電力系統繼電保護課堂教學分支化研究及可行性分析

于 堯

（河北農業大學機電工程學院，河北保定 071001）

電力系統繼電保護是電氣專業的主干課程，課程內容與學生就業方向聯系緊密。該課程的課堂教學占主要部分，實踐性環節較薄弱。電力系統繼電保護課程專業性較強，故安排在四年級上半年開設。由此引發的問題如下:第一、學生學習時間難以保證:因課程開始時正值學生考研及電網考試的關鍵時期，學生對課程的關注度相比低年級時開設的基礎課程來說大大降低。第二、課程專業性較強，需要很好的前期基礎:因電力系統繼電保護課程為專業課，故需要較扎實的前續課程作為基礎，增加了學生的學習難度。第三、現有的教學理念是將電力系統繼電保護的各種原理僅僅對應于相對的保護對象來講授，側重點在于對保護對象，導致課程結束后學生對于保護原理的理解不夠深刻，對接下來的學習及工作產生不利影響。因此，以往的教學活動結束后，學生對課程重點理解膚淺，達不到預期教學目標，新的教學方法的研究迫在眉睫。筆者在分析課堂教學的現狀及相關問題的基礎上，提出了采取分支化教學的構想。

一、分支化理念

分支化是指需要解決的問題比較復雜時，可以采取自頂向下逐層把系統劃分成若干分支的過程。其特點如下:（1）獨立的工作運行模式:各個分支可獨立工作，即便單組分支出現故障也不影響整個系統工作。（2）分級啟動功能:當每組分支達到滿負荷時系統會自動啟動另一組分支，從而保證系統的輸出始終與實際需求匹配，確保每個分支高效運行，又能節約資源，提高效率［1］（見圖1）。

圖1 分支化理念示意圖

二、電力系統繼電保護分支化教學可行性分析

電力系統繼電保護的對象是電力系統，電力系統的運行方式本身就具有分支性。電力系統在運行中可能出現的運行方式有:正常運行、不正常運行和故障運行。這3種運行方式在性質上差別很大，繼電保護裝置對這些運行方式的動作形式也有很大區別。所以在教學活動中，可以把這3種運行方式所對應的保護原理、保護裝置及相應的整定計算通過分支化的形式來進行［2］。

電力系統繼電保護的保護對象也具有分支性。電力系統繼電保護的對象有輸電線、變壓器、母線、發電機等，這些對象在運行時的狀態也存在很大的差別。以變壓器和發電機為例，變壓器和發電機雖都屬于電機，但工作原理卻迥然不同。變壓器的主要工作是電壓等級的變化，在運行中只需把電能的電壓等級進行變換，故結構相對簡單，主要由鐵芯和繞組組成，在對變壓器進行繼電保護時只需設置相應的縱聯差動及過負荷保護即可。而發電機的主要工作是將機械能轉化為電能，故需要有能量轉化的環節，也就是定子和轉子。所以在對發電機進行繼電保護時要有專門的定子及轉子保護，同時還需要有對機械裝置的保護。

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

三、分支化教學實施與效果研究

為探索分支化教學在電力系統繼電保護課程教學中的可行性，在實際的教學活動中進行了對比性研究。將2013—2014年第一學期的課程教學分為2個教學班進行，其中的一個教學班采用常規教學方法，另外的教學班采用分支化教學（具體實施方案見表1）。

表1 電力系統繼電保護分支化教學實施方案

在緒論部分，常規的教學方法是分為4部分，分別為電力系統繼電保護的定義、電力系統繼電保護的基本要求、電力系統繼電保護的原理、電力系統繼電保護的發展歷程。每部分的講授為一課時，其中包括課后思考題及習題的講解與答疑。運用分支化教學后，每次講授課時不再有硬性的設置，均有4部分相關內容涉及。緒論部分總的課時不變，依然為4課時。

