電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課堂教學(xué)分支化研究及可行性分析

于 堯

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河北保定 071001）

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是電氣專業(yè)的主干課程，課程內(nèi)容與學(xué)生就業(yè)方向聯(lián)系緊密。該課程的課堂教學(xué)占主要部分，實(shí)踐性環(huán)節(jié)較薄弱。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程專業(yè)性較強(qiáng)，故安排在四年級(jí)上半年開設(shè)。由此引發(fā)的問題如下:第一、學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間難以保證:因課程開始時(shí)正值學(xué)生考研及電網(wǎng)考試的關(guān)鍵時(shí)期，學(xué)生對(duì)課程的關(guān)注度相比低年級(jí)時(shí)開設(shè)的基礎(chǔ)課程來說大大降低。第二、課程專業(yè)性較強(qiáng)，需要很好的前期基礎(chǔ):因電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程為專業(yè)課，故需要較扎實(shí)的前續(xù)課程作為基礎(chǔ)，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。第三、現(xiàn)有的教學(xué)理念是將電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的各種原理僅僅對(duì)應(yīng)于相對(duì)的保護(hù)對(duì)象來講授，側(cè)重點(diǎn)在于對(duì)保護(hù)對(duì)象，導(dǎo)致課程結(jié)束后學(xué)生對(duì)于保護(hù)原理的理解不夠深刻，對(duì)接下來的學(xué)習(xí)及工作產(chǎn)生不利影響。因此，以往的教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后，學(xué)生對(duì)課程重點(diǎn)理解膚淺，達(dá)不到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，新的教學(xué)方法的研究迫在眉睫。筆者在分析課堂教學(xué)的現(xiàn)狀及相關(guān)問題的基礎(chǔ)上，提出了采取分支化教學(xué)的構(gòu)想。

一、分支化理念

分支化是指需要解決的問題比較復(fù)雜時(shí)，可以采取自頂向下逐層把系統(tǒng)劃分成若干分支的過程。其特點(diǎn)如下:（1）獨(dú)立的工作運(yùn)行模式:各個(gè)分支可獨(dú)立工作，即便單組分支出現(xiàn)故障也不影響整個(gè)系統(tǒng)工作。（2）分級(jí)啟動(dòng)功能:當(dāng)每組分支達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)另一組分支，從而保證系統(tǒng)的輸出始終與實(shí)際需求匹配，確保每個(gè)分支高效運(yùn)行，又能節(jié)約資源，提高效率［1］（見圖1）。

圖1 分支化理念示意圖

二、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)分支化教學(xué)可行性分析

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的對(duì)象是電力系統(tǒng)，電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式本身就具有分支性。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的運(yùn)行方式有:正常運(yùn)行、不正常運(yùn)行和故障運(yùn)行。這3種運(yùn)行方式在性質(zhì)上差別很大，繼電保護(hù)裝置對(duì)這些運(yùn)行方式的動(dòng)作形式也有很大區(qū)別。所以在教學(xué)活動(dòng)中，可以把這3種運(yùn)行方式所對(duì)應(yīng)的保護(hù)原理、保護(hù)裝置及相應(yīng)的整定計(jì)算通過分支化的形式來進(jìn)行［2］。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的保護(hù)對(duì)象也具有分支性。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的對(duì)象有輸電線、變壓器、母線、發(fā)電機(jī)等，這些對(duì)象在運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)也存在很大的差別。以變壓器和發(fā)電機(jī)為例，變壓器和發(fā)電機(jī)雖都屬于電機(jī)，但工作原理卻迥然不同。變壓器的主要工作是電壓等級(jí)的變化，在運(yùn)行中只需把電能的電壓等級(jí)進(jìn)行變換，故結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由鐵芯和繞組組成，在對(duì)變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)時(shí)只需設(shè)置相應(yīng)的縱聯(lián)差動(dòng)及過負(fù)荷保護(hù)即可。而發(fā)電機(jī)的主要工作是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故需要有能量轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)，也就是定子和轉(zhuǎn)子。所以在對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行繼電保護(hù)時(shí)要有專門的定子及轉(zhuǎn)子保護(hù)，同時(shí)還需要有對(duì)機(jī)械裝置的保護(hù)。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)從原理上來說也具有分支性的特點(diǎn)。從原理上來劃分，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可分為反映電氣量變化的過電流保護(hù)、低阻抗保護(hù)、低電壓保護(hù);反應(yīng)故障電流相位及功率正負(fù)的方向保護(hù);反應(yīng)于非電氣量的瓦斯保護(hù)、過熱保護(hù)等。各種保護(hù)形式從原理上差別很大，從而為分支化教學(xué)奠定了可行性基礎(chǔ)［3］。

