nhiệt điện (ngưng hơi NĐN, trích hơi NĐR), thủy điện, điện nguyên tử (sử dụng nhiên liệu Uranium, Torium), phong điện, điện mặt trời và thủy triều. Phân loại trạm tăng áp, trạm hạ áp, trạm trung gian và các chế độ làm việc của điểm trung tính trong hệ thống.
  • Chương 2: Máy biến áp điện lực và máy biến áp đo lường (3 giờ: 1 giờ LT, 2 giờ TH): Cấu tạo lõi thép (ghép lá tôn silic $0{,}35 \div 0{,}5\text{ mm}$), cuộn dây đồng dẹt, nguyên lý cảm ứng điện từ và phân loại MBA lực (2 cuộn dây, 3 cuộn dây, cuộn dây phân chia, MBA tự ngẫu). Trình bày máy biến điện áp ($BU/VT$) chuẩn hóa thứ cấp $100\text{V}$, $100/\sqrt{3}\text{V}$ (cấp chính xác $0{,}1 \div 3$, kiểu cảm ứng và kiểu phân áp điện dung) và máy biến dòng điện ($BI$) chuẩn hóa thứ cấp $1\text{A}$ hoặc $5\text{A}$ (cấp chính xác $0{,}1 \div 10$, loại cách điện đúc nhựa trong nhà và ngâm dầu ngoài trời).
  • Chương 3: Sơ đồ nối điện chính và tự dùng của nhà máy điện và trạm biến áp (10 giờ: 3 giờ LT, 7 giờ TH): Phân tích chi tiết sơ đồ 1 thanh góp (không phân đoạn, phân đoạn bằng dao cách ly $DCL$, phân đoạn bằng máy cắt $MCPĐ$, có thanh góp vòng $TG_v/MC_v$); sơ đồ 2 thanh góp (sơ đồ Châu Âu, có thanh góp vòng); sơ đồ nhiều máy cắt ($2\text{ MC/mạch}$ kiểu Mỹ, sơ đồ một rưỡi $3\text{ MC/2 mạch}$). Phân tích sơ đồ nối điện nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, nhiệt điện rút hơi (sử dụng kháng điện phân đoạn, kháng điện đường dây, kháng kép, kháng nhóm), sơ đồ trạm giảm áp $35 \div 750\text{ kV}$ và sơ đồ cấp điện tự dùng ($6\text{ kV}$, $10\text{ kV}$, $0{,}4\text{ kV}$) với hai phương thức dự trữ hở (lạnh) và dự trữ kín (nóng).
  • Chương 4: Mạch thứ cấp trong nhà máy điện và trạm biến áp (5 giờ: 2 giờ LT, 2 giờ TH, 1 giờ KT): Ký hiệu quy ước mạch nhị thứ ($MC, CL, KĐK, NT, C_đ, C_c, BI, BU$); yêu cầu kỹ thuật của sơ đồ điều khiển máy cắt, mạch tín hiệu và phương pháp kiểm tra cách điện mạng điện một chiều/xoay chiều.
  • Chương 5: Thiết bị phân phối điện (10 giờ: 2 giờ LT, 8 giờ TH): Khái niệm, tiêu chuẩn lắp đặt, cấu trúc không gian và khoảng cách an toàn của thiết bị phân phối (TBPP) trong nhà và TBPP ngoài trời.
  • Chương 6: Thao tác vận hành thiết bị trạm và Thao tác án động và xả án động các thiết bị chính (7 giờ: 2 giờ LT, 4 giờ TH, 1 giờ KT): Quy trình thao tác đóng cắt liên động, trình tự tách thiết bị, đóng tiếp địa an toàn, lập phiếu thao tác và thực hiện án động, giải trừ án động thiết bị phân phối.
  • Chương 7: Các sự cố thường gặp và cách xử lý sự cố các thiết bị phân phối (8 giờ: 2 giờ LT, 6 giờ TH): Dấu hiệu nhận biết, nguyên nhân và biện pháp xử lý sự cố ở máy biến áp, máy cắt, dao cách ly và thiết bị đo lường ($BU, BI$).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết cảm ứng điện từ và biến đổi năng lượng: Ứng dụng định luật cảm ứng điện từ trong tính toán tỷ số biến đổi $k_{đm}$, công suất mẫu ($S_m$), tách bạch thành phần công suất biến áp ($S_{BA} = [U_C - U_T] \cdot I_C$) và công suất điện truyền trực tiếp trong máy biến áp tự ngẫu.
  • Nguyên lý phối hợp bảo vệ và đóng cắt: Mối liên hệ logic giữa mạch nhất thứ và mạch nhị thứ; các điều kiện liên động an toàn giữa máy cắt và dao cách ly; nguyên lý làm việc của kháng điện nhằm hạn chế dòng điện ngắn mạch.
  • Cấu trúc mạng tự dùng trạm và nhà máy: Khung phân loại và phân cấp phụ tải tự dùng, bảng định mức hệ số tự dùng cực đại $P_{tdmax}$ (nhiệt điện than $6 \div 8%$, nhiệt điện dầu/khí $3 \div 5%$, thủy điện $0{,}5 \div 3%$, trạm biến áp $50 \div 500\text{ kW}$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Đọc và bóc tách sơ đồ nguyên lý thanh góp, sơ đồ phân phối, sơ đồ nhị thứ; xác định cấp chính xác của máy biến dòng ($0{,}1; 0{,}2; 0{,}5; 1; 3; 10$) và máy biến điện áp ($0{,}1; 0{,}2; 0{,}5; 1; 3$) tương ứng với mục đích đo lường thương thảo hoặc bảo vệ rơle.
  • Kỹ năng phân tích: Tính toán sơ bộ tải định mức mạch thứ cấp ($Z_{2đm}$), đánh giá độ tin cậy của từng loại cấu hình thanh góp khi xảy ra sự cố ngắn mạch.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp: Lập và thực hiện phiếu thao tác thiết bị; thực hiện trình tự thay thế máy cắt công tác bằng máy cắt vòng ($MC_v$) và thanh góp vòng ($TG_v$) không gây gián đoạn cấp điện; nhận diện và xử lý sự cố kẹt dao cách ly, ngắn mạch thứ cấp BU/BI.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích cực kết hợp giữa thuyết trình kỹ thuật, phương pháp nêu vấn đề và giải quyết vấn đề dựa trên sơ đồ thực tế. Giáo viên đóng vai trò định hướng thông qua hệ thống câu hỏi gợi mở, sử dụng giáo án bài giảng theo buổi, phiếu học tập, kết hợp trình chiếu bản vẽ kỹ thuật, mô hình cắt bổ thiết bị và video mô phỏng quy trình đóng cắt trạm.

