《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計》教學(xué)改革與實踐

杜兆文　姚福強(qiáng)

[摘 要]傳統(tǒng)的《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計》存在諸多問題。我們應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)代電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的要求，創(chuàng)新該課程設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)形式，適應(yīng)一般工科高校的培養(yǎng)目標(biāo)，提高學(xué)生的工程應(yīng)用意識和實踐能力。教學(xué)實踐證明該方法具有顯著效果，確實能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實踐能力。

[關(guān)鍵詞]繼電保護(hù) 課程設(shè)計 教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）05-0108-02

《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計》是電氣工程及其自動化專業(yè)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理課程的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是繼電保護(hù)基本理論知識和實際工程應(yīng)用相結(jié)合的橋梁?！峨娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計》的實踐訓(xùn)練，不僅使學(xué)生將課堂上學(xué)習(xí)的理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，樹立正確的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和實踐能力，提高學(xué)生利用所學(xué)專業(yè)知識分析和解決實際工程問題的能力，還可以更好地鍛煉學(xué)生的動手能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。為適應(yīng)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》中的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”要求，提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，我們從內(nèi)容到形式做了深入的探索和改革，近三年來的實施，得到學(xué)生及同行的歡迎和好評，取得良好的效果。

一、傳統(tǒng)課程設(shè)計中存在的主要問題

（一）教師給定的設(shè)計題目少，內(nèi)容單一、陳舊

過去我們課程設(shè)計題目均是給定電力系統(tǒng)的局部接線方式和運(yùn)行方式，通過改變系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，對系統(tǒng)中某些線路及變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)方案設(shè)計、整定計算、靈敏度校驗、繼電器元器件型號參數(shù)選擇等相關(guān)設(shè)計工作。這種設(shè)計方式由于系統(tǒng)接線簡單，許多參數(shù)需要具體給定，運(yùn)行方式變化很少，這種局限性使得學(xué)生發(fā)揮的空間較小，不能使設(shè)計與工程實際相結(jié)合，對電力系統(tǒng)的整體概念建立不起來，對電力系統(tǒng)的接線方式、最大、最小及正常運(yùn)行方式等不能全面分析，內(nèi)容相對單一。在設(shè)計過程中僅僅參考某些類似的習(xí)題及相應(yīng)的設(shè)計指導(dǎo)書進(jìn)行設(shè)計計算，難免會有學(xué)生互相抄襲。這種傳統(tǒng)課程設(shè)計方式既不能調(diào)動學(xué)生的設(shè)計積極性，更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）教學(xué)形式單一

在課程設(shè)計中，指導(dǎo)教師根據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》這門課所涉及的主要內(nèi)容，結(jié)合工程項目實際情況給出不同的設(shè)計題目和原始資料，為了使學(xué)生在兩周時間內(nèi)完成設(shè)計任務(wù)，通常課程設(shè)計指導(dǎo)書會結(jié)合實際題目詳細(xì)講解設(shè)計方案、內(nèi)容、步驟、設(shè)計規(guī)范及要求、設(shè)計報告的格式等等內(nèi)容。學(xué)生通過查閱相關(guān)設(shè)計手冊和設(shè)備手冊，參考某些類似習(xí)題及以往學(xué)生課程設(shè)計資料進(jìn)行模仿設(shè)計。在設(shè)計過程中，指導(dǎo)教師雖然每天去教室指導(dǎo)，但由于多數(shù)學(xué)生不能夠主動提出問題，教師無法全面了解學(xué)生在設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題和錯誤，造成提交的設(shè)計報告存在許多錯誤，甚至?xí)霈F(xiàn)一些原則性錯誤。另外，由于缺乏對設(shè)計計算結(jié)果及結(jié)論進(jìn)行實踐驗證，學(xué)生既不知道計算結(jié)果是否正確，也不知道設(shè)計結(jié)論是否合理，這樣就大大削弱了課程設(shè)計的重要意義。

