电力系统继电保护课程教学改革与建议

宋冬冬，田树耀，马玉泉

(河北科技师范学院，河北秦皇岛，066004)

到2020年，我国将全面建成统一的坚强智能电网，国家电网公司总经理刘振亚表示，将分阶段推进坚强智能电网发展。今后我国电力行业将从通信、量测、控制、调度、决策支持、设备等几大方面进行建设，逐步将我国的电网运行发展成为可自愈、安全、兼容、交互、协调、高效的智能网络。电力系统继电保护作为电网运行的必备环节，其领域的技术人才需要掌握相关的专业知识，从而实现电网的安全、可靠运行。电力系统继电保护课程，作为大多数高等院校工学门类下电气类专业的必修课程，也成为了继保行业工作人员的重要学习内容。

1 电力系统继电保护课程特点

电力系统继电保护这门课程，属于电气工程及其自动化专业以及其他强电类专业重要的专业必修或选修课程。按照本科培养方案的要求，一般非电力院校设置该课程教学学时数为36～40学时(不含实践教学);电力院校设置该课程教学学时数为48～120课时(含实践教学)。该课程主要讲述电力系统中各类继电保护装置构成、工作原理及其工作过程。课程的重要性主要体现在其授课内容与社会需求有着极为密切的联系，为了满足社会的需求，更好地服务于电力事业建设，必须要学好本门课程。作为在电网运行过程中的必需环节，理解继电保护装置主要的作用和用途是学好本门课程的关键［1］。该课程以电机学、电力工程基础、电力系统分析等前续课程为基础，内容较为抽象，不容易理解，所以要想学好本课程必须首先从概念上入手，通过阅读教材及相关资料的收集，方可理解和掌握本课程知识。

2 电力系统继电保护课程教学现状及问题

根据不同高等院校办学定位以及学科建设发展快慢等因素，电力系统继电保护课程的教学大纲不尽相同，部分院校在课堂教学之外，安排了实践教学以及课程设计教学等环节。但是，另有一些院校由于实验和实训条件限制，无法开设相应的实践教学内容课程［2］。结合本门课程当前现行的教学内容及方式，发现有如下几点问题:

2.1 开课时间安排不合理，学生旷课缺勤现象普遍

在高校本、专科的课程安排体系中，按照培养方案的要求，一般将公共课和公共基础课安排在第1～3学期，专业基础课和专业课则安排在第4～7学期或4～5学期，第6学期或第8学期一般为毕业设计时间。继电保护课程作为专业课程，一般高校电气专业都是安排在了第7学期开此门课程，即每年的9月份至1月份期间上课。笔者发现，在这个时间段开课会有很多影响课堂教学效果和质量的因素，比如，很多四年级同学在这个时间段要准备明年年初的研究生入学考试，考研复习会占用他们很多的时间，包括日常的上课，最终导致的结果是该学期的很多课程，学生出勤率较低，这样一来，原本很重要的专业知识，就无法真实有效地传授给即将踏上工作岗位的学生。

2.2 课堂教学方式单一，学生积极性受挫

继电保护课程在内容上以较为抽象的理论为主，同时包括一定的计算内容，如:最大、最小运行方式下短路电流的计算、三段式电流保护的整定与校验等。以往的教学模式就是利用板书和多媒体PPT的文字材料进行讲学，尤其当讲到整定计算相关内容的时候，大量的公式打在投影上，显得有些枯燥，无法激起学生的积极性，也不利于课程内容的理解。长此以往，学生对课程理解的连续性就被打乱，慢慢地失去了学习的兴趣［3］。

2.3 实践教学内容不够，学生动手能力欠缺

作为强电类专业课程，除了课堂理论教学以外，应当配合开设一定学时的实践教学环节。但是开设强电类课程实践教学的难度要比弱电类课程开设实践教学的难度大一些。一方面，弱电类课程在实践教学过程中，可以有效地保证学生及指导教师的人身安全，不会发生类似触电身亡的事故。比如单片机实验操作过程中，实验装置工作电压一般为直流电压5～12 V，可以有效保证实验过程的安全性。但是就强电类课程而言，一般实验台或电气设备工作电压要达到交流电压220 V，如果进行电流保护中短路电流的跳闸实验，瞬间的短路电流极高，一旦实验设备的保险系数不高的话，有可能引发人身意外伤害。另外，强电类课程实践教学所需的实验台和教学仪器相对比较昂贵，学校需要申请实践教学经费去购置，从某种角度而言也制约了实践教学环节的顺利开设［4］。

