Tổng quan về giáo trình
Giáo trình "Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp" (Mã môn học: ELET52137) là tài liệu giảng dạy và học tập lưu hành nội bộ của Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), được ban hành chính thức theo Quyết định số 206/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 tại Bà Rịa – Vũng Tàu. Giáo trình do nhóm tác giả gồm Nguyễn Lê Cương (Chủ biên), Lê Thị Thu Hường và Nguyễn Xuân Thịnh biên soạn.
Trong cấu trúc chương trình khung đào tạo nghề Thí nghiệm điện và Vận hành nhà máy nhiệt điện (trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề), môn học giữ vị trí là môn học chuyên môn nghề bắt buộc. Thời lượng môn học được thiết kế tổng cộng 45 giờ, tương đương 02 tín chỉ, bao gồm 14 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/thí nghiệm/thảo luận/bài tập và 02 giờ kiểm tra định kỳ.
Về chuẩn đầu ra học tập (learning outcomes), giáo trình trang bị cho người học năng lực:
- Đọc và phân tích sơ đồ nối điện chính của các nhà máy điện và trạm biến áp.
- Trình bày kết cấu, tính năng của các thiết bị phân phối điện và hệ thống mạch thứ cấp.
- Nắm vững nguyên tắc tính chọn phần tử trong sơ đồ nối điện, lập phiếu thao tác thiết bị theo quy trình.
- Nhận biết các chế độ làm việc không bình thường, chẩn đoán hư hỏng và thực hiện các biện pháp xử lý sự cố thiết bị phân phối.
- Xây dựng tác phong làm việc cẩn thận, chính xác, ngăn nắp và an toàn trong môi trường điện áp cao.
Cấu trúc giáo trình gồm 7 chương được xây dựng theo phương pháp tiếp cận mô-đun kỹ thuật, cân đối giữa nền tảng lý thuyết phân tích mạch và năng lực thực hành thao tác vận hành trạm. Điểm đặc thù của giáo trình là bám sát thực tế công nghệ nhiệt điện và truyền tải điện năng, phân bổ thời gian thực hành gấp đôi lý thuyết (29 giờ so với 14 giờ), hỗ trợ trực tiếp cho các môn học thí nghiệm chuyên sâu tiếp theo.
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương và chủ đề chính
Nội dung giáo trình được triển khai qua 7 chương cụ thể:
- Chương 1: Khái niệm về nhà máy điện và trạm biến áp (2 giờ lý thuyết): Khái quát nhiệm vụ, nguyên lý phân loại nhà máy điện (nhiệt điện ngưng hơi, nhiệt điện trích hơi, thủy điện, điện nguyên tử, điện gió, điện mặt trời, điện thủy triều); cấu trúc và vai trò của trạm tăng áp, trạm hạ áp và trạm biến áp trung gian trong hệ thống điện quốc gia.
- 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 (lá tôn Silic $0{,}35 \div 0{,}5\text{ mm}$ pha $4 \div 6%\text{ Si}$), cuộn dây đồng dẹt cách điện giấy dầu; nguyên lý cảm ứng điện từ ($e_1 = -w_1 \frac{d\Phi}{dt}$, $e_2 = -w_2 \frac{d\Phi}{dt}$); phân loại MBA 2 cuộn dây, 3 cuộn dây, MBA có cuộn dây phân chia ($S_{21} = S_{22} = S_{\text{đm}}/2$) và MBA tự ngẫu ($S_{\text{BA}} = [U_C - U_T]I_C$); công dụng, sơ đồ đấu nối và cấp chính xác của máy biến điện áp (BU/VT: điện áp thứ cấp chuẩn hóa $100\text{ V}$, $100/\sqrt{3}\text{ V}$) và máy biến dòng điện (BI/CT: dòng thứ cấp chuẩn hóa $1\text{ A}$, $5\text{ A}$).