Hoạt động học tập thực hành (chiếm 29/45 giờ) được tổ chức tại phòng học chuyên môn hóa và xưởng thực hành:

  • Bài tập và phân tích tình huống: Học viên giải quyết các bài tập phân tích sơ đồ nối điện chính (so sánh độ tin cậy sơ đồ 1 thanh góp phân đoạn và sơ đồ 2 thanh góp), tính toán phụ tải thứ cấp BU/BI, viết thứ tự thao tác đưa thiết bị vào sửa chữa hoặc đưa máy biến áp dự phòng vào làm việc.
  • Quy trình đánh giá kết quả:
    1. Kiểm tra thường xuyên (01 bài): Giáo viên thực hiện vấn đáp, kiểm tra viết dưới 30 phút hoặc chấm điểm bài tập thực hành trên lớp.
    2. Kiểm tra định kỳ (02 bài, thời gian 45–60 phút/bài): Bài 1 kiểm tra lý thuyết (nội dung Chương 1, 2, 3, 4); Bài 2 kiểm tra thực hành bài tập và viết phiếu thao tác (nội dung Chương 5, 6, 7).
    3. Thi kết thúc môn học: Thi lý thuyết tổng hợp với thời lượng $45 \div 60\text{ phút}$.
  • Hướng dẫn tự học: Người học phải đọc trước giáo trình, hoàn thành các câu hỏi củng cố cuối mỗi chương, nghiên cứu tài liệu quy chuẩn kỹ thuật an toàn điện trước khi thực hiện các bài tập viết phiếu thao tác.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành trong hệ thống điện Việt Nam và thực tế quản lý thiết bị tại các nhà máy điện thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam:

  • Tham số thiết bị công suất lớn: Cập nhật thông số kỹ thuật của các dòng máy biến áp điện lực hiện đại như máy biến áp 3 pha cấp điện áp $220 \div 330\text{ kV}$ công suất 630 MVA, cấp 500 kV công suất 1.200 MVA, máy biến áp tự ngẫu $500/110\text{ kV}$ công suất 1.500 MVA và MBA 1 pha 500 kV công suất 1.600 MVA.
  • Công nghệ đo lường cao áp: Trình bày nguyên lý và cấu tạo chi tiết của máy biến điện áp kiểu phân áp điện dung ($BU$ điện dung) dùng cho lưới điện đến $765\text{ kV}$, tích hợp tính năng ghép nối mạng truyền tin cao tần trong hệ thống điện.
  • Tính thực tiễn trong công tác vận hành: Đưa vào các sơ đồ thiết bị phân phối hợp bộ trong nhà đúc bằng nhựa tổng hợp và thiết bị ngoài trời vỏ sứ ngâm dầu; hướng dẫn cụ thể cách thức sử dụng kháng điện kép và kháng điện nhóm để giảm dòng ngắn mạch ở điện áp đầu cực máy phát nhiệt điện rút hơi.
  • Khung tham chiếu tài liệu chuẩn mực: Hệ thống lý thuyết trong giáo trình được biên soạn dựa trên sự đối sánh với các tài liệu nền tảng gồm Giáo trình Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp của TS. Đào Quang Thạch và giáo trình Nhà máy nhiệt điện của tác giả Nguyễn Công Hân (Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội).

