繼電保護(hù)課程教材教學(xué)內(nèi)容改革與分析

黃景光 葉元 翁漢 李振興

摘 要：文章通行分析繼電保護(hù)教材及課程教學(xué)內(nèi)容，提出繼電保護(hù)課程教學(xué)內(nèi)容改革的新思路，保證在繼電保護(hù)相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步、專業(yè)課學(xué)時壓縮和專業(yè)知識、能力及素質(zhì)要求不斷提高的條件下，繼電保護(hù)課程教學(xué)內(nèi)容在強(qiáng)調(diào)基本原理、基本方法的基礎(chǔ)上，既體現(xiàn)新原理、新技術(shù)，有效覆蓋基本原理、基本方法，又能突出重點(diǎn)、強(qiáng)化理論教學(xué)聯(lián)系工程實(shí)踐，提高繼電保護(hù)課程對工程專業(yè)素質(zhì)教育的支撐。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；教學(xué)改革；素質(zhì)教育；能力培養(yǎng)；工程實(shí)踐

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）01-0079-03

Abstract： The paper analyzes the universal textbooks and course content of power system protective relaying， and proposes the new idea of power system protective relaying curriculum reformation. Under the conditions of development of relevant technology， cutting down of lesson period， and enhancing professional knowledge， ability， quality， the teaching content of protective relaying curriculum includes the new protective principle and technology， elementary knowledge and method， and emphasize key points and practical ability， and to prop up quality education of engineering.

Keywords： protective Relaying； curriculum Reformation； quality Education； ability Train； engineering Practice

一、概述

繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)的重要部分，是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵保證。繼電保護(hù)裝置原理邏輯嚴(yán)密、設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，包含信號處理、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域最新技術(shù)水平?！峨娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)》課程是電氣工程及自動化專業(yè)的重要課程，具有理論水平高、實(shí)踐性強(qiáng)、關(guān)聯(lián)領(lǐng)域廣、技術(shù)更新快的特點(diǎn)。電力系統(tǒng)的高速發(fā)展、技術(shù)的快速進(jìn)步，電子式互感器、光纖保護(hù)、高性能計(jì)算機(jī)保護(hù)、數(shù)字式保護(hù)裝置已經(jīng)被廣泛采用，很多新原理、新技術(shù)的電氣設(shè)備和保護(hù)裝置也得到應(yīng)用和推廣，同時，特高壓技術(shù)、智能電網(wǎng)、廣域保護(hù)、新能源、微電網(wǎng)等技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，對繼電保護(hù)技術(shù)有了更高的要求，而繼電保護(hù)課程教材及教學(xué)內(nèi)容的更新卻較為滯后，其改革已十分迫切[1-7]。

從現(xiàn)在通行的繼電保護(hù)課程教材上看，主要包括：繼電保護(hù)基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理、高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)、元件保護(hù)和計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)等類型。在教學(xué)實(shí)踐中，因教學(xué)學(xué)時的限制，實(shí)際執(zhí)行的教學(xué)內(nèi)容大體上涵蓋電流電壓保護(hù)、距離保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)、重合閘、變壓器、發(fā)電機(jī)、母線保護(hù)的原理、構(gòu)成、動作特性分析，以及計(jì)算機(jī)保護(hù)的基礎(chǔ)知識；實(shí)踐環(huán)節(jié)主要有課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)，主要是簡單保護(hù)原理驗(yàn)證、基本整定計(jì)算、成套保護(hù)整組保護(hù)原理、邏輯的測試實(shí)驗(yàn)。在長期的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生的普遍反應(yīng)是，繼電保護(hù)課程專業(yè)性、綜合性太強(qiáng)，內(nèi)容多、難度大，不容易掌握和理解。但作為電力企業(yè)從業(yè)者必備的知識和能力，甚至是電網(wǎng)公司入職考試重要內(nèi)容，繼電保護(hù)課程之重要性不言而喻。為了提高教學(xué)效果、響應(yīng)工程專業(yè)認(rèn)證要求、更好地培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和能力，現(xiàn)有的教材及教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法應(yīng)該進(jìn)行較大的修訂和改革[1-10]。

二、擯棄落后保護(hù)裝置技術(shù)內(nèi)容

繼電保護(hù)教學(xué)改革，首先是教材教學(xué)內(nèi)容的改革，擯棄落后原理技術(shù)，引入先進(jìn)原理技術(shù)方法。在現(xiàn)在各高校電氣工程專業(yè)通行的教材及教學(xué)內(nèi)容中，因歷史沿襲，包含有很多講解落后保護(hù)裝置原理和硬件的章節(jié)，如電磁型、晶體管型的保護(hù)裝置的原理、結(jié)構(gòu)、動作與返回過程、動作特性分析，而實(shí)際電力系統(tǒng)中這些技術(shù)早已淘汰，教學(xué)內(nèi)容與通行技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié)，對加強(qiáng)教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生專業(yè)能力和綜合素質(zhì)非常不利。表1列舉繼電保護(hù)教材和課程教學(xué)中主要的落后內(nèi)容，以及相應(yīng)內(nèi)容的新原理技術(shù)內(nèi)容。

