類比教學法在電力類高職繼電保護技術課程教學中的應用

【摘 要】本文通過典型的案例分析，探討基于“醫學診治理論”的類比教學法在電力類高職繼電保護技術課程教學中的具體應用。

【關鍵詞】醫學診治理論 類比教學法 繼電保護技術

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）01C-0158-03

一、類比教學法的內涵

類比，是一種理解認知事物的邏輯思維方法。類比教學法在課堂教學中被廣泛運用，形式多樣。本文所運用的類比教學法，主要是針對難以直觀理解的概念，缺乏想象空間的抽象的專業理論知識，運用具有相同或相似特點的公眾普遍熟悉的事物進行類比，通過揭示事物的本質，調動學生學習的積極性，提高學生分析問題和解決問題的能力，以達到加深理解概念、掌握理論知識的教學目的。

類比教學法可以加深學生對知識的理解，激發學生探索知識的熱情，提高教學的質量。應用類比教學法的具體步驟如下：

（一）總結特征，形成概念

針對某個專業概念或理論知識難點，找到具有相同特征的類比事物，并分析類比事物與專業概念或知識難點共同的特征，建立相互關聯的概念。

（二）類比分析，深化理解

在類比的基礎上，建構概念，探索分析問題的思路，并深化理解專業理論知識難點，培養學生分析、解決專業知識問題的能力。

（三）推廣應用，提升能力

應用類比教學法的過程中，在教學環節的設計上，注重提煉總結方法，進行推廣應用，組織學生分組討論分析其他同類專業問題，提升學生拓寬思路、解決問題的綜合能力，培養學生克服困難、想盡一切辦法解決問題的職業素養。

二、基于“醫學診治理論”的類比教學法在繼電保護技術課程教學中的應用

繼電保護技術是根據電力系統發電機、變壓器、線路等電氣設備發生故障時檢測到出現的故障特征來識別故障并處理故障，以保護設備、確保系統安全運行的一種技術。醫學診治技術是根據病人患上肚痛、發燒、感冒等疾病時出現的特有的疾病癥狀來診斷并醫治疾病，以恢復病人的身體健康的一種技術。在我們的成長過程中，或多或少都有過患病的經歷，醫學診治過程是我們日常生活中廣泛接觸而較為熟悉的事物，而且，醫學診治技術與繼電保護技術在原理構成和實現方式方面存在比較緊密的聯系，因而在課程教學中利用醫學診治技術與繼電保護技術進行類比，對學生理解抽象的繼電保護技術概念會起到事半功倍的效果。

（一）電氣設備運行狀態的類比教學

醫生的服務對象是病患者，醫生會針對病患者的身體狀況采取相應的治療對策。繼電保護技術服務的對象是電氣設備，繼電保護裝置會針對電氣設備的運行狀態采取不同的措施。

1.病患者的三種身體狀況及應對措施

健康：各項身體指標、體溫等數據在正常的允許范圍內，沒有感覺到不適的癥狀。

不舒服：出現不適感覺，如咽喉腫痛、流鼻涕、打噴嚏等輕微癥狀，一般仍可參加工作、學習。醫生建議多喝水、注意休息。

患病：出現嚴重發燒、重感冒、頭重腳輕等嚴重癥狀，無法堅持參加工作、學習。遵醫囑吃藥、打針等進行治療。

2.電氣設備的三種運行狀態及應對措施

正常運行狀態：指電氣設備的電流、電壓等運行參數在額定值的允許范圍內，電氣設備正常工作。

異常運行狀態：指電氣設備的電流、電壓等運行參數稍稍偏離了額定值的允許范圍，但又不至于損壞設備。如低電壓、過負荷等運行情況。

出現異常運行情況時，要求繼電保護裝置發出信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調整。一般情況下，由于短時間內運行不至于損壞設備，因而往往設備仍可繼續運行；對于那些繼續運行會引起損壞或導致發展成為事故的電氣設備則予以切除。此時一般不要求繼電保護迅速動作，而是根據對電力系統及其設備的危害程度規定一定的延時。

短路故障狀態：出現短路故障時，電氣設備的運行參數遠遠偏離了額定運行的允許范圍，繼續運行將會導致設備損壞。如兩相短路故障、三相短路故障等。

短路故障時要求繼電保護裝置動作于跳閘，自動、迅速、有選擇性地將故障設備從電力系統中切除，使故障設備免于繼續遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行，同時發出信號。