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống đào tạo kỹ thuật:

  • Người học chính khóa: Học sinh, sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp thuộc chuyên ngành Thí nghiệm điện, Vận hành nhà máy nhiệt điện, Vận hành nhà máy điện và Trạm biến áp.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu hiệu quả, người học cần hoàn thành các môn học cơ sở trong chương trình đào tạo gồm:
    • An toàn vệ sinh lao động (Mã MH: ATMT19MH01) và An toàn điện (Mã MH: KTĐ19MH1).
    • Vẽ điện (Mã MĐ: KTĐ19MĐ65) và Điện kỹ thuật cơ bản (Mã MH: KTĐ19MH7).
    • Khí cụ điện (Mã MĐ: KTĐ19MĐ15) và Thực tập điện cơ bản (Mã MĐ: KTĐ19MĐ49).
  • Môn học tiếp nối: Kiến thức từ giáo trình này đóng vai trò tiên quyết cho các mô đun chuyên sâu tiếp theo như Bảo vệ rơle (KTĐ19MĐ6), Đo lường điện (KTĐ19MĐ14), Thí nghiệm khí cụ điện (KTĐ19MĐ41), Thí nghiệm máy cắt điện (KTĐ19MĐ43) và Thí nghiệm thiết bị điện quay (KTĐ19MĐ45).
  • Giảng viên và cán bộ kỹ thuật: Giảng viên sử dụng làm căn cứ thiết kế bài giảng lý thuyết và giáo án tích hợp thực hành. Kỹ thuật viên, điều độ viên, thí nghiệm viên tại các trạm biến áp và nhà máy điện có thể sử dụng làm tài liệu tra cứu quy chuẩn thao tác và quy trình xử lý sự cố thiết bị phân phối.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?

Giáo trình được ban hành chuẩn hóa theo chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề Thí nghiệm điện và Vận hành nhà máy nhiệt điện, đồng thời phù hợp làm tài liệu bồi dưỡng tay nghề cho công nhân kỹ thuật ngành điện.

2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Học viên bắt buộc phải nắm vững kiến thức về an toàn điện, kỹ thuật đo lường cơ bản, phân tích mạch điện xoay chiều 3 pha (môn Điện kỹ thuật cơ bản), nguyên lý các khí cụ điện đóng cắt (môn Khí cụ điện) và kỹ năng đọc bản vẽ điện kỹ thuật.

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết hệ thống điện đại học?

Khác với các tài liệu chuyên về tính toán giải tích lưới điện diện rộng, giáo trình tập trung trực tiếp vào kết cấu phần cứng thiết bị trạm, kỹ thuật phân tích sơ đồ nối điện cụ thể, thao tác đóng cắt an toàn, viết phiếu thao tác thực địa và phân tích lỗi sự cố thiết bị tại trạm.

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

Người học nên học kết hợp việc đọc nguyên lý mạch với việc vẽ lại các sơ đồ thanh góp; phân tích từng bước trình tự chuyển đổi máy cắt công tác sang máy cắt vòng ($MC_v$); trả lời đầy đủ các câu hỏi củng cố cuối chương và thực hành giải bài tập tình huống sự cố.

5. Có tài liệu bổ trợ và công cụ nào đi kèm môn học?

Đi kèm với giáo trình là hệ thống phiếu học tập, tập bản vẽ kỹ thuật sơ đồ nối điện chính, bảng tra cứu ký hiệu mạch nhị thứ, video mô phỏng vận hành thiết bị trạm và hai tài liệu tham khảo chính: Giáo trình Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp (TS. Đào Quang Thạch) và Nhà máy nhiệt điện (Nguyễn Công Hân, NXB Khoa học và Kỹ thuật).

Kết luận

Giáo trình Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp là tài liệu học thuật hoàn chỉnh thuộc khối kiến thức chuyên môn nghề của Trường Cao đẳng Dầu khí. Tài liệu hệ thống hóa toàn bộ kiến thức kỹ thuật về cấu tạo máy biến áp lực, máy biến áp đo lường, cấu trúc sơ đồ nối điện chính, hệ thống tự dùng, mạch điều khiển thứ cấp và quy trình xử lý sự cố thiết bị phân phối điện.

Lộ trình học tập đề xuất:

[Chương 1: Tổng quan NMĐ & TBA]

Để hoàn thiện kỹ năng nghề nghiệp, người học nên tích hợp nghiên cứu giáo trình cùng các mô đun chuyên sâu về Thí nghiệm máy cắt điện, Thí nghiệm khí cụ điện và Bảo vệ rơle trong toàn bộ chương trình đào tạo.