《高职电气自动化技术专业二年级：压力电缆牵引施工工艺与安全规范教学设计》

《高职电气自动化技术专业二年级：压力电缆牵引施工工艺与安全规范教学设计》

一、课程基本信息

本课程隶属于高职电气自动化技术专业核心技能课程《高压电力电缆施工与运行维护》，授课对象为高职二年级学生。学生已系统学习电路基础、高电压技术、供配电工程等前序课程，并完成了普通低压电缆的敷设实训，具备电力系统基本认知与初步动手能力。本节内容“压力电缆牵引”是电力电缆工程中保障绝缘完整性与施工安全的关键环节，涉及力学分析、精密工器具使用及严苛的工艺标准，是连接理论认知与岗位实操的枢纽。课程性质为理实一体化专业课，安排2学时连堂（共90分钟），授课地点为电力电缆施工仿真实训室及室外电缆沟实训工位。依据《高等职业学校电气自动化技术专业教学标准》及国家电网公司《电力电缆施工工艺导则》设定本设计。

二、教学目标

依据职业教育“岗课赛证”融通理念与工程教育专业认证（OBE）成果导向原则，确立以下三维目标：

1.素质目标（课程思政浸润）：【重要】通过模拟电网抢修情境，培养“人民电业为人民”的服务意识与严谨精细的工匠精神；在团队牵引作业中强化安全责任伦理与协作担当，杜绝野蛮施工，树立绿色施工、保护电缆附属设施的环保观念。

2.知识目标：【基础】准确复述压力电缆的结构特点及“压力维持”原理；【核心】系统阐述牵引力、侧压力、弯曲半径三大控制指标的工程意义与容许范围；【拓展】列举液压牵引头、防扭钢丝绳、履带式输送机等专用机具的适用场景。

3.能力目标：【非常重要】能依据施工图纸完成牵引力理论计算，并正确设定张力机、牵引机的过载保护值；能规范执行压力电缆牵引前的氮气压力检查与补气操作；能在团队协作下完成直线段、转弯段模拟牵引，并实时监测侧压力。

三、教学重难点

1.重点：【高频考点】【非常重要】牵引力与侧压力的同步控制机理；压力电缆施工图样中“压力监测点”的布设原则；液压牵引头与电缆本体的密封连接工艺。

2.难点：【难点】电缆在弯曲滑轨上所受侧压力的实时估算与报警阈值整定；牵引过程中发生“抱死”或“绝缘击穿”隐患的预判与应急处置。

四、教学方法与手段

摒弃单一的讲授演示，采用“基于工作过程系统化”教学范式。主线任务设定为“110kV变电站扩建工程—压力电缆进线间隔牵引施工”。方法组合如下：

1.虚拟仿真先行：利用VR电缆隧道仿真平台，使学生沉浸式观察电缆受力形变与压力表数值联动的微观过程，化解抽象概念。

2.实物工装拆解：每组配备一套报废压力电缆终端及液压牵引头，通过拆装体验建立结构认知。

3.任务驱动与协作探究：六组并行，模拟三个施工标段，组间互为监理与验收方，倒逼工艺自查。

4.数字化赋能：课堂采用“雨课堂+智慧电缆实训评价系统”，实时投屏各组牵引力示值曲线，进行数据对比分析。

五、教学准备

1.师资：主讲教师1名（具备高压电缆高级技师资格），实训指导教师2名。

2.场地：电力电缆施工仿真实训室（40工位，配备VR头显12套）；户外模拟电缆沟（含直线段、30°转角、90°转角，配备滚轮支架及侧压力传感器）。

3.器材：110kV皱纹铝套压力电缆（实训专用短段，6根）、液压牵引头（6套）、防扭钢丝绳（6根）、液压式张力机（1台，各组分时使用）、履带式输送机（2台）、氮气压力表（6块）、补气装置（2套）、侧压力贴片传感器（12个）、数显牵引力测力仪（6台）、对讲机（12部）。

4.资料：某实际变电站电缆路径图（简化版）、空白施工记录表、典型事故案例动画（牵引力超限致铝套皱褶、侧压力过大致绝缘纸分层）。

六、教学实施过程（90分钟）

本过程细分为“情境唤醒与任务拆解—计划制定与决策—深度实操与工艺攻克—成果展评与迁移”四个进阶阶段，完全遵循完整工作流程，杜绝碎片化演示。每个环节均精确标注教师行为、学生活动、设计意图与资源适配。

