應用型本科高校電力系統繼電保護教學的研究

黃貞輝，涂 建，詹習生，高紅亮，楊錦園，萬里光

(湖北師范大學 電氣與自動化學院，湖北 黃石 435002)

0 引言

當前，我國正處于經濟轉型時期，而工業作為實體經濟的基石，也需要進行結構的升級、布局的優化。而工業的結構調整，需要大量應用型人才[1]，于是應用型本科教育也就由此產生。早在2016年教育部、國家發改委、財政部印發了《關于引導部分地方本科高校向應用型轉變的指導意見》，我校積極響應，成為應用型本科高校首批試點，隨后我校又采取了本科人才培養方案的修訂等多種舉措，盡快轉變我校應用型本科教育的知識體系[2]。基于此，本文以《電力系統繼電保護》為例并對我校傳統的教學、考核方式進行探討，研究改革方案。

1 電力系統繼電保護課程的教學背景與現狀

《電力系統繼電保護》是一門難度較大、綜合性與實踐性強、理論要求較高的電氣類專業核心課程(甚至有同學將其視為電氣專業的“四大天書”之一)。該門課程內容主要涉及《電路分析》《數字電子技術》《模擬電子技術》《電機學》《工廠供電》《電力系統分析》《發電廠電氣設備》以及《高等數學》等多門課程，加上電力系統繼電保護的類別較多，而且每種保護的邏輯性較強，理解起來不是很容易。而部分學生專業基礎知識往往不扎實，對繼電保護簡單的理論尚能理解，但是對難度稍微大的內容，比如零序分量保護，距離保護中系統振蕩閉鎖，輸電線縱聯差動保護，變壓器縱差保護等，以及相關計算比較吃力，導致不少學生在學習該門課程時，在課堂上聽不懂，課后自己看書，又難以理解，時間一長，學生對該門課程就沒有了興趣，學習起來比較困難。

前兩年，我院新修訂了本科人才培養方案，將繼電保護的課程地位由專業選修課程提高為專業核心課程，課程的學時由32個學時(授課學時為28學時，實驗學時為4學時)提高到48個學時(授課學時為40學時，實驗學時為8學時) ，增加了學時，對該門課程的學習提供了時間保證，對學習效果大有裨益。但是即便如此，學時也仍然不多，而且《微機繼電保護》的內容也涵蓋在本課程內，靠這40個學時要講清繼電保護的內容還是比較困難的。

應用型本科教育的目標是培養具有一定的理論基礎知識、具有較強實踐能力、具有解決工程實際問題能力的現場工程師。然而很多學生對繼電保護的基本理論知識尚不能很好掌握，就更談不上實踐能力。另外，現在工廠企業大量應用微機繼電保護，而大部分高校的教學內容主要還停留在傳統繼電保護原理的講解上面，常規保護內容固然重要，但如果只講常規保護，就會導致教學內容與工程實際需求脫節的現象，所以學生踏入社會后難以找到工作，而找到工作的同學，仍需投入時間和精力去學習繼電保護新技術。而學校課堂講述的常規保護所采用的各種保護裝置的原理和結構一般都較復雜，理解起來費時費力，最后工作中卻往往“沒多大用”[3]。這些問題的存在，對應用型本科高校培養學生的實操能力帶來不利影響。

2 電力系統繼電保護教學改革探析

改革的思路就是精簡授課內容，增加實驗的內容和學時,或增加課程設計等實踐性環節。

2.1 精簡教學內容，提高實踐環節比例

該門課程內容較多，但我校學時偏少，而學生的前期專業基礎往往較弱，所以需要精簡授課內容，去繁就簡，選取該課程的重點內容講解。結合近幾年的教學經驗，筆者認為可以從以下幾個內容方面去調整本課程授課內容。第一章緒論，重點介紹電力系統的正常狀態、不正常狀態、故障狀態，以及繼電保護的基本概念、作用、類型、 工作原理、要求等，從緒論開始激發起同學們的學習興趣，引導同學們對該門課程的重視。第二章電網的電流保護， 重點講解單側的相間三段式電流保護，本節也是后續距離保護的基礎，是重中之重，同時方向性電流保護原理，零序電流保護，單相接地保護也要重點講解，對其中的深入計算，動作方程推導，接線方式分析等繁瑣的內容可以適當刪減或略講。第三章電網距離保護，重點講解距離保護構成，阻抗繼電器動作特性，距離保護三段式的整定配合，振蕩閉鎖的概念、措施、過渡電阻的影響等，其他內容可以壓縮略講。 第四章縱聯保護，重點講解故障特征分析，方向式縱聯保護以及縱差保護原理，可以略講其中的兩側電流同步測量以及相關誤動作分析等內容。第五章自動重合閘，重點講解其作用及要求、原理等，對自適應重合閘等可以適當刪減。后面變壓器的縱差保護、后備保護、發電機的的主保護、母線縱聯差動保護等內容可以重點講解，其他內容可以適當刪減[4]。

在講完前述內容基礎上，可以增加微機保護的相關知識，目的是使學生了解當前企業的工作內容；增加電力系統二次回路知識，增加仿真軟件MATLAB在該課程教學上的應用內容，完善實驗教學內容，增強學生實踐動手能力。在我院電力系統綜合課程設計中適當加入繼電保護部分的設計，另外還可以通過企業見習、畢業實習、畢業設計等環節加入繼電保護的相關部分。讓繼電保護課程更貼近實際，讓學生感到學有所用，從而激發學生學習的積極性。