- 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): Phân tích kết cấu 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 TGv); sơ đồ 2 thanh góp (dùng máy cắt liên lạc MCn, có thanh góp vòng); sơ đồ nhiều máy cắt (sơ đồ hai máy cắt trên một mạch, sơ đồ một rưỡi 3 MC/2 mạch). Khảo sát sơ đồ nối điện nhà máy nhiệt điện ngưng hơi (NĐN), nhiệt điện rút hơi (NĐR) dùng kháng điện phân đoạn (KĐPD) và kháng điện đường dây (KĐđd); sơ đồ trạm biến áp giảm áp (sơ đồ cầu, sơ đồ tứ giác cấp điện áp $220 \div 330\text{ kV}$); hệ thống điện tự dùng xoay chiều cấp $6 \div 10\text{ kV}$ và $0{,}4\text{ kV}$ ($380/220\text{ V}$ trung tính nối đất trực tiếp).
- 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 các phần tử nhị thứ (MC, CL, KĐK, nút bấm, cuộn đóng $C_đ$, cuộn cắt $C_c$); yêu cầu kỹ thuật đối với sơ đồ điều khiển, tín hiệu cảnh báo vị trí máy cắt và các phương pháp kiểm tra cách điện mạch thứ cấp.
- Chương 5: Thiết bị phân phối điện (2 giờ lý thuyết, 8 giờ thực hành): Khái niệm chung, đặc điểm cấu tạo của thiết bị phân phối điện trong nhà và thiết bị phân phối điện ngoài trời; phân tích khoảng cách an toàn, cấu trúc không gian bố trí thanh cái, dao cách ly, máy cắt và thiết bị chống sét.
- 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): Quy định, trình tự thao tác đóng/cắt dao cách ly và máy cắt; quy trình lập và thực hiện phiếu thao tác; kỹ thuật thực hiện án động (cô lập, nối đất an toàn) và xả án động để bàn giao/tiếp nhận thiết bị sửa chữa.
- 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): Hiện tượng, nguyên nhân và biện pháp xử lý sự cố quá nhiệt, rò rỉ dầu, phóng điện cách điện của máy biến áp; sự cố kẹt cơ cấu truyền động, không cắt được dòng ngắn mạch của máy cắt; sự cố phát nóng tiếp điểm dao cách ly; sự cố đứt mạch thứ cấp BI hoặc ngắn mạch thứ cấp BU.
Progression logic của nội dung đi từ việc nắm bắt các phần tử đơn lẻ (nguồn phát, trạm biến áp, khí cụ điện đo lường) đến việc liên kết thành hệ thống sơ đồ nối điện nhất thứ, tiếp cận hệ thống giám sát - điều khiển thứ cấp, và kết thúc bằng quy trình vận hành, bảo dưỡng, xử lý sự cố thực tế.
Kiến thức nền tảng được xây dựng
- Lý thuyết điện từ trường và cảm ứng điện từ: Ứng dụng trong việc xác định sức điện động, từ thông tản, tỷ số biến đổi ($k_{\text{đm}} = U_{1\text{đm}}/U_{2\text{đm}}$, $k_{\text{đm}} = I_{1\text{đm}}/I_{2\text{đm}}$) và sai số góc pha của MBA, BU, BI.
- Nguyên lý cân bằng công suất và tối ưu hóa phân phối điện: Phân tích 3 chế độ làm việc của MBA tự ngẫu (chế độ tự ngẫu, chế độ biến áp, chế độ liên hợp); tính toán phân bố tải và hạn chế tổn thất điện năng.
- Nguyên lý giới hạn dòng ngắn mạch: Ứng dụng thanh góp phân đoạn, lựa chọn cấu hình kháng điện đơn, kháng điện kép, kháng điện nhóm trên đường dây cáp và thanh cái máy phát.
- Nguyên lý an toàn và nối đất: Cơ chế nối đất an toàn cuộn thứ cấp BU/BI, chế độ nối đất điểm trung tính trong hệ thống tự dùng $0{,}4\text{ kV}$ và trạm biến áp cao áp.
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc bản vẽ sơ đồ nguyên lý nối điện chính; tính toán kiểm tra phụ tải thứ cấp ($S_2 = \sqrt{P_2^2 + Q_2^2}$) của máy biến điện áp; xác định tổng trở mạch thứ cấp ($Z_2 = \sqrt{R_2^2 + X_2^2}$) của máy biến dòng; lựa chọn cấp chính xác thiết bị đo lường ($0{,}1; 0{,}2; 0{,}5; 1; 3; 10$).
- Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích ưu - nhược điểm về độ tin cậy và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật giữa các cấu hình sơ đồ thanh góp (sơ đồ 1 thanh góp, sơ đồ 2 thanh góp, sơ đồ một rưỡi); chẩn đoán nguyên nhân gây ra sự cố điện dựa trên tín hiệu cảnh báo của rơ le và thiết bị chỉ thị.
- Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Soạn thảo phiếu thao tác vận hành trạm; thực hiện đúng trình tự đóng/cắt dao cách ly và máy cắt; thao tác nối đất lưu động và khóa liên động cơ khí/điện để phục vụ công tác sửa chữa thiết bị.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Giáo trình định hướng phương pháp giảng dạy tích cực (active learning), lấy người học làm trung tâm, kết hợp giữa thuyết giảng lý thuyết, phương pháp vấn đáp kỹ thuật và dạy học dựa trên giải quyết vấn đề (problem-based learning):
- Đối với giảng viên:
- Soạn thảo giáo án lý thuyết theo từng buổi học; sử dụng kết hợp máy tính, máy chiếu, các bản vẽ kỹ thuật sơ đồ nối điện và phim/video mô phỏng quá trình dập hồ quang, thao tác đóng cắt thiết bị.
- Thiết kế hệ thống phiếu học tập chuyên biệt cho các bài thảo luận nhóm và bài tập tình huống thao tác vận hành trạm.
- Đối với người học:
- Chủ động nghiên cứu trước tài liệu giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp.
- Tham gia thảo luận nhóm, làm việc độc lập giải quyết các bài tập phân tích sơ đồ nối điện, viết phiếu thao tác.
- Tuân thủ quy định an toàn, kỷ luật phòng học chuyên môn hóa và xưởng thực hành.
Phương pháp kiểm tra và đánh giá kết quả
Hệ thống đánh giá môn học tuân thủ quy định đào tạo theo các tiêu chí:
[Đánh giá môn học ELET52137]
Điểm nổi bật và cập nhật
- Hệ thống hóa cấu trúc trạm và sơ đồ nối điện hiện đại: Giáo trình trình bày chi tiết các dạng sơ đồ nối điện tiêu chuẩn từ cấp điện áp $35\text{ kV}$ đến $750\text{ kV}$, bao gồm sơ đồ một rưỡi (3 máy cắt cho 2 mạch), sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng (TGv), sơ đồ tứ giác cho trạm nút $220 \div 330\text{ kV}$.
- Dữ liệu định lượng thực tế: Tích hợp các bảng thông số kỹ thuật chuẩn hóa, chẳng hạn như bảng hệ số tự dùng cực đại tính theo tỷ lệ phần trăm công suất đặt ($P_{\text{tdmax}}/P_{\text{đ}}$) cho từng loại nhà máy:
- Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi (chạy than: $6 \div 8%$; chạy dầu, khí: $3 \div 5%$).
- Nhà máy nhiệt điện rút hơi (chạy than: $8 \div 14%$; chạy dầu, khí: $5 \div 7%$).
- Nhà máy thủy điện (trung bình và nhỏ: $2 \div 3%$; công suất lớn: $0{,}5 \div 1%$).
- Trạm biến áp (trạm cụt: $50 \div 200\text{ kW}$; trạm nút: $200 \div 500\text{ kW}$).
- Gắn kết thực tiễn vận hành và xử lý sự cố: Nội dung giáo trình dành trọn 2 chương cuối (Chương 6 và Chương 7) cho các quy trình tác nghiệp thực tế của nhân viên trực nhật: trình tự thao tác đưa máy cắt vòng vào thay thế máy cắt đường dây/máy biến áp, các bước án động và xả án động thiết bị, nhận diện hiện tượng và quy trình xử lý sự cố quá tải, ngắn mạch, hư hỏng dầu cách điện.
Đối tượng sử dụng giáo trình
- Học sinh, sinh viên:
- Sinh viên theo học hệ Cao đẳng nghề và học sinh hệ Trung cấp chuyên ngành Thí nghiệm điện, Vận hành nhà máy nhiệt điện.
