GIỚI THIỆU VÀ PHÂN TÍCH HỌC THUẬT GIÁO TRÌNH: PHẦN ĐIỆN NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp (Mã môn học: KTĐ19MĐ37) được ban hành kèm theo Quyết định số 195/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Tài liệu do các tác giả Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Thị Lan tham gia biên soạn, lưu hành nội bộ tại cơ sở đào tạo Bà Rịa – Vũng Tàu.

Trong chương trình khung đào tạo ngành Vận hành nhà máy nhiệt điện trình độ Cao đẳng nghề (toàn khóa gồm 84 tín chỉ với tổng cộng 2010 giờ đào tạo), môn học này được xếp vào khối kiến thức chuyên môn nghề bắt buộc (khối II.2). Môn học có khối lượng 02 tín chỉ, tương ứng với 45 giờ định mức, bao gồm: 14 giờ giảng dạy lý thuyết; 29 giờ dành cho thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập; và 02 giờ dành cho công tác kiểm tra định kỳ (01 giờ kiểm tra lý thuyết và 01 giờ kiểm tra thực hành).

Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc trang bị cho người học năng lực:

  • Đọc và phân tích sơ đồ nối điện chính, sơ đồ tự dùng của các nhà máy điện và trạm biến áp;
  • Trình bày kết cấu, nguyên lý vận hành của các thiết bị phân phối điện trong nhà và ngoài trời;
  • Giải thích tính năng, tác dụng của mạch thứ cấp, các nguồn thao tác và mạch tín hiệu điều khiển;
  • Nắm vững các quy định, quy trình thao tác án động, xả án động thiết bị trạm điện;
  • Nhận biết các dạng sự cố điển hình và áp dụng đúng biện pháp xử lý sự cố thiết bị điện lực.

Về cấu trúc và cách tiếp cận, giáo trình được thiết kế theo tiến trình mô-đun kỹ thuật gồm 7 chương logic, dẫn dắt từ các khái niệm tổng quan về hệ thống điện, thiết bị biến áp tĩnh, cấu trúc sơ đồ nối điện, mạch điều khiển thứ cấp cho đến quy trình vận hành và xử lý sự cố thực tế. Điểm đặc trưng của giáo trình là cơ cấu phân bổ thời lượng thực hành chiếm tới hơn 64% (29/45 giờ), tập trung trực tiếp vào các quy chuẩn kỹ thuật và thao tác nghề nghiệp trong các nhà máy nhiệt điện và trạm biến áp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được cấu trúc thành 7 chương chuyên đề với tiến trình phát triển kiến thức từ nền tảng thiết bị đến hệ thống và vận hành:

