電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程教學(xué)改革與建議

宋冬冬，田樹耀，馬玉泉

(河北科技師范學(xué)院，河北秦皇島，066004)

到2020年，我國將全面建成統(tǒng)一的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞表示，將分階段推進(jìn)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展。今后我國電力行業(yè)將從通信、量測、控制、調(diào)度、決策支持、設(shè)備等幾大方面進(jìn)行建設(shè)，逐步將我國的電網(wǎng)運行發(fā)展成為可自愈、安全、兼容、交互、協(xié)調(diào)、高效的智能網(wǎng)絡(luò)。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為電網(wǎng)運行的必備環(huán)節(jié)，其領(lǐng)域的技術(shù)人才需要掌握相關(guān)的專業(yè)知識，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的安全、可靠運行。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程，作為大多數(shù)高等院校工學(xué)門類下電氣類專業(yè)的必修課程，也成為了繼保行業(yè)工作人員的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容。

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程特點

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)這門課程，屬于電氣工程及其自動化專業(yè)以及其他強(qiáng)電類專業(yè)重要的專業(yè)必修或選修課程。按照本科培養(yǎng)方案的要求，一般非電力院校設(shè)置該課程教學(xué)學(xué)時數(shù)為36～40學(xué)時(不含實踐教學(xué));電力院校設(shè)置該課程教學(xué)學(xué)時數(shù)為48～120課時(含實踐教學(xué))。該課程主要講述電力系統(tǒng)中各類繼電保護(hù)裝置構(gòu)成、工作原理及其工作過程。課程的重要性主要體現(xiàn)在其授課內(nèi)容與社會需求有著極為密切的聯(lián)系，為了滿足社會的需求，更好地服務(wù)于電力事業(yè)建設(shè)，必須要學(xué)好本門課程。作為在電網(wǎng)運行過程中的必需環(huán)節(jié)，理解繼電保護(hù)裝置主要的作用和用途是學(xué)好本門課程的關(guān)鍵［1］。該課程以電機(jī)學(xué)、電力工程基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)分析等前續(xù)課程為基礎(chǔ)，內(nèi)容較為抽象，不容易理解，所以要想學(xué)好本課程必須首先從概念上入手，通過閱讀教材及相關(guān)資料的收集，方可理解和掌握本課程知識。

2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題

根據(jù)不同高等院校辦學(xué)定位以及學(xué)科建設(shè)發(fā)展快慢等因素，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程的教學(xué)大綱不盡相同，部分院校在課堂教學(xué)之外，安排了實踐教學(xué)以及課程設(shè)計教學(xué)等環(huán)節(jié)。但是，另有一些院校由于實驗和實訓(xùn)條件限制，無法開設(shè)相應(yīng)的實踐教學(xué)內(nèi)容課程［2］。結(jié)合本門課程當(dāng)前現(xiàn)行的教學(xué)內(nèi)容及方式，發(fā)現(xiàn)有如下幾點問題:

2.1 開課時間安排不合理，學(xué)生曠課缺勤現(xiàn)象普遍

在高校本、?？频恼n程安排體系中，按照培養(yǎng)方案的要求，一般將公共課和公共基礎(chǔ)課安排在第1～3學(xué)期，專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課則安排在第4～7學(xué)期或4～5學(xué)期，第6學(xué)期或第8學(xué)期一般為畢業(yè)設(shè)計時間。繼電保護(hù)課程作為專業(yè)課程，一般高校電氣專業(yè)都是安排在了第7學(xué)期開此門課程，即每年的9月份至1月份期間上課。筆者發(fā)現(xiàn)，在這個時間段開課會有很多影響課堂教學(xué)效果和質(zhì)量的因素，比如，很多四年級同學(xué)在這個時間段要準(zhǔn)備明年年初的研究生入學(xué)考試，考研復(fù)習(xí)會占用他們很多的時間，包括日常的上課，最終導(dǎo)致的結(jié)果是該學(xué)期的很多課程，學(xué)生出勤率較低，這樣一來，原本很重要的專業(yè)知識，就無法真實有效地傳授給即將踏上工作崗位的學(xué)生。