電流保護部分，常規的教學方法為首先講解電流保護的原理，然后介紹電流保護的分類，接下來了解電流保護的核心裝置:電流互感器及電流繼電器，然后進行電流保護整定計算的講授，再是電流保護的接線方式以及適用條件，最后是方向性電流保護以及中性點不接地及中性點接地電網的電流保護方式。每部分的講授為1課時，其中包括課后思考題及習題的講解與答疑。運用分支化教學后，電流保護在不同電網情況下的配置情況彼此交叉，互為補充，電流保護部分的學時為6學時。

距離保護部分，常規的教學方法為首先講解距離保護的原理，然后介紹距離保護的核心裝置:阻抗繼電器，主要從阻抗繼電器的動作特性及動作區域進行講解，然后是距離保護的接線方式、適用條件以及距離保護死區的產生原因及消除方法，最后是距離保護的整定計算。每部分的講授為一課時，其中包括課后思考題及習題的講解與答疑。運用分支化教學后，距離保護中常用的圓特性阻抗繼電器作為重點講解，同時將其他的特性繼電器與圓特性阻抗繼電器相比較，距離保護部分的學時為6學時。

縱聯保護部分，常規的教學方法為首先講解縱聯保護的原理，然后介紹縱聯保護的分類，接下來分析縱聯保護的保護原理，最后是影響縱聯保護動作的因素及消除方法。每部分的講授為1課時，其中包括課后思考題及習題的講解與答疑。運用分支化教學后，縱聯保護中方向性縱聯保護及電流差動縱聯保護各自異同點相互交織，縱聯保護部分的學時為6學時。

微機保護部分，常規的教學方法為首先講解微機保護的組成，然后講解微機保護的算法，最后講解微機保護的實際應用。每部分的講授為1課時，其中中包括課后思考題及習題的講解與答疑。運用分支化教學后，微機保護將各環節分支化，每個知識點均有涉及，微機保護部分的學時為6學時。

在課堂講授時，常規教學和分支化教學也分別按照預期計劃進行（具體的教學內容見表2）。

表2 電力系統繼電保護分支化教學內容

為了檢驗分支化教學的效果，在每章節結束后進行測驗，測驗內容分為2個部分:（1）基礎知識部分;（2）自由發揮部分（測試結果見表3）:

表3電力系統繼電保護分支化教學測試成績

分析上表可得出以下結論:（1）常規教學及分支化教學下，學生對基礎知識的掌握均比較牢固。分支化教學的優勢體現不明顯。（2）常規教學模式下，學生對于自由發揮的題目的解答不甚理想，關鍵在于對知識點理解的膚淺，缺乏主動分析問題成因的能力，而分支化教學的情況則比較樂觀，同學對于知識的掌握比較透徹，成績也比較理想。

運用分支化教學后，學生對于知識點的獲取更有目的性，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的知識點之中。此外，分支化可以更明顯地將各部分的重點體現出來，使學生有所側重，學有所得。

同時，分支化教學也有其局限性。比如說對于課程內容聯系較緊密或承上啟下較強的內容便不適用。基于此問題，提出改良化的分支化教學的設想，主要思路是人為地將課程內容分支化，使之更適于分支化教學的需要。以線路保護為例，當線路的電壓等級以及線路所在電網形式不同時，如何來配置線路保護形式這部分內容便可以進行分支化［4］。

四、分支化教學前景展望

通過2013—2014學期的教學過程及測試結果證明，分支化教學可以有效地將課程內容的重點展現給學生，使他們能夠更積極，主動地吸收知識。因為個人精力及時間原因，分支化教學沒有全面普及到課堂教學的每一方面，還主要保持在使學生更好地抓住知識重點這一程度。在今后的工作中，希望能夠在深入開展分支化教學教研活動的同時，把分支化教學引入實驗教學、課程設計以及畢業設計中，這必將對電力系統繼電保護課程的教學有更好的促進作用。

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

［2］楊澎，陳少華.拓寬電力系統繼電保護教學內容的探索［J］.汕頭大學學報.1997（S1）:78-80.

［3］何瑞文.電力系統繼電保護課程教學改革的探討［J］.廣東工業大學學報（社會科學版），2003（S1）:88-90.

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

（編輯:劉偉霄）