高职供用电技术专业二年级《高压电缆标准化检修与试验技术》教学设计

高职供用电技术专业二年级《高压电缆标准化检修与试验技术》教学设计

  一、课程概述与定位

  本课程是高职院校供用电技术、输配电工程技术等专业核心课程《高电压设备测试与检修》中的关键模块，属于专业能力集成与综合实训阶段。高压电缆作为城市电网与重要工业用户的能量主动脉，其运行可靠性直接关系到供电安全与国民经济稳定。随着城市电缆化率的不断提升以及交联聚乙烯（XLPE）电缆成为绝对主流，其状态检修与预防性试验体系已发生深刻变革。本教学设计旨在对接国家电网、南方电网等行业最新技术标准（如Q/GDW11316-2024《电力电缆线路试验规程》、DL/T664-2021《带电设备红外诊断技术应用导则》），融合智能巡检、在线监测等前沿技术，培养学生掌握系统化、标准化、安全至上的高压电缆检修试验核心技能与职业素养。课程设计遵循“以工作过程为导向、以典型任务为载体”的理念，将真实的工作情境、严谨的作业流程与深刻的理论剖析相结合，实现知识、技能与态度的有机统一。

  二、学情分析

  教学对象为高职供用电技术专业二年级学生。经过前序课程学习，学生已具备电工基础、电气设备、高电压技术等理论基础，对电力系统构成和高压设备有基本认知。技能层面，已初步掌握基本安全工器具使用和电气试验接线操作。其认知与学习特点表现为：对实操兴趣浓厚，动手能力强，但理论知识体系相对碎片化，迁移应用能力不足；能够接受信息化教学手段，但对抽象原理和复杂标准文本的理解存在畏难情绪；具备初步的团队协作意识，但在规范化作业、风险预控和严谨数据分析方面亟待强化。此外，学生对未来岗位（如电缆运检工、试验工）的具体工作内容与职业发展路径存在好奇与探索需求。因此，教学设计需在巩固规范操作的基础上，着重强化原理探究、标准解读、故障综合分析及安全责任意识的培养，搭建从“会操作”到“懂原理、能判断、守规范”的能力阶梯。

  三、教学目标

  依据专业人才培养方案与岗位能力标准，制定以下三维教学目标：

  （一）知识与技能目标

  1.能准确阐述高压电缆（特别是110kVXLPE电缆）的结构组成、绝缘老化机理及常见故障类型（如主绝缘缺陷、附件安装工艺缺陷、外护套损伤等）。

  2.能完整、规范地叙述高压电缆停电标准化检修作业的流程，包括工作票办理、安全措施布置、停电、验电、接地、拆除引线、试验、恢复等关键环节及安全要求。

  3.能深入理解并说明预防性试验项目的原理、目的及国家标准：包括但不限于绝缘电阻测量、直流耐压与泄漏电流试验（针对油纸电缆或特定情况）、交流耐压试验（特别是变频串联谐振试验）、介质损耗因数（tanδ）测量、局部放电检测、电缆护层试验、接地电阻测试等。

  4.能独立或在团队协作下，规范、安全地完成绝缘电阻测试、交联电缆交流耐压试验（仿真或实操）及电缆故障初步定位（如脉冲法）等核心操作，并能正确使用兆欧表、串联谐振耐压装置、电缆故障测试仪等关键设备。

