繼電保護實驗教學的改進與探索

摘要：探討了自主創(chuàng)新綜合實驗方案，加強了識圖能力和動手能力訓練，改進了實驗內(nèi)容、教學方法、成績構成等繼電保護實驗教學環(huán)節(jié)。有利于激發(fā)學生的學習激情，充分發(fā)揮學生的主觀能動性和參與積極性，提高學生的實踐創(chuàng)新能力和解決問題的能力，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：繼電保護；實驗教學；改進；實踐創(chuàng)新

作者簡介：謝路生（1977-），男，福建龍巖人，廈門大學機電工程系，工程師；林育茲（1959-），男，福建泉州人，廈門大學機電工程系，高級工程師。（福建 廈門 361005）

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0093-02

提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，既是經(jīng)濟社會發(fā)展對人才素質(zhì)的要求，也是學生自我發(fā)展和增強就業(yè)競爭力的現(xiàn)實需要。從總體上看，我國創(chuàng)新教育和實踐課程體系還有待提升。“繼電保護原理”是實踐性很強的課程，既要了解電力系統(tǒng)繼電保護的基本原理，又要掌握各種基本繼電器的分析和整定原則，傳統(tǒng)的實驗教學不能充分體現(xiàn)該課程的內(nèi)涵。[1-3]因此，需改進“繼電保護原理”實踐教學的手段和方法，提高繼電保護實驗的教學效果。

一、目前存在的問題

目前繼電保護實驗教學主要存在以下問題：[4，5]一是繼電保護課程的實驗學時偏少。一般實驗學時只有4～8學時，難以完成必要的實驗內(nèi)容。二是傳統(tǒng)保護實驗內(nèi)容偏簡、偏少，普遍僅開設幾個驗證實驗項目，難以達到教學要求。三是部分硬件條件不足，實驗內(nèi)容與生產(chǎn)實際差距較大。為此，從以下方面對繼電保護實驗教學進行改進，以提高學生的實踐創(chuàng)新能力。

二、改進繼電保護實驗教學的措施

1.探索學生自主創(chuàng)新實驗方案

從先進性和設計性出發(fā)，繼電保護實驗教學內(nèi)容應以多種繼電器特性和保護電路來配合實驗。前者是對各種繼電器特性的認識，后者則可加深理解器件功能和繼電保護的原理與應用。為此，課題組在實驗裝置中引入了組合型綜合性實驗設計。在各種常規(guī)繼電器特性實驗的基礎上，開設了單輻射式輸電線路三段式電流保護實驗、過流保護與三相自動重合閘裝置（后加速）綜合實驗、三段距離保護和電力變壓器保護等綜合保護實驗。在教學形式上，一是讓學生根據(jù)實驗方案，自己動手設定保護定值、改變電網(wǎng)運行方式以及調(diào)整參數(shù)，掌握一般的實驗技能；二是讓學生自行設計實驗方案和動手實驗，提高實踐能力；三是積極開展開放性實驗活動，提高學生的實踐創(chuàng)新能力。實踐表明，這種方式能夠激發(fā)學生的學習激情，更好地發(fā)揮學生的主觀能動性和參與積極性，動手能力得到了鍛煉，解決實際問題的能力得到了提高，也有利于學生加深掌握專業(yè)內(nèi)容。[6]

2.加強理論聯(lián)系實際，整體優(yōu)化實驗內(nèi)容

優(yōu)化實驗內(nèi)容是改進實驗教學的重要環(huán)節(jié)。過去，實驗的重點主要放在理論的驗證及實驗技能的練習上，學生對實驗內(nèi)容和實驗要求理解不透徹，對實驗過程也不太理解，影響了學生的實驗效果。因此，課題組首先從實驗大綱入手，加強理論和實踐的聯(lián)系，在實驗過程中把繼電器、互感器、調(diào)壓器等實物與書本符號緊密結合，把解決問題與原理分析相結合，有利于學生更好地理解理論和實驗的聯(lián)系。