三、分支化教學(xué)實(shí)施與效果研究

為探索分支化教學(xué)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程教學(xué)中的可行性，在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行了對(duì)比性研究。將2013—2014年第一學(xué)期的課程教學(xué)分為2個(gè)教學(xué)班進(jìn)行，其中的一個(gè)教學(xué)班采用常規(guī)教學(xué)方法，另外的教學(xué)班采用分支化教學(xué)（具體實(shí)施方案見表1）。

表1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)分支化教學(xué)實(shí)施方案

在緒論部分，常規(guī)的教學(xué)方法是分為4部分，分別為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的定義、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的原理、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的發(fā)展歷程。每部分的講授為一課時(shí)，其中包括課后思考題及習(xí)題的講解與答疑。運(yùn)用分支化教學(xué)后，每次講授課時(shí)不再有硬性的設(shè)置，均有4部分相關(guān)內(nèi)容涉及。緒論部分總的課時(shí)不變，依然為4課時(shí)。

電流保護(hù)部分，常規(guī)的教學(xué)方法為首先講解電流保護(hù)的原理，然后介紹電流保護(hù)的分類，接下來了解電流保護(hù)的核心裝置:電流互感器及電流繼電器，然后進(jìn)行電流保護(hù)整定計(jì)算的講授，再是電流保護(hù)的接線方式以及適用條件，最后是方向性電流保護(hù)以及中性點(diǎn)不接地及中性點(diǎn)接地電網(wǎng)的電流保護(hù)方式。每部分的講授為1課時(shí)，其中包括課后思考題及習(xí)題的講解與答疑。運(yùn)用分支化教學(xué)后，電流保護(hù)在不同電網(wǎng)情況下的配置情況彼此交叉，互為補(bǔ)充，電流保護(hù)部分的學(xué)時(shí)為6學(xué)時(shí)。

距離保護(hù)部分，常規(guī)的教學(xué)方法為首先講解距離保護(hù)的原理，然后介紹距離保護(hù)的核心裝置:阻抗繼電器，主要從阻抗繼電器的動(dòng)作特性及動(dòng)作區(qū)域進(jìn)行講解，然后是距離保護(hù)的接線方式、適用條件以及距離保護(hù)死區(qū)的產(chǎn)生原因及消除方法，最后是距離保護(hù)的整定計(jì)算。每部分的講授為一課時(shí)，其中包括課后思考題及習(xí)題的講解與答疑。運(yùn)用分支化教學(xué)后，距離保護(hù)中常用的圓特性阻抗繼電器作為重點(diǎn)講解，同時(shí)將其他的特性繼電器與圓特性阻抗繼電器相比較，距離保護(hù)部分的學(xué)時(shí)為6學(xué)時(shí)。

縱聯(lián)保護(hù)部分，常規(guī)的教學(xué)方法為首先講解縱聯(lián)保護(hù)的原理，然后介紹縱聯(lián)保護(hù)的分類，接下來分析縱聯(lián)保護(hù)的保護(hù)原理，最后是影響縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作的因素及消除方法。每部分的講授為1課時(shí)，其中包括課后思考題及習(xí)題的講解與答疑。運(yùn)用分支化教學(xué)后，縱聯(lián)保護(hù)中方向性縱聯(lián)保護(hù)及電流差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)各自異同點(diǎn)相互交織，縱聯(lián)保護(hù)部分的學(xué)時(shí)為6學(xué)時(shí)。