  5.能根据试验数据、波形图等结果，对照标准限值，初步判断电缆及附件的绝缘状态，并撰写规范的试验报告。

  （二）过程与方法目标

  1.通过项目任务驱动，经历“接受任务—信息搜集—方案制定—实施检修试验—数据分析—总结评估”完整的工作过程，形成系统化的问题解决思维。

  2.运用虚拟仿真软件进行高风险作业的预演，掌握标准化作业流程（SOP），培养严谨、细致的操作习惯。

  3.通过案例研讨，学习故障诊断的分析方法，能够综合运用多种试验数据，进行关联分析和初步推断。

  4.利用在线监测数据模拟平台，体验状态检修的理念，理解定期试验与在线监测相结合的价值。

  （三）情感、态度与价值观目标

  1.牢固树立“安全第一、生命至上”的职业安全观，深刻理解高压作业风险的极端严峻性，养成严格遵守安全规程的自觉性。

  2.培育精益求精的工匠精神，对待试验接线、数据读取、报告撰写等每一个细节都力求准确、规范。

  3.增强团队协作与沟通能力，在模拟工作班组中明确岗位职责，学会有效沟通与相互监护。

  4.建立设备主人翁意识和责任担当，理解电缆可靠运行对社会民生的重要意义，激发职业荣誉感与使命感。

  四、教学内容与重难点

  （一）核心教学内容模块

  模块一：高压电缆结构与故障机理理论深化。重点解析XLPE电缆的“导体—半导体屏蔽—绝缘—半导体屏蔽—金属屏蔽—护套”多层结构的功能与工艺要求；深入讲解水树、电树等绝缘老化机理；系统梳理电缆本体、中间接头、终端头等部位的典型故障模式及其表征。

  模块二：标准化安全检修作业流程。以一张典型的第一种工作票为线索，贯穿作业计划、现场勘查、危险点分析与预控、安全措施布置（围栏、标示牌、接地线）、许可开工、现场作业、验收终结等全流程。强调工作负责人、许可人、操作人、监护人的角色与职责。

  模块三：关键预防性试验与状态检测技术。

  1.绝缘特性试验：绝缘电阻与吸收比测试的原理、接线与影响因素。

  2.耐压试验：重点讲解交流耐压试验取代直流耐压试验对于XLPE电缆的必要性；深入剖析变频串联谐振耐压试验的原理、等值电路、品质因数Q的意义、设备配置及升压控制策略。

  3.介质损耗与局部放电检测：介绍tanδ测量的原理与诊断价值；讲解局部放电（PD）检测的原理、方法（电脉冲法、超声波法、特高频法）、典型放电图谱与定位技术。

  4.护层及接地系统试验：电缆外护套绝缘电阻测试、交叉互联系统检查与接地电阻测试。

  5.电缆故障测距：学习低压脉冲法、冲闪法（电流取样、电压取样）的基本原理与波形分析。

  模块四：试验数据分析与报告编制。学习各类试验的标准限值、温度换算等方法；训练根据多试验项目结果进行综合状态评估的逻辑；掌握标准试验报告格式与内容要求。

  模块五：新技术与应用拓展。简介分布式光纤测温（DTS）、在线局部放电监测、智能巡检机器人等技术在电缆状态感知中的应用。

  （二）教学重点

  1.高压电缆标准化检修作业的安全流程与组织措施、技术措施。

  2.变频串联谐振交流耐压试验的原理、设备接线、操作规程及注意事项。

  3.主要预防性试验项目的原理、接线、标准解读及数据初步分析。

  （三）教学难点

  1.变频串联谐振试验的谐振条件理论分析与现场调试。学生难以从抽象的LC串联谐振理论直接迁移到实际设备的多档位电抗器组合与电容匹配计算。

  2.电缆故障测距波形（尤其是复杂的冲闪波形）的识别与解读。波形中混杂着各种折射、反射与干扰，需要丰富的经验才能准确判断故障点反射脉冲。

  3.多源试验信息的综合诊断思维建立。单一试验合格不代表整体健康，如何关联绝缘电阻、耐压、局放等多维度信息，对电缆状态做出全面、准确的评估，是高级技能人才的核心能力，也是教学难点。

  五、教学策略与方法

  为突破重难点，实现高阶教学目标，采用“虚实结合、理实一体、案例贯穿”的混合式教学策略。

  （一）整体策略

  1.工作过程系统化教学：以“完成一条110kVXLPE电缆段的C类检修与试验”为总项目，分解为若干子任务，模拟真实工作流程。

  2.信息技术深度融合：利用三维动画拆解电缆结构与故障机理；使用高保真虚拟仿真软件进行高风险作业（如挂拆接地线、耐压试验）的反复演练；搭建电缆试验数据模拟分析平台。