（一）情境导入与任务发布（8分钟）【重要】

1.教师活动：播放一段15秒现场音频——某变电站投运前耐压试验击穿，原因为电缆牵引时侧压力超标导致绝缘褶皱。随即展示该电缆的解剖照片。教师以项目部总工身份发布本次课的核心任务：“城北变110kV进线电缆需穿越已建综合管廊，管廊内有三处连续弯，设计采用压力电缆。项目部要求我们必须在2小时内完成A相电缆的牵引方案制定与模拟施工，确保压力不下降、结构不受损。”教师在数位板上手绘简化的路径草图，标注管廊入口、两个45°转角及一个30°转角，并将各段长度、转弯半径实时推送至学生平板。

2.学生活动：以班组为单位，迅速阅读任务卡，明确本组施工段（直线段、30°弯道组、45°弯道组）。使用平板查看电子版电缆说明书，提取压力电缆允许牵引力（一般铝套电缆可取30N/mm²，本实训电缆截面800mm²，故最大牵引力不超过24kN）、最小弯曲半径（20倍电缆外径，约1.2m）及侧压力限值（铝套电缆通常≤3kN/m）。

3.设计意图：从真实故障倒逼入局，建立“压力电缆娇贵、牵引风险极高”的第一印象。以项目部任务书形式赋予角色感，促使学生自主查阅标准，而非被动听讲。【高频考点】电缆允许牵引力与截面关系在此初现。

（二）牵引施工方案制定与预演（12分钟）【非常重要】【难点突破】

1.教师精讲与计算建模（5分钟）：

教师并不直接给出答案，而是演示牵引力计算的基本模型——直线段牵引力T=μ×W×L，转弯段侧压力P=T/R。利用白板逐步演算：设摩擦系数μ=0.2（滚轮有效），电缆自重W=35kg/m，第一段直线长30m，入口张力T1=0.2×35×10×30=2100N。继而引导学生思考：转弯段侧压力如何？教师以第一转弯（R=1.5m）为例，T入口为2100N，出弯张力T2=T1×e^(μθ)（重点讲解指数增长效应）。计算得T2≈2100×e^(0.2×0.785)=2100×1.17=2457N，此时侧压力P=T1/R=2100/1.5=1400N/m=1.4kN/m，远低于限值。但若后段增长，侧压力将激增。

教师在此处强调：【非常重要】【高频考点】压力电缆牵引的核心并非单点力，而是张力在路径上的累积效应；尤其在连续弯道，后一个弯的侧压力往往成为控制条件。教师随即演示智慧电缆实训评价系统中预设的“牵引力—路径”仿真曲线，鼠标划过弯道处，侧压力数值实时跳变，学生直观看到红色报警区。

2.小组方案决策（7分钟）：

各组基于平板上的电子路径图与计算器APP，分别对自己负责区段的牵引力、侧压力进行试算。直线段组需计算所需最大牵引力，并反推张力机初始设定值；转弯段组需根据前后段可能张力，估算侧压力是否超标，并提出解决方案（如增加输送机辅助牵引、降低牵引速度以减小动摩擦系数）。教师巡视，针对普遍存在的“忽略上一段余力对弯道影响”的典型错误，及时插播微课短视频《弯道侧压力来源》，时长仅40秒，展示有限元应力云图。

此时实训室内，各组成员已开始在白板上书写计算步骤，并在虚拟仿真软件中拖动机具位置，调整输送机布置点。教师选取一组的计算书进行投屏，集体会诊——该组在计算90°转弯侧压力时，误用了出弯张力而非入弯张力，导致估算值偏低40%。全班立即警觉。

（三）核心工艺分步实操（50分钟）【本课主体，占总时长55%】

此阶段严格遵循真实工序：工器具检查及压力确认—牵引头压接与密封—机具布置与参数整定—协同牵引与动态监测—转弯段侧压力专项控制。每一子步骤均设质量停检点。

1.子步骤1：压力电缆状态确认与补气（7分钟）【基础】【高频考点】

教师示范：首先目检电缆外护套无贯穿伤；随后将专用氮气压力表旋入电缆尾端气阀，读数应为0.1~0.15MPa（出厂预压力）。若低于0.1MPa，需使用补气装置缓慢充入高纯氮气至规定值。教师拆解压力维持机理：压力电缆在导体屏蔽层外充入微正压氮气，一旦牵引过度致铝套出现微裂纹，压力即下降；因此牵引前必须确认压力，牵引中必须连续监测压力。