  • Chương 1: Khái niệm về nhà máy điện và trạm biến áp (2 giờ lý thuyết): Khái quát nhiệm vụ biến đổi các dạng năng lượng cơ bản thành điện năng. Phân loại nhà máy nhiệt điện (nhiệt điện ngưng hơi NĐN và nhiệt điện trích hơi NĐR), thủy điện, điện nguyên tử, điện gió, năng lượng mặt trời. Phân loại trạm biến áp tăng áp, hạ áp và trạm trung gian làm nhiệm vụ liên lạc.
  • Chương 2: Máy biến áp điện lực và máy biến áp đo lường (3 giờ: 1 lý thuyết, 2 thực hành): Cấu tạo lõi thép (ghép lá tôn silic 0,35–0,5 mm pha 4–6% Si) và cuộn dây đồng bọc giấy cách điện; nguyên lý cảm ứng điện từ; phân loại máy biến áp 2 cuộn dây, 3 cuộn dây, cuộn dây phân chia và máy biến áp tự ngẫu (MBATN) hoạt động theo công suất mẫu $S_{mẫu}$. Giới thiệu cấu tạo, nguyên lý, các cấp chính xác (0,1; 0,2; 0,5; 1; 3) của máy biến điện áp (BU/VT) kiểu cảm ứng và kiểu phân áp điện dung; cấu tạo, nguyên lý, cấp chính xác (0,1 đến 10) của máy biến dòng điện (BI/CT) đặt trong nhà và ngoài trời.
  • Chương 3: Sơ đồ nối điện chính và tự dùng của nhà máy điện và trạm biến áp (10 giờ: 3 lý thuyết, 7 thực hành): Phân tích sơ đồ một thanh góp (không phân đoạn, phân đoạn bằng dao cách ly CLPĐ, phân đoạn bằng máy cắt MCPĐ, có thanh góp vòng TGv và máy cắt vòng MCv); sơ đồ hai thanh góp có máy cắt nối MCn; sơ đồ nối mỗi mạch qua nhiều máy cắt (sơ đồ 2 MC/mạch, sơ đồ một rưỡi - 3 MC/2 mạch). Phân tích sơ đồ bộ máy phát - máy biến áp trong nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, sơ đồ thanh góp hạ áp có kháng điện phân đoạn (KĐPD) và kháng điện đường dây (KĐđd) trong nhà máy nhiệt điện rút hơi. Khảo sát sơ đồ phía cao áp (sơ đồ tứ giác, sơ đồ cầu, sơ đồ thanh góp) và phía hạ áp của trạm biến áp giảm áp. Thiết lập sơ đồ điện tự dùng (cấp 6–10 kV và 0,4 kV) dựa trên hệ số tự dùng cực đại $P_{td\max} / P_{đm}$.
  • Chương 4: Mạch thứ cấp trong nhà máy điện và trạm biến áp (5 giờ: 2 lý thuyết, 2 thực hành, 1 kiểm tra lý thuyết): Quy ước ký hiệu thiết bị thứ cấp (máy cắt MC, dao cách ly CL, khóa điều khiển KĐK, nút bấm, nút thử NT, cuộn đóng $C_đ$, cuộn cắt $C_c$, BI, BU). Yêu cầu kỹ thuật đối với sơ đồ điều khiển và tín hiệu vị trí của máy cắt; mạch kiểm tra cách điện; lựa chọn nguồn thao tác một chiều, xoay chiều và chỉnh lưu.
  • Chương 5: Thiết bị phân phối điện (10 giờ: 2 lý thuyết, 8 thực hành): Phân loại và cấu trúc kết cấu của thiết bị phân phối (TBPP) điện trong nhà và thiết bị phân phối điện 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 lý thuyết, 4 thực hành): Quy định và trình tự thực hiện các thao tác đóng cắt máy cắt, dao cách ly, nối đất an toàn; quy trình viết phiếu thao tác; quy trình kỹ thuật án động và xả án động thiết bị trạm.
  • Chương 7: Các sự cố thường gặp và cách xử lý sự cố các thiết bị phân phối (8 giờ: 2 lý thuyết, 6 thực hành, 1 kiểm tra thực hành): Dấu hiệu nhận biết, nguyên nhân và biện pháp xử lý sự cố đối với máy biến áp điện lực, máy cắt điện, dao cách ly và thiết bị đo lường (BI, BU).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình hình thành nền tảng lý thuyết và kỹ thuật thông qua các nội dung:

  • Lý thuyết cảm ứng điện từ và chuyển đổi năng lượng: Mô hình toán học về sức điện động cảm ứng ($e = -w \frac{d\Phi}{dt}$) và từ thông móc vòng trong các thiết bị điện từ tĩnh;
  • Nguyên lý truyền tải và phân phối điện năng: Cơ chế cân bằng công suất, quan hệ điện - từ trong máy biến áp tự ngẫu, và mối liên hệ giữa các cấp điện áp truyền tải;
  • Nguyên lý giới hạn dòng ngắn mạch: Ứng dụng của kháng điện phân đoạn, kháng điện đường dây và phân chia cuộn dây máy biến áp nhằm bảo đảm độ ổn định cho lưới điện;
  • Chuẩn hóa đo lường và an toàn điện lực: Tiêu chuẩn hóa mạch nhị thứ (điện áp định mức thứ cấp 100 V, 100/√3 V; dòng điện định mức thứ cấp 1 A, 5 A), quy tắc nối đất an toàn cuộn thứ cấp BU/BI và nguyên tắc khóa liên động liên quan đến dao cách ly.