根據(jù)“繼電保護原理”課程的特點，課題組靈活調(diào)整了實驗課的重心，采取了不同的實驗方法，從總體上進行優(yōu)化，把實驗內(nèi)容分為三類：基礎性實驗、設計性實驗和綜合研究實驗。在實驗內(nèi)容上由簡到難，由淺入深，循序漸進，逐步培養(yǎng)學生的實踐能力和綜合能力，實現(xiàn)了從“基本實驗、加強實驗到提升實驗”的依次遞進，對培養(yǎng)基礎扎實、實踐能力強、有創(chuàng)新精神的專業(yè)合格人才起到了重要作用。

3.加強動手能力和識圖能力的訓練

根據(jù)本課程的改革方案，一方面對常規(guī)驗證性實驗內(nèi)容進行整合，包括電流繼電器實驗、時間繼電器實驗、信號繼電器實驗、中間繼電器實驗等；另一方面讓學生自行設計綜合性實驗。如線路過流保護實驗、單輻射式輸電線路三段式電流保護實驗、過流保護與三相自動重合閘裝置（后加速）綜合實驗等。同時，還可以加大實驗室的開放力度，讓有興趣的學生進行開發(fā)研究。通過實驗教學改革與實驗室開放，增強了學生的實際操作能力，也鍛煉了學生獨立分析問題和解決問題的能力。

實驗結束后，根據(jù)繼電器的動作值、返回值，如果返回系數(shù)不符合要求，要求學生掌握返回系數(shù)的調(diào)整方法。例如調(diào)整舌片的起始角和終止角、變更舌片兩端的彎曲程度以改變舌片與磁極間的距離、適當調(diào)整觸點壓力等。

在“繼電保護原理”實驗上，識圖能力是實驗環(huán)節(jié)中很重要的內(nèi)容。學生既要能看懂繼電保護原理圖，也要能看懂展開圖。例如在線路過流保護實驗中，讓學生對照實物閱讀保護二次展開圖，分析保護的動作過程，然后通過實驗來驗證結果。這樣可充分鍛煉、提高學生的識圖能力，為將來參加工作打下良好基礎。

圖1為10kV線路的過電流保護原理電路圖。它主要用于表示繼電保護和自動裝置的工作原理與構成這套裝置所需要的設備，可作為二次回路設計的原始依據(jù)。但原理圖未畫出各元件的內(nèi)部接線，直流電源僅標明極性，信號部分也不能表示接線關系。因此需要二次展開圖配合才能進行二次回路的施工。

圖2是根據(jù)圖1繪制的二次展開接線圖。圖2左側是保護回路展開圖，右側是示意圖。從圖2可以看出，展開接線圖由交流電流回路、直流操作回路和信號回路三部分組成。交流電流回路由電流互感器TA的二次繞組供電，電流互感器又裝在A、C兩相上，其二次繞組各接入一個電流繼電器線圈，然后用一根公共線引回構成不完全星形接線。在直流操作回路中，畫在兩側的豎線表示正、負電源；橫線方向，上面兩行是時間繼電器啟動回路，第三行是信號繼電器和中間繼電器啟動回路，第四行是信號指示回路，第五行是跳閘回路。懂得電氣原理圖和展開圖，是電氣實驗和設計的基礎。

4.嘗試模塊教學法

嘗試借鑒西方的“模塊”（MU）教學法。[7]“模塊”教學法是學習任務或工作任務的總稱，從教學角度理解即將一門課程的知識點分割成若干單元，每個單元為一個小工作任務。學生首先必須掌握這個單元的基本理論和基礎知識，然后將其擴展到應用中，完成一項具體任務，這樣的單元稱為模塊。[8]繼保實驗“模塊”一般過程如下：明確實驗工作任務—制定計劃—教師指導—自我實驗—實驗總結。在制定計劃中，要求學生自主完成實驗方案的制定；在自我實驗環(huán)節(jié)，要求學生要善于思考，培養(yǎng)獨立解決問題的能力；在實驗總結中，不拘泥于成功的經(jīng)驗，允許分析不成功的原因，不看重實驗結果，而是看重實驗過程。正是這種模塊教學，在一定程度上打破了傳統(tǒng)實驗方法的禁錮，促進了學生的思考和創(chuàng)新。