（二）繼電保護裝置的構成及工作原理的類比教學

熟悉繼電保護裝置的構成，從而掌握繼電保護裝置的工作原理，是繼電保護調試崗位必備的基本理論知識和技能。結構決定原理，首先熟悉繼電保護裝置的構成部分，然后根據繼電保護裝置各構成部分的作用逐步分析繼電保護裝置的工作原理。由于疾病的診治環節與繼電保護裝置的構成環節有緊密的關聯，因而在教學過程中利用疾病的診治環節進行類比，可以讓學生更深刻地理解繼電保護裝置的構成及工作原理。

1.疾病的診治環節

疾病的診治過程通常由檢測、診斷、醫治等三個環節構成，下面以發熱病人的診治過程為案例進行具體的分析。

通常發熱病人的診治過程如下：

檢測：用體溫計測量并記錄病人的體溫。

診斷：與正常體溫值36.8℃相比較，如若超過 38.5℃，則診斷為高燒病人。

醫治：給病人吃藥、打針，進行對癥治療。

分析思路：從疾病診治過程的構成環節去了解疾病診治的一般原理。

2.繼電保護裝置的構成環節及工作原理

電力系統中電氣設備發生短路故障或出現異常情況時往往會導致運行參數發生變化。電氣設備的運行參數通常指電流、電壓、功率、頻率等電氣量和其他非電氣量的物理量，非電氣量的物理量有變壓器油箱內部故障時伴隨產生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高等。這些運行參數在故障時出現的變化稱為故障特征。繼電保護裝置就是根據檢測到電氣設備運行中出現的故障特征來判別電氣設備是否發生了故障。

分析思路：由繼電保護裝置的構成去分析繼電保護裝置的工作原理。

一般情況下，整套繼電保護裝置是由測量部分、邏輯部分和執行部分組成的。原理結構圖如圖1所示：

下面以線路電流速斷保護裝置為案例具體分析繼電保護裝置的構成及工作原理。

（1）測量部分。如圖2所示，由安裝于線路上的電流互感器TA構成，運行中將線路的電流信號輸送到邏輯部分（電流繼電器KA）進行監測。

（2）邏輯部分。由電流繼電器1KA、2KA構成，將由電流互感器輸送過來的流入電流繼電器中的電流與整定值進行邏輯比較。如果流入電流繼電器的電流大于整定值，則判定為線路發生短路故障，于是，電流繼電器動作，將對應的指令傳給執行部分。

（3）執行部分。由出口中間繼電器KOU和信號繼電器1KS構成。根據邏輯判斷部分傳來的指令，發出跳開斷路器的跳閘脈沖，同時IKS動作發出信號。

綜上所述，線路電流速斷保護的動作原理分析如下：

正常運行時，流過電流繼電器的電流較小，保護不動作。

線路發生相間短路故障時，出現短路電流，流過電流繼電器KA線圈的電流超過整定值，KA動作，其觸點閉合，出口中間繼電器KOU動作，發出跳閘脈沖，斷路器跳閘切除故障。同時，信號繼電器1KS動作發出信號。

3.推廣應用，提升能力

發電機縱差保護裝置、變壓器瓦斯保護裝置、線路距離保護裝置等繼電保護裝置，都是利用反應短路故障時出現的故障特征來構成保護原理的。繼電保護裝置從原理構成來看，都是由測量部分、邏輯部分和執行部分構成。繼電保護裝置的工作原理也由這三個構成部分配合實現：測量部分監測運行參數，如果運行參數偏離了允許的范圍，達到了設定的整定值，就由邏輯部分判定為發生了故障，由執行部分采取跳閘、發信號等相應的措施。掌握了繼電保護裝置的分析思路，就較容易地掌握發電機縱差保護裝置、變壓器瓦斯保護裝置等各種保護裝置的構成及工作原理。

（三）電氣設備的繼電保護裝置配置的類比教學

當電氣設備發生故障的時候，要求繼電保護能可靠地動作切除故障部分，以保證電力系統其他正常的電氣設備安全、可靠地運行。因此，繼電保護必須能夠反應電氣設備的各種故障類型，也就是必須對電力系統中運行的各種電氣設備的繼電保護裝置進行合理的配置。在教學中，引進了醫院各門診科室的配置進行類比，以加深學生對電氣設備的繼電保護裝置配置的知識點的理解。

1.醫院門診科室的配置

人類常見的疾病有頭痛、感冒、發燒、肚子疼等多種類型，現代規范的醫院通常根據疾病的種類不同設置了各種專門的門診科室，以更能發揮專業醫生的特長進行對癥診治。醫院常見門診配置（僅舉例說明，不包括全部門診科室）如表2所示。

