主动适应行业需求的输电线路工程专业教材体系研究
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摘要：输电线路工程专业是一个新兴的、多学科交叉的高等工程教育领域，其人才培养模式及专业系列教材一直在持续研究与建设。根据输电行业的用人需求，分析了输电线路工程本科专业人才应具备的电气、土木、机械、工程测量、气象、水文与地质六大学科领域有关知识，研究确定以电学和力学作为专业的理论基础。结合输电行业需求，提出了以线路设计、施工和运行维护为专业核心知识，其他内容为专业完备知识的专业教育课程体系，从而编撰了课程体系对应的系列高等教育用教材，推动了我国输电线路工程高等教育的发展。
关键词：输电线路工程专业；输电行业需求；高等工程教育；知识结构；专业系列教材
作者简介：唐波（1978-），男，湖北安陆人，三峡大学电气与新能源学院，副教授；孟遂民（1957-），男，河南漯河人，三峡大学电气与新能源学院，教授。（湖北 宜昌 443002）
基金项目：本文系湖北省高等学校省级教学研究项目（项目编号：2012238）、三峡大学教学研究项目（项目编号：J2012009）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0047-03
为满足不断增长的国民经济和社会民生用电需求，国家电网公司根据我国国情，制定了“十一五”和“十二五”期间电力建设的战略目标，即建设以特高压电网为核心的坚强电网。[1-2]在此背景下，我国输电线路工程建设越来越多，对输电线路设计、施工和运行维护的要求也越来越高，国家需要大量的具有输电线路设计、施工、运行维护知识和研究能力的高级专业技术人才。
输电线路工程专业即是根据上述国家电力建设用人需求而创办的新兴专业，目前全国只有五所本科院校及各省电力公司下属的专科学校开设了该专业（方向）。[3]由于输电线路工程本科开办历史不长，又是一个多学科交叉的专业，创办初期全国没有可用于其高等工程教育的专业教材。为此，三峡大学作为全国最早开办输电线路工程专业的高校，由国家级教学团队成员，针对输电线路工程行业需求，践行三峡大学特色专业、拔尖创新人才培育试验计划和卓越工程师教育培养计划等专业建设实践，承担系列省级、校级教学研究项目，历经二十余年的教学研究和科学研究凝练成输电线路工程专业系列教材，为全国输配电行业培养了大量的高级工程技术人才，并服务于全国多个输配电行业单位的职工培训。
一、输电线路工程专业的发展概况
早期，为适应国家经济发展的需求，我国电力行业的发展一直集中在电源建设，电网建设则相对落后。随着厂网分开和国家电网公司、南方电网公司的成立，国家加大了对输电网和配电网的建设，对电网的输电质量提出了更高的要求。作为整个电网中完全暴露于自然界、承受自然环境最为复杂恶劣、运行维护最为困难的输电线路，其成为保证电网坚强的决定性影响因素。2008年的低温冰害天气对电力系统乃至我国国民经济造成的影响就是典型代表。因此，全国电力建设对输电行业的技术人才需求量不断加大，而且培养质量要求也在逐年提高。
输电线路工程专业伴随着我国电网建设的发展而发展。1990年以前，在中专、技校中多以“输配电”的名义培养输电线路技能人才。1991年以后到1996年，当时的电力部根据电力企业的需求，在当时的葛洲坝水电工程学院（现三峡大学）和东北电力学院（现东北电力大学）设置了输电线路工程全日制专科，同时在多所职工大学设置输电线路专业进行在职培训。1997年，三峡大学率先设置了输电线路工程本科专业，随后东北电力大学、南京工程学院、东南大学成贤学院、华北电力大学（2011年开始招生）等高校也相继开展了该专业的本科教育。目前，全国仅华北电力大学、东北电力大学和三峡大学开展了输电专业方向的硕士研究生教育。[3]