- Người học các ngành liên quan đến kỹ thuật điện, hệ thống điện và tự động hóa trong các trường đào tạo nghề kỹ thuật công nghiệp.
- Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở trong khung chương trình:
- An toàn điện (ELET5201)
- Vẽ điện (ELET51165)
- Điện kỹ thuật cơ bản (ELET5308)
- Khí cụ điện (ELET52116)
- Thực tập điện cơ bản (ELEO53149)
- Giảng viên và cán bộ giảng dạy: Sử dụng làm giáo trình khung để thiết kế giáo án, biên soạn đề kiểm tra lý thuyết, phiếu đánh giá bài tập thực hành theo các tiêu chuẩn kỹ năng nghề.
- Kỹ thuật viên tham khảo: Cán bộ kỹ thuật, công nhân quản lý vận hành trạm biến áp và nhà máy điện cần tài liệu tra cứu về ký hiệu mạch thứ cấp, nguyên lý phối hợp bảo vệ và quy trình thao tác thiết bị đóng cắt.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?
Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho học sinh, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề chuyên ngành Thí nghiệm điện và Vận hành nhà máy nhiệt điện tại Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời phù hợp làm tài liệu bồi dưỡng nghề cho công nhân kỹ thuật điện.
2. Cần trang bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học giáo trình này?
Người học cần nắm vững kiến thức từ các môn học/mô-đun cơ sở ngành đã được tích lũy trước đó, bao gồm: An toàn điện, Điện kỹ thuật cơ bản, Vẽ điện, Khí cụ điện và kỹ năng Thực tập điện cơ bản.
3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các tài liệu thuần lý thuyết?
Khác với các sách lý thuyết chung, giáo trình tập trung vào các quy trình thao tác và phân tích sơ đồ thực tế với thời lượng thực hành (29 giờ) cao hơn lý thuyết (14 giờ); hướng dẫn chi tiết quy trình viết phiếu thao tác, kỹ thuật án động/xả án động và xử lý trực tiếp sự cố của từng thiết bị phân phối điện.
4. Làm thế nào để tự học và nghiên cứu giáo trình đạt hiệu quả cao?
Người học cần kết hợp đọc trước lý thuyết từng chương, làm đầy đủ câu hỏi củng cố ở cuối mỗi chương, tự vẽ lại các cấu hình sơ đồ thanh góp và phân tích đường đi của dòng điện trong các trạng thái vận hành bình thường, sửa chữa và sự cố.
5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ và tham khảo nào đi kèm?
Giáo trình được biên soạn dựa trên các tài liệu tham khảo chính thống:
- Giáo trình Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp – TS. Đào Quang Thạch.
- Nhà máy nhiệt điện – Nguyễn Công Hân (Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội). Bên cạnh đó, chương trình môn học tích hợp hệ thống bản vẽ sơ đồ, tranh ảnh thiết bị phân phối và video mô phỏng thao tác đóng cắt.
Kết luận
Giáo trình "Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp" (Trường Cao đẳng Dầu khí, 2022) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và có cấu trúc chặt chẽ về phần điện nhất thứ, mạch thứ cấp, thiết bị phân phối cùng các quy trình thao tác vận hành và xử lý sự cố.
Về lộ trình học tập, môn học đóng vai trò cầu nối bản lề, liên kết các kiến thức cơ sở (Khí cụ điện, Điện kỹ thuật cơ bản) để chuẩn bị năng lực tiếp thu các mô-đun chuyên môn nâng cao tiếp theo trong chương trình đào tạo như:
- Bảo vệ rơ le (ELET5316)
- Đo lường điện (ELEI53115)
- Trang bị điện 1 (ELET55157)
- Thí nghiệm khí cụ điện (ELET55141)
- Thí nghiệm máy cắt điện (ELET54143)
- Thí nghiệm thiết bị điện quay (ELET55145)
- Thực tập sản xuất (ELET54151)
Người học có thể mở rộng kiến thức chuyên sâu thông qua các tài liệu chuyên khảo của TS. Đào Quang Thạch, tác giả Nguyễn Công Hân và các quy trình kỹ thuật vận hành trạm điện hiện hành.