学生分组操作：每组分得一根短段实训电缆（已预充低压空气替代氮气，安全），模拟补气过程。两人配合，一人持表读值，一人缓慢旋启减压阀。要求压力稳定在0.12MPa±0.01MPa。教师巡检，重点关注阀门旋向与密封圈安装。此环节标记【重要】，因压力丢失是牵引返工的首因。

2.子步骤2：液压牵引头与防捻器组装（10分钟）【非常重要】【难点】

教师利用高清实物展台慢动作演示：将电缆端部剥切段（实训电缆已预制剥切段）插入液压牵引头套筒，确认导体插入深度到位；使用超高压液压泵分三级加压，每级保压10秒，使套筒产生塑性变形握紧导体与金属套。特别强调：保压不足会导致牵引时拔脱，超压会压溃电缆内部绝缘。教师展示因压接过压导致绝缘屏蔽层断裂的废品截面，学生触目惊心。

各组学生在废旧电缆段上进行压接练习（使用手动液压钳，压力值调至标准值下限以保护实训件）。要求压接后使用游标卡尺测量压痕深度，并旋转牵引头检查是否与电缆同轴。同时，在牵引头后部安装防捻器，教师讲解：若不安装防捻器，电缆在牵引中自转，累积扭力会破坏铝套焊缝。此处教师通过慢镜头动画展示扭力破坏过程。学生拧紧防捻器，并确认转动灵活。

3.子步骤3：张力机、输送机布置与牵引力设定（8分钟）【重要】

各组依据先前计算，在模拟电缆沟入口处布置小型液压张力机（每台最大出力30kN）。教师下发各组的牵引力限定卡：直线段组整定最大牵引力22kN（预留安全裕度）；转弯段组需额外设定输送机顶推力（每组履带式输送机可提供3~5kN辅助推力）。学生使用测力仪标定张力机溢流阀，并反复空载测试紧急停机响应时间。教师强调：牵引力设定值不得大于电缆允许值且应留有10%余量，这是电力安规的强制红线。【高频考点】过载保护设定值计算常作为职业资格考试案例题。

4.子步骤4：协同牵引与全程动态监控（15分钟）【核心】【非常重要】

全班分为三个大组同步展开模拟牵引，各组成员分工为：指挥员（持对讲机）、张力机操作员、输送机操作员、电缆进线引导员、侧压力与牵引力记录员、压力表监视员。室外模拟电缆沟内已布置滚轮支架并粘贴侧压力薄膜传感器（受压力变色）。

教师发布“开始牵引”指令。各组指挥员使用标准术语：“张力机预备—启动—速度0.5米/分—电缆头已入沟—直线段滚轮正常—准备进入1号转弯”。记录员每5秒读取一次测力仪数值与侧压力传感器数值，并迅速填入平板电子表格，系统自动生成实时曲线。

在此过程中，教师设置两个突发故障点。第一组（直线段）牵引至20米时，教师远程关闭其中一只滚轮使其卡滞，模拟滚轮损坏，牵引力瞬时从18kN飙升至26kN。测力仪蜂鸣报警，指挥员果断下令“紧急停机”。全班暂停，教师组织讨论：为何压力未降但牵引力超标？学生迅速排查，发现卡滞滚轮，排除后重新启动，牵引力回落。此环节教师点评：牵引力仪表是最终防线，但巡检滚轮、听辨异响同样重要。

第二组（45°弯道组）在电缆头通过弯道中部时，侧压力传感器显示由2.1kN/m升至3.5kN/m（已超过铝套限值3.0kN/m）。指挥员犹豫是否停机。教师介入，要求全班观察该组压力表——压力表指针轻微摆动。随即教师揭示：侧压力过大已导致铝套微量变形，内部气体体积被压缩，压力瞬变。学生深刻理解侧压力与压力维持的直接关联。该组立即调整输送机顶推力增大一级，并降低牵引速度至0.3米/分，侧压力回落至2.4kN/m。