由于输电线路本科开办历史不长，关于输电线路工程高等教育研究，各高校目前多集中在个别课程的教学模式分析，[4-8]而对输电线路工程专业的整个高等教育体系思考较少，缺乏系统性的输电本科专业应具备的知识体系和相应的教材建设研究。
二、输电线路工程专业的知识与课程
1.输电线路工程的知识领域
输电线路工程专业直接面向电力行业，其建设目的就是为了输送电能和实现电力系统联网。作为自然界中人工建设形成的构筑物，输电线路的建设经历着设计、施工和运行维护三个工作阶段，而这三个既相互独立又相互促进的工作分别由电力行业中的电力设计院、电力建设公司和电网公司承担。根据各用人单位的专业需求，文献[9]研究提出输电线路工程是一个跨学科的专业，输电线路的设计、施工、运行维护及管理等涉及工程测量、气象、水文与地质、土木、电气、机械等学科的知识，因此从事输电线路工程专业的技术人才应是复合型的。
2.输电线路工程专业的基础理论及课程
显然，输电线路工程专业的知识结构涉及多个一级学科，结合行业需求和大学本科人才培养定位，要实现所有知识、能力和素质的一体化是非常困难的，因此学校在教学过程中必须对以上学科内容有所取舍。
考虑到输电线路的实质是可以输送电能的人工建筑物，从工程安全的角度看面临着两个基本问题，一是线路能在复杂的自然环境中施工建设起来，并在长期的运行中不会出现倒塔或断线等力学破坏事故；另一个是线路在输电时，线路结构本身或对线路周边障碍物不产生放电、闪络等电学事故。因此，可以认为输电线路学科的理论基础就是力学和电学。
针对力学知识体系，教师首先要求学生掌握基础力学的概念及基本知识，对应的知识课程为“理论力学”；在各种力的作用下，各种材料所体现的力学特性不同，如地线对应的钢绞线、导线对应的钢芯铝绞线在相同的外界条件下弧垂明显不同，对应的知识课程为“材料力学”；当材料体现为不同工程结构时，如钢管杆和角钢所形成的铁塔，在外力作用下的强度、刚度和稳定性也不同，因此学生还要学习“结构力学”。另外，当考虑杆塔基础时，需了解土体在外力、水流和温度作用下的应力、变形和稳定性问题，则需学习“土力学”的基础知识。
针对电学知识体系，教师首先要求学生掌握电学基本规律及电路的分析方法，对应的知识课程为“电路”；学生在掌握电学基本知识后，需了解面向工程的电磁场内容体系，掌握电场、磁场及能量之间的相互转换关系，对应的知识课程为“工程电磁场”；在此基础上，最终学习高电压绝缘、放电理论和电力系统过电压，以解决输电线路相间绝缘、风偏闪络、防雷接地等一系列高压问题，即需学习“高电压技术”课程。另外，为了完善电学基础知识，学生应该了解“电子技术基础”、“电力系统基础”、“电力系统分析”等课程。
另外，根据输电线路工作的知识体系，学生的专业基础应该还包括工程测量、气象、水文与地质、机械等学科知识，但相比于电气和土木学科来说，这些学科应该处于从属和辅助地位。
3.输电线路工程的专业知识及课程
根据输电行业的用人需求方向，即电力设计院、送变电公司和电建公司、电网公司，从而可提出输电线路工程行业的专业核心课程体系应包括线路设计、施工和运行维护三大内容。
输电线路工程设计是输电工程建设的起始，其内容综合电气、土木、工程测量以及气象等学科的相关知识。对于电学，学生在学习高电压技术之后，才能理解如导线排列方式（决定杆塔的塔头结构）、导线对地高度（决定杆塔的呼称高度）、绝缘子串长度（影响线路对地高度、受力等）等知识的理论依据；学生在学习完力学知识之后，才能掌握架空线的线路力学理论，如架空线的各种应力、荷载、刚度计算等内容。同时，选择输电线路路径时，线路所经地区的地物地貌情况，杆塔所在位的水文与地质情况以及施工和运行检修测量等，都需要工程勘测、水文地质和工程测量等学科知识，这些内容学生可通过“工程测量”课程进行学习。