2.2 課堂教學(xué)方式單一，學(xué)生積極性受挫

繼電保護(hù)課程在內(nèi)容上以較為抽象的理論為主，同時包括一定的計算內(nèi)容，如:最大、最小運行方式下短路電流的計算、三段式電流保護(hù)的整定與校驗等。以往的教學(xué)模式就是利用板書和多媒體PPT的文字材料進(jìn)行講學(xué)，尤其當(dāng)講到整定計算相關(guān)內(nèi)容的時候，大量的公式打在投影上，顯得有些枯燥，無法激起學(xué)生的積極性，也不利于課程內(nèi)容的理解。長此以往，學(xué)生對課程理解的連續(xù)性就被打亂，慢慢地失去了學(xué)習(xí)的興趣［3］。

2.3 實踐教學(xué)內(nèi)容不夠，學(xué)生動手能力欠缺

作為強(qiáng)電類專業(yè)課程，除了課堂理論教學(xué)以外，應(yīng)當(dāng)配合開設(shè)一定學(xué)時的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。但是開設(shè)強(qiáng)電類課程實踐教學(xué)的難度要比弱電類課程開設(shè)實踐教學(xué)的難度大一些。一方面，弱電類課程在實踐教學(xué)過程中，可以有效地保證學(xué)生及指導(dǎo)教師的人身安全，不會發(fā)生類似觸電身亡的事故。比如單片機(jī)實驗操作過程中，實驗裝置工作電壓一般為直流電壓5～12 V，可以有效保證實驗過程的安全性。但是就強(qiáng)電類課程而言，一般實驗臺或電氣設(shè)備工作電壓要達(dá)到交流電壓220 V，如果進(jìn)行電流保護(hù)中短路電流的跳閘實驗，瞬間的短路電流極高，一旦實驗設(shè)備的保險系數(shù)不高的話，有可能引發(fā)人身意外傷害。另外，強(qiáng)電類課程實踐教學(xué)所需的實驗臺和教學(xué)儀器相對比較昂貴，學(xué)校需要申請實踐教學(xué)經(jīng)費去購置，從某種角度而言也制約了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的順利開設(shè)［4］。

2.4 課程設(shè)計環(huán)節(jié)不足，理論與實踐脫節(jié)

專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容一般都與實際工作崗位需求緊密聯(lián)系，作為日后走向工作崗位所必須掌握的內(nèi)容，應(yīng)該在課程進(jìn)行過程中穿插課程設(shè)計環(huán)節(jié)。就目前而言，多數(shù)院校尚未開設(shè)與繼電保護(hù)課程相關(guān)的課程設(shè)計環(huán)節(jié)，導(dǎo)致課堂上學(xué)到的理論知識無法得到實際的應(yīng)用，造成理論與實踐的脫節(jié)。只有將課堂講授的理論運用在實際工程設(shè)計中，才能實現(xiàn)課堂與實踐的有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生們提前接觸工作上涉及到的技術(shù)內(nèi)容，為盡快適應(yīng)社會打下良好基礎(chǔ)。

2.5 教材內(nèi)容滯后，課堂教學(xué)脫離當(dāng)前實際

當(dāng)前的科技發(fā)展日新月異，早先在繼電保護(hù)設(shè)備中使用的傳統(tǒng)電磁式、機(jī)械式繼電器，其工作指標(biāo)及參數(shù)在當(dāng)下的超高壓、特高壓電網(wǎng)中已經(jīng)不能滿足可靠性、安全性等要求，取而代之的是運用微機(jī)保護(hù)，配合錄波器等電力系統(tǒng)故障分析設(shè)備，共同為電網(wǎng)的正常運行服務(wù)。然而，當(dāng)前各高等院校使用的配套教材基本上都是上世紀(jì)出版的傳統(tǒng)教材，雖然編寫的內(nèi)容在繼電保護(hù)理論性方面成為后續(xù)本專業(yè)教材的典范，但是當(dāng)前使用的一些新穎的檢測技術(shù)、檢測算法卻不曾涉及，學(xué)習(xí)新理論、新技術(shù)和新方法只能從其他資料中獲取。

