中職電氣化鐵道供電專業(yè)繼電保護教學的探索

高秀琴

摘 要：繼電保護作為中職電氣化鐵道供電的主要專業(yè)課程，需要理論與實踐相結合。由于實驗室投資大、實驗安全風險高等特點，繼電保護課程都采用傳統(tǒng)的理論教學方法。應用虛擬現(xiàn)實技術的虛擬場景、交互過程、易于升級等特點可以提高繼電保護教學的實踐性。

關鍵詞：繼電保護；虛擬現(xiàn)實；虛擬環(huán)境

電力系統(tǒng)在運行過程中會發(fā)生各種故障和不正常的工作狀態(tài)，導致供電中斷、設備損壞，甚至引發(fā)事故，造成人身傷亡。故障常常在十分之幾甚至百分之幾秒內發(fā)生。實踐證明，只有在每個電氣元件上裝設繼電保護裝置才能及時發(fā)現(xiàn)和切除故障。目前，繼電保護裝置已經(jīng)是電氣化鐵道，城市軌道交通系統(tǒng)裝備中的重要組成部分。

中職電氣化鐵道供電專業(yè)開設繼電保護這門課程旨在介紹繼電保護的作用、原理、組成、保護方式等基礎知識以及如何將這些基礎知識應用于電氣化鐵道供電的現(xiàn)場實踐。

一、繼電保護教學方法現(xiàn)狀

繼電保護作為中職電氣化鐵道供電專業(yè)的主要課程，一直以來都是按照教材章節(jié)順序展開理論教學，教學過程強調知識的系統(tǒng)性和理論的完整性。在這種傳統(tǒng)教學模式下，教師是課堂的主導，學生在教師的引導下理解繼電保護的概念，掌握繼電保護的各種方法。有經(jīng)驗的教師會盡量應用通俗易懂的語言和形象的比喻來闡述這些內容，同時應用一些多媒體手段輔助教學，用心的學生一般能夠學得懂。

然而，隨著課程的深入，講到繼電保護的基礎知識在電氣化鐵道供電中的實際應用時，教師即便使盡渾身解數(shù)，大多數(shù)學生還是云里霧里、似懂非懂。究其原因，主要是電氣化鐵道供電的現(xiàn)場應用了大量的電氣設備，這些設備相互配合，通過復雜的電氣線路連接在一起，以滿足電氣化鐵路的運行要求。繼電保護裝置正是安裝在這些設備上，通過有效的配合和整定，起到保護的作用。學生沒有這樣的現(xiàn)場體驗，光靠教師口授和一些圖片視頻資料不足以使學生充分認識現(xiàn)場設備以及它們的配合關系，從而不能真正理解繼電保護裝置在現(xiàn)場的應用。

二、繼電保護實踐教學的難度

想要學生真正學懂繼電保護，能夠達到靈活應用的目的，最好的方法是建設繼電保護實驗室。然而，建設繼電保護實驗室需要投入大量的設備，寬闊的場地，專業(yè)的施工安裝，這筆投資對于中職學校而言無異于天文數(shù)字。即使建成這樣的實驗室，將來讓學生進行實驗時存在的安全隱患也是一個重大問題。

現(xiàn)場參觀也是一個增進認識的好方法，可是電氣化鐵道供電工區(qū)和變電所是鐵路運行重地，學生進入?yún)⒂^會影響正常運行，也存在非常大的安全隱患。

因此，盡管中職教學一再強調培養(yǎng)“懂理論、會設計、能安裝調試、善于維護管理”的專業(yè)技能人才，繼電保護的教學卻一直停留在紙上談兵的階段。

三、虛擬現(xiàn)實教學的探索

虛擬現(xiàn)實技術是利用計算機生成一種模擬環(huán)境，并通過多種專用設備使用戶投入該環(huán)境中，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進行交互的一門嶄新的綜合性信息技術。其目的是能讓用戶對虛擬世界中的物體進行考察或操作，同時提供視、聽、摸等直觀而又自然的實時感知。

目前，虛擬現(xiàn)實技術已廣泛應用于醫(yī)學、建筑工程、軍事、藝術、教育等領域，在一些危險工作環(huán)境的崗前培訓中尤其顯現(xiàn)出其優(yōu)勢。這種優(yōu)勢也正是電氣化鐵道供電專業(yè)繼電保護教學所需要的。

1.構建虛擬環(huán)境

以真實牽引變電所場景為基礎，構建虛擬環(huán)境，在該環(huán)境中準確重現(xiàn)變電所的所有設備、儀表、線路等。學生通過適當?shù)牟僮?，可以實現(xiàn)場景變換，如同身臨其境。這種直觀體驗，對其日后進入現(xiàn)場工作有非?，F(xiàn)實的意義。

2.模擬日常工作

通過一些流程設定，可以在虛擬環(huán)境中模擬變電所值班員或繼電保護工的日常工作，如巡視檢查、測量記錄、檢查維護、調整試驗、倒閘操作、定值設置等。以定值設置為例，學生在領取任務之后，需通過切換場景，找到繼電保護工作臺，以相應的權限登錄軟件，并在相應位置更改定值之后保存，如果操作過程出錯，就會終止任務，并提示可能因此產生的后果。這樣一來，學生如同在真正的牽引變電所實習，對任務的理解既直觀又深刻，而且避免了失誤可能造成的損失。

3.模擬故障處理

虛擬場景可以模擬任何設備上的故障，例如，變壓器內部故障。通過設定一些參數(shù)值，使虛擬的變壓器油箱內發(fā)生輕微的短路故障，學生可以觀察到差動保護并不會動作，而瓦斯繼電器內部，少量氣體聚集于繼電器上部，迫使繼電器內油面下降，上開口杯露出油面，浮力減小，導致上開口杯發(fā)生順時針方向的轉動，從而帶動永久磁鐵靠近干簧接點，使之閉合，發(fā)生“輕瓦斯”保護動作信號。經(jīng)過這樣的體驗，學生對于故障發(fā)生時繼電保護裝置的動作會有更深刻的理解，有助于他們在工作中快速查找故障、判斷故障原因，及時處理故障。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術在繼電保護的教學中有類似實驗室，甚至強于實驗室教學的效果，同時，隨著現(xiàn)場技術、設備的更新?lián)Q代，虛擬現(xiàn)實軟件也可以升級，以滿足更新的要求。

參考文獻：

戴志輝.繼電保護可靠性及其風險評估研究[D].華北電力大學，2012.

編輯 溫雪蓮