输电线路施工主要内容为各种电压等级下，架空输电线路的基础施工方法、杆塔组立方法、架线施工方法和相关的施工设计计算方法等内容。施工方法及大型牵张机械选择的技术依据来源于线路设计中所涉及的应力弧垂曲线图、安装曲线图、平断面图及其相关图纸资料，而施工建设时的分析计算则主要依靠力学知识。
输电线路运行维护包括架空输电线路运行中的巡视内容及方法、常见故障及相应的预防措施、常规测试项目及测试方法、停电检修方法及安全注意事项、带电作业的原理及安全保障措施等内容。这些工作要求线路运维人员知识面较为广泛，线路检修和维护中涉及各类施工机械和工器具，涉及基本的机械工程领域知识；各类常规测试、防雷接地、停电检修和带电作业则涉及电学知识；而当今输电线路的维修策略以可靠性为中心，这又涉及系统可靠性与设备的全寿命周期管理内容。
可以看出，电学和力学的基础理论知识都能在线路设计中得到体现；同时，线路设计中的成果为后续线路施工和线路运行维护提供技术支持，因此，输电线路设计在整个专业的知识体系中起着承上启下的重要作用，也是整个专业知识体系的理论基础。
以上三个专业核心内容涉及的知识面繁杂且专业化，显然无法在一门课程内完成对该核心内容所有知识点的教学，因此需要一些辅助课程对专业核心知识进行弥补。如输电线路工程专业的概述性内容，可引申为“输电线路基础”；又如线路设计中线路对周边电磁环境的影响，线路施工中施工机械的选择与设计，线路运行维护中的在线监测与故障诊断，再如输电线路工程概预算、电力电缆线路、配电线路、输电线路地理信息系统等内容，这些知识点都可以引申为单独的课程。
三、输电线路工程的专业课程体系
三峡大学已按学科大类设置有公共课平台和一些素质类课程平台，除这些教育课程外，本校将其余课程分为奠定本专业理论基础的基础课程和适应输电行业需求的专业核心课程，以及用来补充和完善专业课程体系的专业完备课程，其具体结构框图如图1所示。
输电线路工程的专业核心课程主要分为线路设计、线路施工和线路运行维护三大类，分别对应着输电线路工程人才的就业方向。其中，线路设计不仅仅涉及线路工程设计的知识，同时还为输电线路施工、运行维护等专业课程提供理论支撑，教学内容繁重而复杂，因此在课程体系中划分为“架空输电线路设计”（侧重于架空线力学的研究与应用）和“输电杆塔及基础设计”（侧重于结构力学和土力学的研究与应用）。
四、三峡大学的输电线路工程专业教材建设
1.成立编委会，分阶段地开展教材研究和编写工作
输电线路工程为自办专业，且具有跨学科性质，在专业开办初期没有现成且合适的专业教材。为落实输电线路工程专业人才培养目标，满足专业教学的需要，在本专业开办之前，三峡大学（原葛洲坝水电工程学院）就首先组织教材编写队伍，在1989年成立“葛洲坝水电工程学院输电线路工程教育丛书编委会”。编委会将教材建设作为输电工程高等教育的重要组成部分，以教材内容为载体，在长期的教学实践中，对教学经验进行凝练和总结，以葛洲坝工程学院自编教材的名义，编写了该专业所有专业课程的教材，校内出版，满足了本专业开办以来的教学需求。