3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程教學(xué)改革建議

3.1 合理調(diào)整開課時間，盡量避讓考研與擇業(yè)時間段

以某科技師范學(xué)院為例，該校電氣工程及其自動化專業(yè)4年級學(xué)生，第7學(xué)期開學(xué)后先要進(jìn)行電氣專業(yè)課程實習(xí)，繼電保護(hù)等專業(yè)課程的開課時間被排到了10月份以后，但是這個時間段學(xué)生的上課出勤率難以保證，一方面考研的同學(xué)都在忙于復(fù)習(xí)，另一方面，找工作的同學(xué)也開始忙于面試。所以合理的避讓考研及找工作時間段是必要的。為了解決此問題，可以考慮將繼電保護(hù)等專業(yè)課程的上課時間安排至第6學(xué)期，或者第7學(xué)期開學(xué)初。這樣不僅可以分散考研同學(xué)的學(xué)習(xí)壓力，而且在保證上課出勤率的前提下，也可以保證課程的教學(xué)質(zhì)量。

3.2 改變課堂教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的以板書為主的教學(xué)方式在某些課程的講授過程中，逐漸地失去了主導(dǎo)地位，利用多媒體設(shè)備將課件、圖片、動畫和視頻等內(nèi)容穿插到教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中在提高教學(xué)效果和質(zhì)量等方面，可以起到很好的作用。比如在進(jìn)行3段式電流保護(hù)中短路電流與保護(hù)安裝處距離故障點的距離之間的關(guān)系時，可以將兩者的數(shù)學(xué)關(guān)系做成一個動畫效果圖，學(xué)生們可以輕而易舉地看到兩者之間的反比例數(shù)量關(guān)系;同樣，在介紹距離保護(hù)中圓特性動作區(qū)域的時候也可以借助動畫，完成區(qū)外非動作、區(qū)內(nèi)動作的教學(xué)任務(wù)。同時，也可以播放一些相關(guān)的視頻資料，讓學(xué)生們親眼目睹實際設(shè)備的外觀以及工作狀態(tài)，更有利于對知識的掌握。另外，適時地向?qū)W生們設(shè)問，也是引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)樂趣的方法。比如，在涉及到繼電器返回系數(shù)的大小時，引導(dǎo)學(xué)生們思考該系數(shù)與靈敏度之間的關(guān)系是怎樣的［5］。

3.3 增加實踐教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)開設(shè)校外現(xiàn)場教學(xué)環(huán)節(jié)

專業(yè)課程的培養(yǎng)目標(biāo)是要求學(xué)生能夠掌握本專業(yè)涉及的理論知識，具有熟練的動手操作能力，能夠?qū)⒗碚撝R運用到實際的生產(chǎn)中。這就要求在培養(yǎng)過程中穿插學(xué)生動手的實踐環(huán)節(jié)［6］。大多數(shù)非電力院校依據(jù)各自制訂的培養(yǎng)方案，將本課程的實驗學(xué)時數(shù)設(shè)置為6～8學(xué)時，實驗主要包括元器件和線路兩大塊。為了便于學(xué)生們對繼電器元件工作原理的理解，以傳統(tǒng)的電磁型元件為主進(jìn)行實驗。例如，電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、LG-Ⅱ整流型功率方向繼電器以及整流阻抗繼電器等。以如何測定動作值、返回值以及伏安特性等為主要實驗內(nèi)容。對于線路保護(hù)實驗環(huán)節(jié)，可以3段式電流保護(hù)為核心內(nèi)容，借助實驗平臺進(jìn)行電流保護(hù)的整定、上下級動作時間配合關(guān)系等實驗。以華中科技大學(xué)自己研發(fā)的WDT-Ⅲ型電力系統(tǒng)綜合自動化試驗臺為例，可以進(jìn)行相應(yīng)的電流保護(hù)、距離保護(hù)等實驗，操作方便、使用安全、顯示直觀，可以使學(xué)生們很快理解繼電保護(hù)的工作原理及特點。

在校內(nèi)實驗的基礎(chǔ)上，可以有計劃地安排與繼電保護(hù)相關(guān)的校外實習(xí)和實訓(xùn)，由電力生產(chǎn)部門或相關(guān)行業(yè)的一線技工為學(xué)生們現(xiàn)場教學(xué)，這樣更加形象化，一方面，將課堂上抽象的線路和元件保護(hù)理論，轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實運行中的畫面，有利于知識的消化和吸收;另一方面，為馬上面臨就業(yè)的同學(xué)，提前進(jìn)行了本行業(yè)知識的崗位培訓(xùn)，有利于日后工作的順利開展［7］。