  3.案例引领，问题驱动：精选行业典型故障案例（如接头爆炸、外破导致故障等），将理论知识与故障分析紧密结合，以问题链引导学生探究。

  （二）主要教学方法

  1.项目教学法：学生以工作组形式，共同完成从任务书到试验报告的全过程。

  2.情境模拟法：在实训基地或虚拟环境中，创设高度仿真的变电站电缆间隔或电缆隧道工作场景。

  3.演示教学法：教师规范演示关键操作步骤，特别是安全措施布置和精密仪器使用。

  4.探究讨论法：针对试验异常数据或故障波形，组织小组进行“诊断会商”，提出可能原因与后续验证方案。

  5.练习反馈法：通过虚拟仿真操作评分系统、实操考核清单，实现过程性技能评价与即时反馈。

  六、教学资源与环境

  1.硬件环境：配备安全工器具室、高压试验实训室（含串联谐振耐压设备、兆欧表、直流高压发生器、电缆故障测试仪等）、电缆附件安装实训工位、多媒体智慧教室。实训设备尽可能与现场一致或简化版。

  2.软件资源：高压电缆检修试验虚拟仿真软件（包含安全流程、设备认知、接线练习、试验仿真模块）；电缆结构与故障机理三维动画资源库；行业标准文档（电子版）；典型故障案例库（含试验数据、照片、报告）。

  3.文本资源：自编活页式工作手册（整合任务工单、知识链接、操作步骤、记录表格、评价标准）；国家及行业标准汇编（重点章节）；设备厂家技术说明书。

  4.师资配置：主讲教师需具备“双师”素质，有电缆运检现场工作经验或深度企业实践经历；可邀请企业专家进行专题授课或线上讲座。

  七、教学实施过程（详细核心环节）

  本课程总学时设置为32学时，采用连续两周的集中实训周模式实施。以下为核心实施过程的详细阐述。

  第一阶段：课前探究与准备（4学时，线上+线下）

  任务驱动：教师通过线上教学平台发布项目任务书——“某110kV变电站至用户终端的一条XLPE电缆（长度1.2km，含两个中间接头）即将进行投运后的首次定期试验（C类检修），请你所在的工作组制定检修试验方案。”

  学生活动：

  1.自主学习资源包：观看电缆结构三维动画、标准化作业流程微课；阅读任务相关的技术标准（Q/GDW11316）关键条款。

  2.完成在线知识测试：包括电缆结构识别、安全规程选择题、试验项目匹配等，系统自动评分，帮助学生自查知识盲点。

  3.小组初步研讨：线上协作，根据任务书初步罗列出工作流程、所需工器具、试验项目清单，并提交初步方案思维导图。

  教师活动：在线答疑，跟踪学生预习情况，收集共性问题，为课堂精讲做准备。

  第二阶段：课中深度研学与技能内化（24学时，理实一体教室/实训室）

  本阶段是教学的核心，围绕总项目分解的五个递进式任务展开。

  任务一：认知深化与安全筑基（4学时）

  环节1：案例导入，聚焦问题。教师播放一段因安全措施不到位导致的人身事故动画，或展示一组因电缆附件工艺缺陷引发的故障实物图片，引出主题：安全与质量是电缆工作的生命线。

  环节2：理论精讲与互动研讨。教师不是平铺直叙结构，而是以“故障反推结构功能”：例如，针对“为什么会有水树故障？”引导学生思考绝缘屏蔽层的均化电场和阻断水分的功能；针对“为什么交接要做交流耐压？”引出XLPE绝缘的空间电荷积累问题。使用交互式白板，让学生拖拽组装电缆各层结构。

  环节3：安全规程情境化学习。学生分组，在虚拟仿真软件中，根据给定的工作票，模拟完成从接收命令到布置安全措施的全过程。软件设有陷阱（如接地线位置错误、标示牌遗漏），操作错误将触发虚拟事故后果，强化记忆。

  任务二：检修流程虚拟实战（4学时）

  环节1：流程梳理与角色扮演。各小组领取实体化的“工作票”和“标准化作业指导书（卡）”。组内成员分饰工作负责人、监护人、操作人等角色。教师在实训室模拟现场（设有模拟电缆终端塔、围栏、标识牌道具），引导各小组进行桌面推演，口头复述每一步流程、安全措施和口令。