微機(jī)保護(hù)部分，常規(guī)的教學(xué)方法為首先講解微機(jī)保護(hù)的組成，然后講解微機(jī)保護(hù)的算法，最后講解微機(jī)保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用。每部分的講授為1課時(shí)，其中中包括課后思考題及習(xí)題的講解與答疑。運(yùn)用分支化教學(xué)后，微機(jī)保護(hù)將各環(huán)節(jié)分支化，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)均有涉及，微機(jī)保護(hù)部分的學(xué)時(shí)為6學(xué)時(shí)。

在課堂講授時(shí)，常規(guī)教學(xué)和分支化教學(xué)也分別按照預(yù)期計(jì)劃進(jìn)行（具體的教學(xué)內(nèi)容見表2）。

表2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)分支化教學(xué)內(nèi)容

為了檢驗(yàn)分支化教學(xué)的效果，在每章節(jié)結(jié)束后進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)內(nèi)容分為2個(gè)部分:（1）基礎(chǔ)知識(shí)部分;（2）自由發(fā)揮部分（測(cè)試結(jié)果見表3）:

表3電力系統(tǒng)繼電保護(hù)分支化教學(xué)測(cè)試成績(jī)

分析上表可得出以下結(jié)論:（1）常規(guī)教學(xué)及分支化教學(xué)下，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握均比較牢固。分支化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)不明顯。（2）常規(guī)教學(xué)模式下，學(xué)生對(duì)于自由發(fā)揮的題目的解答不甚理想，關(guān)鍵在于對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解的膚淺，缺乏主動(dòng)分析問題成因的能力，而分支化教學(xué)的情況則比較樂觀，同學(xué)對(duì)于知識(shí)的掌握比較透徹，成績(jī)也比較理想。

運(yùn)用分支化教學(xué)后，學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的獲取更有目的性，以前那些晦澀難懂的概念、定義可以通過分支化來消化在各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)之中。此外，分支化可以更明顯地將各部分的重點(diǎn)體現(xiàn)出來，使學(xué)生有所側(cè)重，學(xué)有所得。

同時(shí)，分支化教學(xué)也有其局限性。比如說對(duì)于課程內(nèi)容聯(lián)系較緊密或承上啟下較強(qiáng)的內(nèi)容便不適用。基于此問題，提出改良化的分支化教學(xué)的設(shè)想，主要思路是人為地將課程內(nèi)容分支化，使之更適于分支化教學(xué)的需要。以線路保護(hù)為例，當(dāng)線路的電壓等級(jí)以及線路所在電網(wǎng)形式不同時(shí)，如何來配置線路保護(hù)形式這部分內(nèi)容便可以進(jìn)行分支化［4］。

四、分支化教學(xué)前景展望

通過2013—2014學(xué)期的教學(xué)過程及測(cè)試結(jié)果證明，分支化教學(xué)可以有效地將課程內(nèi)容的重點(diǎn)展現(xiàn)給學(xué)生，使他們能夠更積極，主動(dòng)地吸收知識(shí)。因?yàn)閭€(gè)人精力及時(shí)間原因，分支化教學(xué)沒有全面普及到課堂教學(xué)的每一方面，還主要保持在使學(xué)生更好地抓住知識(shí)重點(diǎn)這一程度。在今后的工作中，希望能夠在深入開展分支化教學(xué)教研活動(dòng)的同時(shí)，把分支化教學(xué)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)中，這必將對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程的教學(xué)有更好的促進(jìn)作用。

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

［2］楊澎，陳少華.拓寬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)教學(xué)內(nèi)容的探索［J］.汕頭大學(xué)學(xué)報(bào).1997（S1）:78-80.

［3］何瑞文.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程教學(xué)改革的探討［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2003（S1）:88-90.

［4］詹紅霞.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程的教學(xué)改革研究［J］.高等教育研究.2006（2）:49-51.

（編輯:劉偉霄）