（三）成績評定缺乏規(guī)范性和合理性

傳統(tǒng)課程設(shè)計成績評定的方法是根據(jù)學(xué)生所提交設(shè)計報告的正確性、合理性、完整性、規(guī)范性情況，結(jié)合學(xué)生在設(shè)計過程中的出勤率、態(tài)度是否端正以及主動性等，按照不同方面的分值比例，給學(xué)生評出優(yōu)、良、中、及格或不及格的成績。往往這種成績評定方法會造成同一小組中不同學(xué)生差別不大，甚至?xí)霈F(xiàn)小組中主要參與設(shè)計人員的成績由于報告書寫稍差等原因得分較低的現(xiàn)象，造成成績不能準(zhǔn)確反映學(xué)生的真實能力。另外，由于缺乏對所得結(jié)論進(jìn)行實際或模擬驗證的手段，無法考核學(xué)生的設(shè)計動手能力及實踐技能。

二、教學(xué)改革措施

為適應(yīng)我國“卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)”和學(xué)校應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)模式要求，針對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的弊端，我們結(jié)合近兩年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，提出了將電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計與綜合性實驗項目相結(jié)合的方法和具體措施，改革繼電保護(hù)課程設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新實踐教學(xué)方法。

（一）根據(jù)“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)的要求，結(jié)合專業(yè)課理論和實際工程，確定合理的課程設(shè)計題目

合理的課程設(shè)計題目對于學(xué)生加深理解和掌握所學(xué)專業(yè)理論知識，熟悉相關(guān)工程設(shè)計規(guī)范，掌握有關(guān)設(shè)計方法和設(shè)計步驟十分重要。設(shè)計題目一方面要緊密結(jié)合理論課程的專業(yè)知識，盡可能涵蓋該專業(yè)課程的主要內(nèi)容，另一方面要與實際工程設(shè)計緊密結(jié)合，盡可能采用已經(jīng)實際運(yùn)行并具有一定規(guī)模的供配電系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)資料，這樣才能培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，樹立學(xué)以致用的思想，提高學(xué)生的專業(yè)興趣，還能指明學(xué)生將來從事的專業(yè)方向。此外，設(shè)計題目還可根據(jù)相應(yīng)的專業(yè)實驗室實驗條件，對學(xué)生設(shè)計結(jié)論進(jìn)行仿真或模擬驗證。這樣就可以使學(xué)生在完成理論設(shè)計的基礎(chǔ)上，在實驗室能夠得到驗證。當(dāng)驗證結(jié)果正確時，可以使學(xué)生感到有成就感，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高學(xué)生的自信心?？紤]以上方面，結(jié)合不同學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師提供課程設(shè)計題目的難易程度和工作量大小既要有區(qū)別，也要適中，保證所有學(xué)生能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成設(shè)計，又不使得一些學(xué)習(xí)稍差的同學(xué)因為題目難度或工作量較大沒能夠按期順利完成設(shè)計任務(wù)而打擊其積極性。例如：根據(jù)一些大型企業(yè)（如鋼鐵廠、煉油廠）或地區(qū)電力系統(tǒng)的實際接線方式，選擇有2～3個發(fā)電廠（每個發(fā)電廠有2～4臺發(fā)電機(jī)組）與1個無窮大電源系統(tǒng)，選擇3～5個大型用電負(fù)荷構(gòu)成的具有雙回路、環(huán)路接線方式的閉式電力網(wǎng)絡(luò)，針對該網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)電機(jī)、變壓器及線路（架空線及電纜線路）進(jìn)行保護(hù)方式選擇及參數(shù)計算和裝置選擇。這可以使學(xué)生對電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接線方式有一個比較全面的了解，而且便于學(xué)生理解系統(tǒng)在不同情況下的最大、最小及正常運(yùn)行方式，從而更進(jìn)一步理解各段保護(hù)以及上、下級之間的選擇性、靈敏性、快速性、可靠性以及近后備、遠(yuǎn)后備保護(hù)的概念及相互間的關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生對電力系統(tǒng)接線方式、運(yùn)行方式及繼電保護(hù)作用的全面理解和掌握。