同時，還有一些因技術(shù)落后、可靠性低、正在大量淘汰的保護(hù)原理和技術(shù)，如高頻載波原理保護(hù)，不僅原理落后、可靠性低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通信設(shè)備多，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行要求，現(xiàn)在已大部分被光纖縱聯(lián)保護(hù)取代，該部分內(nèi)容在教材、教學(xué)中占據(jù)著大量篇幅；光纖縱聯(lián)保護(hù)技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、數(shù)字通訊保密性好、可靠性高，光纖縱聯(lián)保護(hù)從原理到應(yīng)用技術(shù)，都蘊(yùn)涵高可靠性的高科技，不僅廣泛應(yīng)用在超高壓以上系統(tǒng)，也大量應(yīng)用于高壓及配網(wǎng)系統(tǒng)，大大提高了繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。在課程教材、教學(xué)中應(yīng)著重增加光纖保護(hù)內(nèi)容，擯棄高頻載波保護(hù)內(nèi)容[11-19]。

三、以數(shù)字式繼電保護(hù)技術(shù)為中心

繼電保護(hù)教材及教學(xué)內(nèi)容大部分仍然沿襲了傳統(tǒng)保護(hù)裝置的原理、結(jié)構(gòu)、分析方法，其電氣量的采集、傳輸、變換、邏輯、輸入輸出，都是模擬電氣量，保護(hù)原理及分析也是模擬量的方法；現(xiàn)代計(jì)算機(jī)型繼電保護(hù)裝置，其基本結(jié)構(gòu)是電壓形成部分、數(shù)模變換部分、保護(hù)邏輯、邏輯I/O、人機(jī)界面部分，內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、邏輯判斷都是基于數(shù)字電氣量，模塊間連接采用總線形式，而智能保護(hù)系統(tǒng)中，各電氣設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換也采用了數(shù)字光纖通訊；通常的繼電保護(hù)教材，繼電保護(hù)原理和計(jì)算機(jī)型繼電保護(hù)分為不同的書本或章節(jié)，在課程教學(xué)時，必然把這兩部分分立隔離開來，學(xué)生容易混淆、難于接受消化，不利于后期的其他課程學(xué)習(xí)及實(shí)踐教學(xué)開展，更不利于今后繼續(xù)學(xué)習(xí)和工作，造成大學(xué)課程學(xué)習(xí)與電力行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的脫節(jié)。因此，應(yīng)該大膽擯棄繼電保護(hù)教材、教學(xué)中的一些不適用的傳統(tǒng)保護(hù)原理、技術(shù)、方法，在教材和教學(xué)中，把保護(hù)原理與計(jì)算機(jī)型、智能型數(shù)字式保護(hù)有機(jī)結(jié)合起來，以數(shù)字式繼電保護(hù)技術(shù)為中心，組織教材內(nèi)容、課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)及畢業(yè)論文等各教學(xué)環(huán)節(jié)。在最新的工程專業(yè)認(rèn)證指引中，結(jié)合工程應(yīng)用、教學(xué)體現(xiàn)最新工程技術(shù)、培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力都是重點(diǎn)評估的內(nèi)容[14-17，20]。

四、引進(jìn)應(yīng)用廣泛的保護(hù)原理和應(yīng)用

我國的繼電保護(hù)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，大量新興技術(shù)不斷地應(yīng)用在繼電保護(hù)領(lǐng)域，如高性能處理器與芯片、現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等，在超高壓、特高壓交直流電網(wǎng)，甚至高壓電網(wǎng)及配電網(wǎng)中，光纖縱聯(lián)保護(hù)得到廣泛應(yīng)用；特別是智能變電站、智能繼電保護(hù)技術(shù)，在繼電保護(hù)系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)、邏輯等各方面與上一代計(jì)算機(jī)型繼電保護(hù)有了極大的進(jìn)步，更不要說傳統(tǒng)保護(hù)裝置了；智能變電站、智能繼電保護(hù)技術(shù)已成為最近數(shù)年新建改建變電站的必選技術(shù)方案，而相關(guān)技術(shù)人才奇缺，在國內(nèi)高校的電氣工程專業(yè)教學(xué)中，鮮有開設(shè)相關(guān)課程的，既缺乏相關(guān)教材資料、教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，也缺乏教學(xué)隊(duì)伍，電氣工程專業(yè)畢業(yè)生也難以快速適應(yīng)電網(wǎng)公司的人才需求，也不利于相關(guān)技術(shù)的推廣應(yīng)用、電網(wǎng)公司的運(yùn)行維護(hù)工作開展。一些通行教材上講述的保護(hù)原理、方法較為落后，已經(jīng)淘汰或僅在低壓系統(tǒng)應(yīng)用，對于高電壓、大容量電力系統(tǒng)，成套保護(hù)裝置采用先進(jìn)的高可靠性保護(hù)原理，這些最新原理、技術(shù)和方法應(yīng)該引入繼電保護(hù)教材和教學(xué)中，并建立相應(yīng)的教學(xué)隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)室，或聯(lián)合電力企業(yè)部門，建立校企聯(lián)合教師隊(duì)伍和實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)基地，推進(jìn)電氣工程專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的科技含量和實(shí)踐水平。