Kỹ năng phát triển

Thông qua các bài tập và giờ học thực hành, giáo trình rèn luyện các kỹ năng cụ thể:

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc, giải đoán bản vẽ sơ đồ nhất thứ và nhị thứ; tính chọn thông số định mức của máy biến áp, BU, BI và khí cụ đóng cắt;
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện giữa các cấu hình thanh góp (sơ đồ một thanh góp, hai thanh góp, sơ đồ một rưỡi); phân tích chế độ làm việc của phụ tải tự dùng trong các điều kiện làm việc bình thường và sự cố;
  • Kỹ năng thực hành nghiệp vụ (Practical competencies): Lập phiếu thao tác kỹ thuật đóng/cắt nguồn; thực hiện tuần tự các bước đưa máy cắt vòng vào thay thế máy cắt nhánh; triển khai biện pháp nối đất an toàn, án động và xả án động; thực hiện quy trình xử lý tại chỗ các sự cố thiết bị phân phối điện.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach)

Giáo trình định hướng giảng viên áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực trong không gian phòng học chuyên môn hóa đạt chuẩn:

  • Kết hợp diễn giảng lý thuyết cô đọng với phương pháp đàm thoại, vấn đáp kỹ thuật;
  • Dạy học theo định hướng giải quyết vấn đề (problem-based learning), đưa ra các tình huống kỹ thuật thực tế để người học phân tích trực tiếp trên sơ đồ;
  • Sử dụng trực quan hóa qua hệ thống máy chiếu, bản vẽ kỹ thuật, hình ảnh mặt cắt thiết bị và video mô phỏng nguyên lý hoạt động của máy cắt, dao cách ly và máy biến áp.

Bài tập, tình huống và thực hành (Exercises & Practical activities)

  • Phiếu học tập và câu hỏi củng cố: Mỗi chương đều tích hợp hệ thống câu hỏi lý thuyết và bài tập tình huống (như viết trình tự thao tác đóng/cắt phân đoạn thanh góp, tính toán phụ tải cuộn dây thứ cấp);
  • Thảo luận chuyên đề: Tổ chức làm việc nhóm để so sánh ưu - nhược điểm của các phương án dự phòng điện tự dùng (dự trữ hở/lạnh và dự trữ kín/nóng), hoặc lựa chọn sơ đồ thanh góp cho trạm nút 220–330 kV;
  • Thực hành kỹ năng nghề: Người học trực tiếp luyện tập viết phiếu thao tác thiết bị, phân tích chu trình đóng/cắt máy cắt vòng thay thế máy cắt đang vận hành, mô phỏng quy trình kiểm tra cách điện và xử lý sự cố thiết bị đo lường.

Phương pháp đánh giá (Assessment methods)

Quy chế đánh giá môn học được phân bổ thành ba phần rõ ràng:

  1. Kiểm tra thường xuyên: 01 bài đánh giá do giáo viên thực hiện tại thời điểm bất kỳ (vấn đáp chuyên môn, kiểm tra viết $\le$ 30 phút, chấm điểm bài tập tình huống hoặc kiểm tra kỹ năng thực hành);
  2. Kiểm tra định kỳ: Gồm 02 bài kiểm tra bắt buộc (thời gian làm bài 45–60 phút mỗi bài):
    • Bài kiểm tra số 1 (Lý thuyết): Đánh giá kiến thức từ Chương 1 đến Chương 4;
    • Bài kiểm tra số 2 (Thực hành bài tập): Đánh giá kỹ năng từ Chương 5 đến Chương 7.
  3. Thi kết thúc môn học: Thi lý thuyết tổng hợp với thời lượng từ 45 đến 60 phút.

Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines)

Người học có trách nhiệm:

  • Nghiên cứu trước nội dung tài liệu và chuẩn bị vở ghi chép, tài liệu học tập trước khi đến lớp;
  • Hoàn thành đầy đủ các câu hỏi ôn tập, phiếu học tập cá nhân và báo cáo bài tập tình huống nhóm đúng thời hạn;
  • Rèn luyện tác phong kỷ luật, sự cẩn trọng, tỉ mỉ và tuân thủ các quy tắc an toàn điện trong suốt quá trình học tập.

Điểm nổi bật và cập nhật

Tính ứng dụng thực tế trong hệ thống điện

Nội dung giáo trình phản ánh các thông số và cấu hình thiết bị đang vận hành thực tế trong hệ thống điện:

  • Trình bày thông số các tổ máy nhiệt điện công suất từ 100 MW đến 1200 MW (phổ biến là các tổ máy 300 MW, 500 MW, 800 MW);
  • Cập nhật số liệu kỹ thuật về các cấp máy biến áp lực: máy biến áp ba pha 220–330 kV (công suất đến 630 MVA), máy biến áp 500 kV (công suất đến 1.200 MVA), máy biến áp tự ngẫu 500/110 kV (công suất đến 1.500 MVA), và máy biến áp 1 pha 500 kV (công suất 1.600 MVA);
  • Liệt kê các cấp điện áp máy biến áp tự ngẫu đang vận hành tại Việt Nam: 500/220 kV, 220/110 kV và 220/110 V.
+-------------------------------------------------------------------------------+
|                      HỆ SỐ TỰ DÙNG CỰC ĐẠI THEO LOẠI HÌNH TRẠM                 |
|                                (Bảng 3.1 trong giáo trình)                    |
+---------------------------------------------+---------------------------------+
| Loại hình nhà máy / Trạm biến áp            | Hệ số tự dùng P_tdmax / P_đm (%)|
+---------------------------------------------+---------------------------------+
| Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi (NĐN) đốt than | 6 - 8 %                         |
| Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi (NĐN) dầu, khí | 3 - 5 %                         |
| Nhà máy nhiệt điện rút hơi (NĐR) đốt than   | 8 - 14 %                        |
| Nhà máy nhiệt điện rút hơi (NĐR) dầu, khí   | 5 - 7 %                         |
| Nhà máy thủy điện (TĐ) công suất lớn        | 0,5 - 1 %                       |
| Nhà máy thủy điện (TĐ) trung bình và nhỏ    | 2 - 3 %                         |
| Trạm biến áp (TBA) cụt / trạm nút           | 50 - 200 kW / 200 - 500 kW      |
+---------------------------------------------+---------------------------------+

Tích hợp công nghệ thiết bị hiện đại

  • Phân tích ứng dụng của máy biến áp đo lường kiểu phân áp điện dung kết hợp mạch truyền tin cao tần trên đường dây siêu cao áp đến 765 kV;
  • Giới thiệu máy biến dòng cách điện bằng nhựa tổng hợp dùng cho tủ máy cắt hợp bộ trong nhà nhằm giảm thiểu kích thước và khối lượng;
  • Đưa vào các sơ đồ phân đoạn thanh góp trang bị thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng (TĐD) giúp tự động hóa khôi phục cấp điện khi mất nguồn cục bộ.

Liên kết chuyên ngành Dầu khí

Giáo trình được thiết kế đồng bộ với hệ thống chương trình đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí, tạo mối liên kết trực tiếp với các học phần kỹ thuật cơ sở (Đo lường điện, Khí cụ điện) và các mô-đun vận hành chuyên sâu của chuyên ngành Vận hành nhà máy nhiệt điện (Vận hành Lò hơi, Vận hành Tua-bin hơi, Bảo vệ rơ le).