（二）加強(qiáng)課程設(shè)計的指導(dǎo)和管理，確保設(shè)計過程的嚴(yán)密性和正確性

針對部分學(xué)生對課程設(shè)計的重視程度不夠，存在得過且過、相互抄襲現(xiàn)象，指導(dǎo)教師應(yīng)投入足夠的精力和時間指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計，除了嚴(yán)格審核學(xué)生設(shè)計方案是否合理、中間設(shè)計步驟及計算結(jié)果是否正確，還要組織學(xué)生討論和分析在設(shè)計過程中出現(xiàn)的錯誤。例如，對于給定的電力系統(tǒng)如何分析其最大、最小及正常運(yùn)行方式是一個比較難的問題，既要考慮線路及設(shè)備的并列及分列運(yùn)行情況，又要考慮因其他線路或設(shè)備故障引起負(fù)荷電流或短路電流的變化等，讓學(xué)生通過討論全面了解系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式，確定系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下的負(fù)荷電流、短路電流及功率流向等，另外，還要查閱相關(guān)的設(shè)計規(guī)范及設(shè)計手冊，才能確定合理的保護(hù)方案。另外，在各種保護(hù)的整定計算時，部分學(xué)生對一些公式的應(yīng)用存在較多問題，主要是對公式中一些電流量的含義理解不明確。例如：在線路-變壓器組接線方式中的線路電流保護(hù)中，瞬時速斷保護(hù)動作電流值一般應(yīng)按照最大運(yùn)行方式下變壓器二次側(cè)發(fā)生三相短路時流過變壓器一次側(cè)的短路電流整定，很多同學(xué)用的是變壓器二次側(cè)短路電流。在被保護(hù)范圍內(nèi)有變壓器時，校驗靈敏度既要考慮保護(hù)裝置的接線方式，又要考慮變壓器的繞組接線方式，在變壓器差動保護(hù)的靈敏度校驗時也存在類似的問題。學(xué)生通過討論經(jīng)常出錯的問題，加深了對《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》課程理論知識的理解，提高學(xué)生利用所學(xué)知識分析和解決這些實際問題的能力。

（三）將《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計》與設(shè)計性實驗相結(jié)合，確保設(shè)計結(jié)論的準(zhǔn)確性和完整性

在電氣工程及其自動化專業(yè)培養(yǎng)方案中，通常安排《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計》課時為兩周時間，我們教研室近三年來，把《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計》與設(shè)計性實驗相結(jié)合，讓學(xué)生利用一周時間基本完成設(shè)計課題的理論分析、方案確定、整定計算、設(shè)備選型等設(shè)計工作，第二周在實驗室中，利用實驗室現(xiàn)有條件，根據(jù)自己的設(shè)計結(jié)論，設(shè)計一個與課題相近的模擬供電系統(tǒng)，再將課程設(shè)計中確定的各種保護(hù)裝置應(yīng)用到該供電系統(tǒng)中，并進(jìn)行相應(yīng)的安裝調(diào)試與整定。通過改變系統(tǒng)的運(yùn)行方式，設(shè)置多個不同地點(diǎn)、不同類型（短路、接地等）的模擬故障，來驗證上、下級各段保護(hù)動作的選擇性、快速性、靈敏性及可靠性，從而確保理論設(shè)計的準(zhǔn)確性和完整性。由于系統(tǒng)及保護(hù)裝置均比較復(fù)雜，在實際的安裝、調(diào)試及操作過程中，可能會遇到很多實際問題，比如計算數(shù)據(jù)錯誤、接線錯誤、繼電器動作值不準(zhǔn)確等等，在指導(dǎo)教師的幫助下，在同學(xué)的相互討論中，利用所學(xué)知識進(jìn)行分析并解決問題，這樣不僅能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和專業(yè)興趣，還能使學(xué)生學(xué)到一些課本上講不到的知識，在該過程中，由于指導(dǎo)教師必須與學(xué)生一起安裝、調(diào)試，對學(xué)生的各方面能力有較全面的了解，對評定課程設(shè)計的成績亦會更加合理，且能較公正地反映學(xué)生的能力。

三、總結(jié)

通過近三年來的教學(xué)改革實踐，我們發(fā)現(xiàn)這種做法不僅激發(fā)了學(xué)生對該門專業(yè)課程的濃厚興趣，而且培養(yǎng)了學(xué)生的實驗技巧、動手能力和綜合應(yīng)用理論知識分析、解決實際工程問題的能力，學(xué)生在掌握繼電保護(hù)裝置整定、調(diào)試方法，在實驗室內(nèi)模擬實際的供電系統(tǒng)的同時，也使學(xué)生的個性化培養(yǎng)及團(tuán)隊合作精神等方面也得到了很好的鍛煉。這為提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，達(dá)到“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)，為探索和深化《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計》教學(xué)改革，創(chuàng)出一條新路。

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]