五、加強(qiáng)實(shí)踐和綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)

現(xiàn)代高等教學(xué)對于實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的要求越來越高，電氣工程專業(yè)方向的繼電保護(hù)教學(xué)應(yīng)體現(xiàn)最新的電力工業(yè)技術(shù)，在加強(qiáng)教材建設(shè)和課堂教學(xué)的同時，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)和綜合素質(zhì)培養(yǎng)。由于繼電保護(hù)技術(shù)在保護(hù)原理、系統(tǒng)及裝置構(gòu)成、數(shù)據(jù)處理和邏輯上，技術(shù)越來越先進(jìn)和復(fù)雜，在各高校的相關(guān)實(shí)踐教學(xué)中，應(yīng)逐漸減少傳統(tǒng)方法驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，多開展相關(guān)內(nèi)容的課程作業(yè)、綜合實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)，在內(nèi)容上，應(yīng)放棄舊的簡單實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，采用先進(jìn)的商用繼電保護(hù)裝置和繼電保護(hù)測試儀；放棄傳統(tǒng)配合單一課程目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)，開展涵蓋本學(xué)科多門課程、接近真實(shí)工程實(shí)踐環(huán)境、培養(yǎng)學(xué)生在繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、整定計(jì)算、實(shí)驗(yàn)測試、數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容上的綜合能力和專業(yè)素質(zhì)，全面提升學(xué)生對本專業(yè)相關(guān)課程內(nèi)容的認(rèn)識和掌握水平，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，為今后的學(xué)習(xí)、工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，實(shí)踐環(huán)節(jié)的教材、設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容與方法的改進(jìn)改革也是迫切和必須的。

我校在繼電保護(hù)課程實(shí)踐教學(xué)上，不斷改革創(chuàng)新，相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括：課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、課程作業(yè)、電力系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)仿真實(shí)習(xí)、智能保護(hù)專題實(shí)驗(yàn)、電力系統(tǒng)動模實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容，前5項(xiàng)實(shí)踐環(huán)節(jié)是電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生的必選課程，后2項(xiàng)是部分學(xué)生的選修實(shí)踐環(huán)節(jié)。其各環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容有的是規(guī)定內(nèi)容，有的是教師或?qū)W生自設(shè)內(nèi)容，各教學(xué)環(huán)節(jié)間既體現(xiàn)學(xué)生知識和能力循序漸進(jìn)的提高規(guī)律，也充分體現(xiàn)學(xué)生要求和能力的差異，以及設(shè)備功能的充分發(fā)揮和挖掘，既滿足大部分學(xué)生的實(shí)踐鍛煉要求，又給部分學(xué)生充分的創(chuàng)新空間。在工程專業(yè)認(rèn)證評估中，繼電保護(hù)課程及實(shí)踐教學(xué)得到了評估的普遍認(rèn)可和好評。

六、結(jié)束語

繼電保護(hù)是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，繼電保護(hù)原理復(fù)雜、技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備更新?lián)Q代快，繼電保護(hù)教材教學(xué)內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)電力工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，并需不斷改革改進(jìn)教學(xué)條件、方法和手段，在專業(yè)教學(xué)課時大幅度減少的前提下，通過改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)綜合實(shí)踐教學(xué)和對接復(fù)雜工程環(huán)境，來強(qiáng)化學(xué)生電氣工程專業(yè)能力和綜合素質(zhì)。

本文強(qiáng)調(diào)繼電保護(hù)教學(xué)改革的重點(diǎn)是教材內(nèi)容、教學(xué)條件、教學(xué)方法和教師隊(duì)伍的改革和建設(shè)，擯棄過時技術(shù)內(nèi)容、有機(jī)揉入消化最新保護(hù)原理技術(shù)，提升電氣工程專業(yè)教學(xué)水平，滿足相關(guān)領(lǐng)域人才需求，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用推廣。

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