Đối tượng sử dụng giáo trình

Phân hạng đối tượng đào tạo

  • Sinh viên, học sinh: Áp dụng cho các khóa đào tạo hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề thuộc chuyên ngành Vận hành nhà máy nhiệt điện;
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở trong khung chương trình trước khi tiếp cận môn học này, bao gồm:
    • An toàn điện (Mã học phần: KTĐ19MH1);
    • Điện kỹ thuật cơ bản (Mã học phần: KTĐ19MH11);
    • Nhiệt kỹ thuật (Mã học phần: CNH19MH10);
    • Đo lường điện (Mã học phần: KTĐ19MĐ14);
    • Khí cụ điện (Mã học phần: KTĐ19MĐ15);
    • Tổng quan về nhà máy nhiệt điện (Mã học phần: KTĐ19MH56).

Vai trò đối với cán bộ giảng dạy và kỹ thuật viên

  • Đối với giảng viên: Sử dụng làm tài liệu khung để lập kế hoạch giảng dạy, biên soạn bài giảng lý thuyết, phiếu học tập, ngân hàng đề kiểm tra định kỳ 45–60 phút và đề thi kết thúc học phần;
  • Đối với kỹ thuật viên và nhân viên vận hành: Phục vụ công tác ôn tập quy trình thao tác, tra cứu thông số cấp chính xác của BU/BI, nguyên lý phối hợp bảo vệ mạch thứ cấp và xử lý sự cố thiết bị tại các nhà máy điện và trạm biến áp.

Câu hỏi thường gặp

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

Tài liệu được biên soạn phục vụ học sinh, sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp chuyên ngành Vận hành nhà máy nhiệt điện tại Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho công nhân kỹ thuật vận hành trạm điện.

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

Người học cần hoàn thành các học phần nền tảng: Điện kỹ thuật cơ bản, Nhiệt kỹ thuật, Đo lường điện, Khí cụ điện, An toàn điện và Tổng quan về nhà máy nhiệt điện để có thể tiếp thu kiến thức về mạch điện lực và thiết bị thứ cấp.

3. Cấu trúc nội dung của giáo trình có điểm gì đặc thù so với các tài liệu lý thuyết chung?

Giáo trình tập trung vào thực hành thao tác vận hành với tỷ trọng 29/45 giờ. Nội dung gắn liền với cấu trúc công nghệ của nhà máy nhiệt điện (hệ thống tự dùng 6 kV/0,4 kV, kháng điện phân đoạn, kháng điện đường dây) và quy trình lập phiếu thao tác án động, xả án động thực tế.

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

Người học cần bám sát hệ thống câu hỏi củng cố ở cuối mỗi chương, thực hành vẽ lại các sơ đồ một thanh góp, hai thanh góp, sơ đồ tự dùng và phân tích tuần tự các bước đóng/cắt máy cắt, dao cách ly theo từng bước vận hành cụ thể.

5. Những tài liệu tham khảo chính nào được sử dụng để biên soạn giáo trình?

Giáo trình được tổng hợp dựa trên các tài liệu chuyên môn tiêu chuẩn, tiêu biểu gồm:

  • 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).

Kết luận

Giáo trình Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp (KTĐ19MĐ37) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và có tính chuẩn hóa cao về các thiết bị điện lực chính, sơ đồ nối điện và hệ thống mạch điều khiển thứ cấp trong nhà máy điện và trạm biến áp.

Lộ trình học tập đề xuất:

  1. Tiếp cận lý thuyết nền tảng về nhà máy điện, trạm biến áp và máy biến áp lực/đo lường (Chương 1 và Chương 2);
  2. Phân tích nguyên lý cấu trúc sơ đồ nối điện chính, sơ đồ điện tự dùng và mạch thứ cấp (Chương 3 và Chương 4);
  3. Khảo sát cấu trúc thực tế của thiết bị phân phối điện (Chương 5);
  4. Hoàn thiện năng lực nghề nghiệp thông qua kỹ năng lập phiếu thao tác, án động thiết bị và xử lý sự cố trạm điện (Chương 6 và Chương 7).

Người học nên kết hợp nghiên cứu giáo trình này cùng các tài liệu tham khảo của TS. Đào Quang Thạch và tác giả Nguyễn Công Hân để mở rộng hiểu biết chuyên môn về thiết kế và vận hành hệ thống điện công nghiệp.