5.子步骤5：转弯段侧压力精细化控制专项演练（10分钟）【热点】【难点攻克】

基于第二组的实战问题，教师开启“转弯侧压力闭环调控”专项训练。全体学生聚焦90°转角工位。教师出示工程上常用的经验公式：侧压力P=(T入+T出)/(2R)，并指出用平均张力估算更为安全。学生使用该公式重新计算本组侧压力，并与实测值比对，误差在10%以内，学生获得成就感。

随后，教师引导学生实施三种降侧压力策略：A.在弯道前增加一台输送机，减小T入；B.在弯道内侧涂敷专用润滑脂；C.调整滚轮间距，增加承托点。各组分别验证一种策略，使用侧压力贴片量化效果。数据汇总后，全班公认“输送机助推”降侧压效果最显著，可达30%以上。教师顺势点明：此即为“以推代拉”智慧施工理念，是国网基建竞赛金牌工艺。

（四）质量验收与数据讲评（12分钟）

1.组间交叉验收：每组轮换扮演监理方，持工艺标准检查相邻组的牵引记录。重点核验：牵引力峰值是否超标、侧压力报警次数、压力表始末读数差、牵引头压接记录表。某组因压力表终值0.11MPa（始值0.12MPa），被监理判定为“疑似铝套微变形”，虽未超标但需在竣工资料中备注。监理组填写整改通知单，施工组签署纠正措施（如加装护缆抱箍）。

2.数据驾驶舱讲评：教师调出智慧系统记录的六组牵引力曲线，叠合对比。显见直线段组力值平稳，而90°转弯组有明显尖峰。教师引导全班分析尖峰成因，学生归纳为“入弯前未充分减速”及“输送机启动滞后”。教师进而引入“冲击张力”概念，指出瞬间加速度也会使侧压力骤增，必须匀加、减速。【高频考点】牵引速度梯度限制。

3.思政升华：教师展示国家电网劳模、“电缆医生”赵某某在冬奥保电中零失误牵引7公里超长电缆的事迹，强调每一米牵引都关乎城市光明，力值曲线不仅是数字，更是责任曲线。

（五）课堂小结与作业布置（8分钟）

1.知识结构化：教师并非重复知识点，而是请每位学生在便签纸上写出“本堂课解决了我之前对压力电缆牵引的哪一个误解”，贴到白板对应区域。收集典型误解如“以为牵引力不超就行，不懂侧压力”“以为压力电缆是刚性的，其实很敏感”“认为压接只是力气活，不知有量化标准”。教师针对性回应，完成认知纠偏。

2.作业布置：【拓展】登录校本SPOC平台，观看《220kV超高压电缆隧道牵引》全景视频，撰写300字“牵引工艺改进建议”，要求必须引用本课所学的“侧压力闭环调控”策略。【团队】以班组为单位，完善本组的牵引施工方案，增加应急预案部分（如牵引头脱落的现场处置、压力骤降的判断程序），下节课进行方案擂台赛。

3.工位恢复：落实6S管理，每组清点工具、卷绕电缆、归零张力机压力、填写设备点检卡。培养学生工完料尽场地清的职业习惯。

七、教学评价设计

摒弃单一的教师打分，构建“过程性数据+成果质量+职业素养”三维评价体系，权重4:3:3。

1.过程性数据（40%）：依托智慧实训系统自动采集——牵引力超限报警次数（负向扣分）、侧压力阈值内稳定时长、压力表波动幅度、操作规范视频抓拍（如压接保压时间是否达标）。每项指标透明可追溯，学生可实时查看班级排名。

2.成果质量（30%）：监理组与教师共同评分，依据是施工记录表填写的完整性（必须包括计算书、实测峰值、异常处理描述）及电缆外观检查（外护套有无划痕、牵引头有无偏斜）。

3.职业素养（30%）：劳动纪律（是否穿绝缘鞋、戴安全帽）、团队协作（对讲机用语文明、指令复诵制执行情况）、6S完成度。尤其强调【重要】指令复诵——“张力机设定22kN，复诵正确”，这是电力行业防误操作的铁律。

八、教学反思与迭代预设

1.成功处：以侧压力为逻辑主线，将压力维持与力学监控深度耦合，突破了传统“只教拉、不教压”的浅表实训。虚拟仿真前置有效降低认知负