5.改進成績構成，重視教學反饋

注重綜合評定成績教學反饋是重要的教學環(huán)節(jié)。通過該環(huán)節(jié)，教師不但可以評定學生的平時成績，而且可以隨時掌握學生的學習情況，及時修正教學方案。同時還有助于教師改進教學方法，提升自身專業(yè)水平。教學反饋的形式主要有課堂提問、討論、課下答疑、實驗報告等。成績是學生非常關心的問題，在大力提倡素質(zhì)教育的今天，大學生的各科成績不能由一次期終考試來決定。因此，把過去比較單一的成績評定改為由出勤情況、平時的實驗報告和期末考試成績構成。總成績=考勤（10%）+實驗報告（30%）+期末考試（60%）。隨機抽查四個班級共193人的成績分布統(tǒng)計結果如表1所示。圖3是統(tǒng)計結果的柱狀圖。

從表1和圖3可以看出，改進后的成績評定方法符合正態(tài)分布規(guī)律，基本反映了學生對該課程的綜合掌握能力。

三、實驗教學效果

經(jīng)過多年的教學改革實踐和探索，“繼電保護原理”的實驗教學效果明顯提升。首先，通過實驗教學改進，學生不但掌握了現(xiàn)有的實驗項目，而且在此基礎上自主創(chuàng)新了實驗方案。課題組引導學生認真思考如何將所學的各種繼電保護、監(jiān)控回路、自動重合閘裝置等內(nèi)容進行科學組合。學生通過自主設計構建綜合性實驗電路進一步提高了實驗技能訓練，提高了學生理論聯(lián)系實際的能力。通過綜合性設計實驗，啟迪了學生的創(chuàng)新思維，提高了學生對實驗的興趣，進而提高了繼電保護課程的教學質(zhì)量。其次，改進教學方法在一定程度上打破了傳統(tǒng)實驗方法的束縛，促進了學生思考和創(chuàng)新，促使學生提高了獨立工程實踐能力。最后，學生的學習激情得到了激發(fā)。學生積極主動參加課題組開設的開放性、創(chuàng)新性實驗活動，通過在教學實驗臺上進行設計和操作，動手能力得到了進一步鍛煉，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力得到了進一步提高。

四、結論

通過堅持“重理論，強實踐”的教學模式，課題組積極探索研究了新的實驗模式，使實驗內(nèi)容更好地適應現(xiàn)代技術發(fā)展的要求。同時注重本課程實踐教學環(huán)節(jié)的識圖能力、工程實踐能力和獨立創(chuàng)新能力的鍛煉。在今后的教學實踐中，還要進一步培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，使其掌握科學的研究方法和解決工程實際問題的能力。

參考文獻：

[1]武曉朦.電力系統(tǒng)繼電保護實驗教學探析[J].高校實驗室工作研究，2007，（3）.

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[3]陳達銀.創(chuàng)新實驗室建設中的幾個問題的探討[J].實驗技術與管理，2005，22（1）：9-12.

[4]梁志堅，王輯祥，等.對改進繼電保護實驗教學環(huán)節(jié)的思考[J].中國電力教育，2008，（3）.

[5]何瑞文，陳少華.關于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的繼電保護課程教學改革與建設[J].電氣電子教學學報，2004，26（3）：21-22.

[6]張慧媛，李淑英.電力系統(tǒng)繼電保護實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，1998，（4）.

[7]姜大源，吳全全.當代德國職業(yè)教育主流教學思想研究——理論、實踐與創(chuàng)新[M].北京：清華大學出版社，2006.

[8]黃淑芳.淺談模塊教學法在物理實驗教學中應用[J].大學物理實驗，2002，1（15）：78-80.

（責任編輯：孫晴）