2.2 教學方法的改革

1)深入講解，及時復習，查漏補缺。以往教學為了趕進度，有些重點或難點內容只能快速帶過，導致學生聽不懂，而繼電保護課程的連貫性比較強，從而影響后續相關內容的理解，容易導致前后內容都不懂。在精選教學內容后，就可以將多出的課時再重新進行分配，深入講述重點難點內容，便于學生課下有較充足的時間復習和查缺補漏，只有本節內容掌握扎實后再進行下一節內容的學習，這樣學生才有收獲，學習才有信心。需要注意的是，精簡學習內容，是為了讓學生更好地理解掌握這門課程，學習要求并不降低，減負不意味著減壓。

2)依托多媒體教學，提高學習趣味性。目前，本專業大多數專業課程的課堂，老師在臺上賣力講課，口沫橫飛，而臺下鴉雀無聲，而相當一部分同學不是在聽課，而是在玩手機，或者搞別的小動作。而像繼電保護等課程，難度較大，比較枯燥，學生一旦聽不懂，就提不起精神，就會上課開小差。而此時可以充分利用多媒體圖文并茂、可視化的特點，在課程的教學中可以播放課程相關視頻、實物演示、繼電保護現場圖片視頻展示與播放、相關保護案例圖文講解等豐富教學內容，幫助學生理解課程中保護原理，提高其學習的趣味性。融合板書教學與多媒體教學方式、靈活設置討論、案例教學法以及項目化教學法等，提高學生學習興趣，變被動為主動。

2.3 實踐教學改革

電力系統繼電保護的理論性較強，但與生產實踐密切聯系，是一門理論與實踐并重的學科。只有將抽象的理論和實踐結合起來，才能更好地理解課堂上的理論知識，同時更好地指導實踐，體現該課程的價值[5]。結合我校實際情況可以從以下角度來考慮：

1)校內實驗室建設。學院目前建立了電力系統繼電保護實驗室，采購的是求是公司的EPL-II型電力系統繼電保護實驗裝置(包含繼電器、變壓器保護實驗組件、變壓器及單相可調電源(加過流保護))。目前可圍繞繼電保護各種繼電器的原理，以及電流保護、距離保護、自動重合閘、變壓器保護等類別做一些驗證性或設計性實驗，以加深對繼電保護理論的理解。目前可做的實驗有各種繼電器實驗，6～10kV 線路過流保護實驗、低電壓閉鎖過電流保護實驗、自動重合閘前加速保護實驗、自動重合閘后加速保護實驗、變壓器正常運行測量實驗、Y/Y-12雙繞組變壓器差動保護實驗、變壓器電流速斷實驗等。由于該課程課時有限，可以考慮將多個實驗的任務按課時分解，加大每節課實驗任務量，于是實驗原理接線的理解等工作量加大，需要課下多花時間進行預習。同時實驗過程中，盡量模擬實際生產情況，設置各種短路情形，觀察信號繼電器動作特點、斷路器跳閘情況并進行理論分析。從而加深對理論知識的理解。

2)校外實習基地開發建設。由于我校地處四線城市，與電氣專業對口企業相對較少，而與繼電保護行業相對應的企業則更少，我院教師通過不斷的走訪和調研，最終選擇三豐智能、網安科技公司等電氣企業，作為我院電氣專業實習見習的場所，并與之簽訂長期協議。去企業實習或見習，有利于學生加深對繼電保護原理的理解，也能讓學生覺得學有所用。同時鼓勵學院老師到企業參觀交流或者掛職鍛煉，深入一線了解企業所需，這樣又促進了老師反思教學，改革教學內容或方法，以提高教學內容的有效性，構成良性循環，積極推動電力系統繼電保護課程的改革與發展。而學生則可以通過在企業實習，熟悉企業的相關技術需求，從而利用剩余的在校時間針對性地學習相關知識，做好職業規劃。同時學生也可以在畢業設計中選擇理論聯系實際的繼電保護設計題目，這樣更能加大對繼電保護相關知識的學習欲望。

2.4 教學效果評價

筆者自2017年以來，在我院電氣工程專業連續講授電力系統繼電保護課程多年，經過這幾年的總結與摸索，采用上述教學方法后，學生的到課率增加，學習滿意程度也不斷提升，考試成績也穩步上升。課下時間經常有同學們在教室，或者來教師辦公室，請教問題，有些問題還較有深度，這也體現了同學對該門課程的重視程度逐漸提高。作為該課程的授課教師也可根據自己教學過程中積累的經驗，不斷提高教學水平，盡可能應用多種教學手段聯合教學，以期取得讓各類學生都能滿意的教學效果。

3 結語

電力系統繼電保護課程是我院電氣工程專業新版人才培養方案一門重要的專業核心課，但是由于涉及的專業基礎知識較多、綜合性較強等實際情況，難度偏大，使學生在學習時難以掌握理論知識，更難掌握實踐，難以實現應用型本科教育的目標。為了提高本門課程的教學質量，筆者從精簡教學內容，提高實踐環節比例，對教學方法進行適當改革等方面做了一些探索，最終目的是整合現有教學資源，提高繼電保護教學質量，進而更好地為培養人才服務。