分析思路：針對病理相近的疾病種類設置相應的門診科室。

2.電氣設備繼電保護裝置的配置

繼電保護裝置根據檢測到電氣設備運行中出現的故障特征來判別是否發生了故障。電力系統電氣設備常見的故障類型有相間短路故障、單相接地故障等多種故障類型，每種故障類型都有其獨特的故障特征，因而每一套繼電保護裝置通常都是反應電氣設備的某種故障類型，電氣設備的繼電保護通常由多個保護裝置共同構成。

為了保證保護動作的可靠性，對重要的電氣設備配置繼電保護裝置時，往往要考慮配置主保護和后備保護。后備保護的整定時間稍長于主保護，當主保護拒動時，由后備保護動作，提高了保護動作的可靠性。

分析思路：針對電氣設備的常見故障類型和異常運行情況進行繼電保護裝置的配置。

下面，以單臺容量800KVA及以上的變壓器的保護配置為案例進行具體的分析。

目前，發電廠及變電站的大多數主變壓器為油浸式變壓器，根據變壓器的結構分析變壓器常見的故障類型及異常運行情況，并有針對性地采取全面的保護裝置配置措施。

（1）變壓器常見故障類型及保護配置。油箱內部故障類型：繞組相間短路故障、繞組單相接地短路故障、繞組匝間短路故障等。油箱內部短路故障產生的電弧會導致油箱內的變壓器油分解，產生瓦氣體，嚴重的時候還會形成氣油流。針對油箱內部故障的故障特征，采取瓦斯保護。輕瓦斯反應輕微的匝間短路，動作于發信號；重瓦斯反應相間短路等重大的故障，動作于跳閘并發信號。

油箱外部故障類型：引出線的相間短路故障、引出線單相接地短路故障等。油箱外部故障會產生很大的短路電流，采取靈敏度較高的縱差保護。

瓦斯保護只能反應變壓器油箱內部故障，不能反應變壓器油箱外部故障。縱差保護只能反應油箱內外部的重大的短路故障，不能反應輕微的繞組匝間短路等故障。因而，由瓦斯保護和縱差保護共同構成變壓器的主保護。

反應短路電流的高靈敏性的復合電壓起動的過電流保護作為變壓器的后備保護。反應接地故障產生的零序分量的零序保護作為變壓器的接地故障保護。

（2）變壓器常見異常運行情況及保護配置。變壓器常見異常運行情況有油箱漏油導致油面下降、過負荷、油溫過高等，相對應可以采取輕瓦斯保護、過負荷保護、溫度保護等措施。

（3）綜上所述，變壓器的保護配置如表3所示。

根據電氣設備的結構分析電氣設備在運行中常見的故障類型及異常運行情況，并有針對性地采取全面的保護裝置配置措施，這是分析電氣設備保護配置的重要思路。電力系統中發電機、變壓器、電力線路、電動機等電氣設備由于結構不同，運行中出現的常見故障類型也不盡相同，因而不同的電氣設備的繼電保護裝置配置往往也有很大的區別。

另外，在分析電氣設備保護配置的過程中還要考慮重要性原則。一臺電氣設備是否重要有兩個考量標準：一是本身價格是否昂貴；二是當設備發生故障時是否導致很大的停電范圍。通常，越重要的設備如發電機、主變壓器、高壓線路等其保護裝置的配置要求越完善越可靠，次要的設備的保護配置相對要求較低一些。例如，主變壓器必須配置反應繞組輕微匝間短路的保護，電動機一般不必考慮反應繞組匝間短路的保護的配置。

類比醫學診治理論門診科室的配置，充分考慮重要性原則，針對設備運行中常見的故障類型進行保護裝置的配置，可更深刻地理解電力系統中發電機、變壓器、電力線路、電動機等電氣設備的保護的配置。

目前，部分高職院校在充分強調職業崗位實踐能力的同時，對專業理論知識的課堂教學重視不足。高職教師的理論課堂教學大多忽略了高職學生相對偏低的認知水平和認知策略，導致高職學生對前置的專業理論知識掌握不夠牢固，直接影響后續的實踐課程的學習效果，影響高職教育質量。高職教師必須正視高職教育存在的問題，轉變教學理念，以積極認真的態度對待理論課堂教學，探索創新“接地氣”的切實有效的教學方式方法，以實現高職教育質量的提升。

【基金項目】廣西職業院校示范特色專業及實訓基地項目（發電廠及電力系統專業）（桂教職[2015]37號）；廣西特色高校建設項目發電廠及電力系統專業建設（桂教高教[2013]52號）；廣西高等教育教學改革工程項目委托項目“校企共建‘廠中校合作育人的研究與實踐”（2013JGW025）

【作者簡介】黎庚榮（1974— ），男，廣西電力職業技術學院講師，研究方向：電力系統繼電保護。

（責編 丁 夢）