三峡大学在1996年正式公开出版《高压架空输电线路施工》，2000年正式出版《架空输电线路设计》、《输电杆塔设计》、《架空输电线路运行与检修》、《电力电缆》，涵盖了输电线路设计、施工和运行维护三大核心专业知识领域，同时前瞻性地撰写了电力电缆的教材，形成了全国第一套“输电线路工程教育丛书”。随着国家教育的发展，在2005年和中国电力联合会、中国电力出版社合作洽谈输电线路工程专业教材纳入到普通高等教育“十一五”规划教材，并在2007年开始出版了7本相关教材；同时根据后续发展，10本教材被列入了普通高等教育“十二五”规划之中。
2.根据行业需求，不断调整教学内容和编撰新的教材
随着国家电网建设的飞速发展，近十年里，输电线路行业无论是从归属单位、研究对象和工作要求都有了巨大的发展和变化。如随着线路电压等级的不断升高，其架空线路设计和铁塔结构设计都有一些新的变化，本校随之对传统的教材进行了改进，相对于2000年版的《架空输电线路设计》教材，2007年版的该教材还及时吸纳了新的线路设计规程，对相关设计系数进行了全面更新和引用，并增加了北京道亨等代表性线路设计软件的介绍，而字数基本没有变化；《输电线路杆塔及基础设计》除根据新的规程进行调整之外，还增加了各类基础的设计思想和方法介绍，字数由33万字增加到36.6万字。又如，本校根据输变电公司的工作特点和要求，除继续完善《高压架空输电线路施工》教材之外，还新编写了《输电线路施工机械》、《送电线路工程概预算》等教材，以满足施工现场人员对除技术外的工程管理、概预算和设备操作与维护方面的知识需求。再如，随着电网运行维护对输电线路运行维护的重视，在传统的《架空输电线路运行与检修》基础之上，专门针对传统线路运行维护人员只需了解电气知识的情况，以工科通用化的语言新编写了《线路金具》教材。
诸如此类，根据输电行业的需求，不断地对已出版的教材进行改进，并及时根据行业发展，不断地推出新的专业知识体系完备教材以供学生和工程技术人员选修，让读者精读核心课程教材、泛读完备课程教材，从而使之能全面且深入地掌握输电线路工程的相关知识。
3.教材首先应用于本校课程教学，后在各类输电行业培训班应用
编写的教材首先应用于本校输电线路工程专业（方向）的本科、专科课程教学，并根据教学实践中教师和学生的反馈改进教材，然后通过举办各类输电行业培训班进行全国推广。
本校依托三峡大学成人教育学院（中国电力联合会指定的全国唯一的“输电线路工程”培训项目的培训单位），自2005年以来，共开办多期“输电线路工程”培训班，培训人员达千余人。其中在校内开设全国电力公司和各省市电力公司委托开办的“输电线路工程”培训班10余期，培训教师赴海南、广西、广东、贵州、安徽、山东、陕西、辽宁、江西、浙江、湖北等省份开设“输电线路工程”培训班10余期。
除此之外，学校还为国网技术学院、国网电力科学研究院等研究机构从事输电线路工程专业的科研和教学人员进行培训。在这些培训活动中，本专业系列教材得到了广泛地使用，并在这些教学实践中得到了很好地推广。
五、结语
三峡大学以培养适应输电行业需求的高级技术人才为目的，建立了以输电线路设计、施工和运行维护为专业核心知识，以其他专业知识为补充和完善专业课程体系。根据制定的课程体系，展示输电线路工程未来的发展趋势，重视我国输电线路工程中新技术的应用和输电线路人才的需求变化，注重培养学生自主学习能力和发展创新思维为编撰原则，已正式出版各种教材及电子课件16套，总字数达600余万。
该专业系列教材的内容分工与衔接恰当，具有较高水平，填补了我国输电线路本科专业课教材的空白，在国内绝大部分开办输电线路本科、专科专业的高校得到了应用；同时全国输电线路职工培训教育中也广泛使用了编写的系列教材，对全国输电线路人才培养的指导和支撑作用明显，取得了重大的人才培养效益。
参考文献：
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