  环节2：高风险作业虚拟专训。重点在仿真软件中训练“挂拆接地线”操作。软件严格模拟验电、挂接顺序、身体姿态、工器具传递等细节，并进行动作捕捉与规范性评分。学生必须达到90分以上方可进入下一环节。

  任务三：关键试验技术原理与实操（10学时）

  这是突破教学重难点的关键模块。

  子任务3.1：绝缘电阻测试与介质损耗入门（2学时）。教师演示兆欧表（摇表及数字式）的正确使用（开路、短路检查，G端的使用）。学生实操测量短段电缆模型的绝缘电阻，并记录吸收比。引入介损概念，演示数字化自动介损测试仪的使用，解释其对于绝缘受潮、老化的敏感性。

  子任务3.2：变频串联谐振交流耐压试验（6学时，教学重中之重）。

  -原理探究（2学时）：摒弃直接公式灌输。教师提出挑战：“如何用有限的试验设备（小容量电源、小体积电抗器）对长电缆（大电容）进行高电压试验？”引导学生回顾串联谐振特性（电压放大）。进而，利用电路仿真软件，让学生动态调整电源频率f，观察回路中L、C固定时，电流I、电抗器电压UL随f变化的关系曲线，直观理解“谐振点”。接着，引入实际问题：现场电缆电容是固定的，如何实现谐振？引出“调节电感（电抗器串并联）或调节频率”两种方式，自然导出变频串联谐振的原理。

  -方案制定与虚拟接线（2学时）：给定电缆参数（长度、电容），各小组查阅设备手册（虚拟），计算谐振频率范围，选择电抗器组合方式，制定试验方案。随后在虚拟仿真平台完成完整的设备布置、接线检查。平台会模拟接线错误导致的后果（如设备报警、无法升压）。

  -实操演练（2学时）：在教师严密监护下，分组在真实设备（降低电压等级，如用10kV设备对模拟电缆）上进行实际操作。重点训练设备检查、接线复查、安全距离确认、分级升压、稳压计时、降压断电、放电等流程。强调监听、监视异常现象。

  子任务3.3：电缆故障初步测距（2学时）。讲解低压脉冲法原理。利用电缆故障测试仪培训箱，学生练习在已知良好电缆和设置故障的电缆上发射脉冲、捕捉波形，测量波速，计算距离。对比两者波形差异，学习识别故障点反射脉冲。

  任务四：数据综合分析与报告撰写（4学时）

  环节1：案例诊断工作坊。教师提供一份完整的、包含若干异常数据的“某电缆试验报告”（虚构但符合工程逻辑）。例如：绝缘电阻合格，但交流耐压后期局部放电量超标。各小组化身“专家团队”，分析可能原因（如接头内部存在尖端放电），并讨论下一步处理建议（如缩短检测周期、结合红外测温等）。

  环节2：报告编制规范训练。学习标准试验报告格式，教师展示优秀与不合格报告样例。学生根据任务三中自己小组获得的实操数据（或教师提供的标准数据包），撰写一份完整的试验报告，要求数据准确、结论明确、签字齐全。

  任务五：新技术拓展与行业视野（2学时）

  邀请企业专家（线上或现场）讲座，介绍电缆在线监测系统（如DTS在电缆载流量动态调整中的应用、在线PD监测在状态检修中的案例）、智能巡检机器人在电缆隧道中的应用等。组织学生讨论这些新技术如何改变传统定期检修模式。

  第三阶段：课后巩固与能力迁移（4学时，线上+项目作业）

  1.线上巩固练习：平台推送故障波形分析专项练习、标准条文解读问答。

  2.综合项目作业：发布一个更复杂的综合性案例，例如“一条运行多年后发生单相接地故障的电缆”，要求学生以小组为单位，形成一份从故障研判、停电申请、试验方案设计（包含故障测距和修复后试验）、到最终投运建议的综合性技术方案提纲。

  3.学习反思日志：每位学生撰写学习日志，总结收获、反思不足、提出未来学习方向。

  八、教学评价与考核

  建立“过程性评价与终结性评价相结合、线上与线下相结合、技能与素养相结合”的多元评价体系。

  （一）过程性评价（占总评60%）

  1.线上学习表现（10%）：预习测试成绩、资源学习时长、在线讨论