3.4 增加課程設(shè)計內(nèi)容，使理論知識得到實際工程應(yīng)用

課程設(shè)計是針對某門課程在完成固定的理論教學(xué)任務(wù)之后，衡量教學(xué)效果好與壞的階段性總結(jié)。一方面，將剛剛學(xué)過的知識與實際的工程設(shè)計結(jié)合起來;另一方面，也是讓學(xué)生們通過實際的動手過程，加深對課程的理解和掌握。作為繼電保護(hù)課程，考慮到學(xué)時數(shù)等因素，有些院校還未開設(shè)課程設(shè)計內(nèi)容，但是筆者認(rèn)為，應(yīng)該在課堂教學(xué)中利用1個學(xué)時進(jìn)行課程設(shè)計的專堂學(xué)習(xí)，同時，再安排學(xué)生利用1周的課余時間進(jìn)行具體的設(shè)計工作。在期末對設(shè)計進(jìn)行評定，參考考試成績與實驗成績，最終確定本門課程的總評成績。這樣的一套教學(xué)評價體系，可以保證學(xué)生們對繼電保護(hù)理論的深入了解和掌握。

3.5 豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，緊跟生產(chǎn)實際

隨著時代的發(fā)展，繼電保護(hù)行業(yè)逐漸地涌入了大量高科技產(chǎn)品，憑借卓越的保護(hù)性能，以及低廉的維護(hù)成本，在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域贏得更多的席位。例如IT技術(shù)的引入使得繼電保護(hù)集通信、控制、測量及保護(hù)于一體;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了繼電保護(hù)在非線性化方面存在的問題;廣電互感器的引入解決了傳統(tǒng)繼電保護(hù)在電流互感器飽和方面所存在的問題;PLC技術(shù)的應(yīng)用，替代了機(jī)械觸點繼電器［8］。在課堂教學(xué)中，老師們習(xí)慣于以傳統(tǒng)的書本為依托，全篇幅地介紹書本上的內(nèi)容，但是書本內(nèi)容的更新?lián)Q代周期很長，目前大多數(shù)高校使用的教材中，多數(shù)都是傳統(tǒng)的經(jīng)典教材，側(cè)重于繼電保護(hù)理論。然而，學(xué)習(xí)專業(yè)課程的目的，是為了更好地服務(wù)于日后的工作需要，如果不緊密結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)實際情況，不了解新技術(shù)、新工藝現(xiàn)狀和原理，就不能很好地滿足社會需求。所以，在授課過程中，需要在原有理論知識的基礎(chǔ)上，融入新技術(shù)和新工藝，這樣不但擴(kuò)充了知識內(nèi)容，也完善了知識結(jié)構(gòu)。

綜上所述，在繼電保護(hù)課程教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)了以上提出的幾個問題，有針對性地進(jìn)行了分析和總結(jié)，認(rèn)為目前該課程的教學(xué)過程還有很多需要改進(jìn)和思考的地方，值得任課教師深思，下一步如何將專業(yè)課程與社會需求更好地緊密結(jié)合起來，有待于教育工作者更進(jìn)一步地思考。

［1］ 楊蘭，楊廷方.繼電保護(hù)教學(xué)方法研究［J］.中國電力教育，2013(8):24，40.

［2］ 李文武，袁兆強(qiáng).繼電保護(hù)課程組教學(xué)改革探討［J］.中國電力教育，2010(12):50-52.

［3］ 梁國艷.應(yīng)用型本科院校繼電保護(hù)教學(xué)改革的探索與思考［J］.中國電力教育，2010(10):67-68.

［4］ 梁志堅，李嘯驄.繼電保護(hù)課群的優(yōu)化與改進(jìn)［J］.中國電力教育，2008(13):114-115.

［5］ 梁國艷，張瑛，王麗君.繼電保護(hù)專業(yè)課程教學(xué)改革實踐［J］.中國電力教育，2008(10):112-113.

［6］ 劉青，李紅梅.基于JiTT的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程教學(xué)的研究［J］.中國電力教育，2007(5):80-81.

［7］ 劉少海，喬占俊.“實驗型”課程教學(xué)模式的研究［J］.實驗室研究與探索，2007，26(5):90-92.

［8］ 遲正剛.系統(tǒng)論和信息論在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國電力教育，2007(1):92-94.

(責(zé)任編輯:石瑞珍)