2.4 课程设计环节不足，理论与实践脱节

专业课程的教学内容一般都与实际工作岗位需求紧密联系，作为日后走向工作岗位所必须掌握的内容，应该在课程进行过程中穿插课程设计环节。就目前而言，多数院校尚未开设与继电保护课程相关的课程设计环节，导致课堂上学到的理论知识无法得到实际的应用，造成理论与实践的脱节。只有将课堂讲授的理论运用在实际工程设计中，才能实现课堂与实践的有机结合，让学生们提前接触工作上涉及到的技术内容，为尽快适应社会打下良好基础。

2.5 教材内容滞后，课堂教学脱离当前实际

当前的科技发展日新月异，早先在继电保护设备中使用的传统电磁式、机械式继电器，其工作指标及参数在当下的超高压、特高压电网中已经不能满足可靠性、安全性等要求，取而代之的是运用微机保护，配合录波器等电力系统故障分析设备，共同为电网的正常运行服务。然而，当前各高等院校使用的配套教材基本上都是上世纪出版的传统教材，虽然编写的内容在继电保护理论性方面成为后续本专业教材的典范，但是当前使用的一些新颖的检测技术、检测算法却不曾涉及，学习新理论、新技术和新方法只能从其他资料中获取。

3 电力系统继电保护课程教学改革建议

3.1 合理调整开课时间，尽量避让考研与择业时间段

以某科技师范学院为例，该校电气工程及其自动化专业4年级学生，第7学期开学后先要进行电气专业课程实习，继电保护等专业课程的开课时间被排到了10月份以后，但是这个时间段学生的上课出勤率难以保证，一方面考研的同学都在忙于复习，另一方面，找工作的同学也开始忙于面试。所以合理的避让考研及找工作时间段是必要的。为了解决此问题，可以考虑将继电保护等专业课程的上课时间安排至第6学期，或者第7学期开学初。这样不仅可以分散考研同学的学习压力，而且在保证上课出勤率的前提下，也可以保证课程的教学质量。

3.2 改变课堂教学方式，引导学生主动学习

传统的以板书为主的教学方式在某些课程的讲授过程中，逐渐地失去了主导地位，利用多媒体设备将课件、图片、动画和视频等内容穿插到教学内容当中在提高教学效果和质量等方面，可以起到很好的作用。比如在进行3段式电流保护中短路电流与保护安装处距离故障点的距离之间的关系时，可以将两者的数学关系做成一个动画效果图，学生们可以轻而易举地看到两者之间的反比例数量关系;同样，在介绍距离保护中圆特性动作区域的时候也可以借助动画，完成区外非动作、区内动作的教学任务。同时，也可以播放一些相关的视频资料，让学生们亲眼目睹实际设备的外观以及工作状态，更有利于对知识的掌握。另外，适时地向学生们设问，也是引导和激发学生学习乐趣的方法。比如，在涉及到继电器返回系数的大小时，引导学生们思考该系数与灵敏度之间的关系是怎样的［5］。

3.3 增加实践教学内容，适当开设校外现场教学环节

专业课程的培养目标是要求学生能够掌握本专业涉及的理论知识，具有熟练的动手操作能力，能够将理论知识运用到实际的生产中。这就要求在培养过程中穿插学生动手的实践环节［6］。大多数非电力院校依据各自制订的培养方案，将本课程的实验学时数设置为6～8学时，实验主要包括元器件和线路两大块。为了便于学生们对继电器元件工作原理的理解，以传统的电磁型元件为主进行实验。例如，电流继电器、电压继电器、时间继电器、LG-Ⅱ整流型功率方向继电器以及整流阻抗继电器等。以如何测定动作值、返回值以及伏安特性等为主要实验内容。对于线路保护实验环节，可以3段式电流保护为核心内容，借助实验平台进行电流保护的整定、上下级动作时间配合关系等实验。以华中科技大学自己研发的WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验台为例，可以进行相应的电流保护、距离保护等实验，操作方便、使用安全、显示直观，可以使学生们很快理解继电保护的工作原理及特点。

在校内实验的基础上，可以有计划地安排与继电保护相关的校外实习和实训，由电力生产部门或相关行业的一线技工为学生们现场教学，这样更加形象化，一方面，将课堂上抽象的线路和元件保护理论，转化为现实运行中的画面，有利于知识的消化和吸收;另一方面，为马上面临就业的同学，提前进行了本行业知识的岗位培训，有利于日后工作的顺利开展［7］。

3.4 增加课程设计内容，使理论知识得到实际工程应用

课程设计是针对某门课程在完成固定的理论教学任务之后，衡量教学效果好与坏的阶段性总结。一方面，将刚刚学过的知识与实际的工程设计结合起来;另一方面，也是让学生们通过实际的动手过程，加深对课程的理解和掌握。作为继电保护课程，考虑到学时数等因素，有些院校还未开设课程设计内容，但是笔者认为，应该在课堂教学中利用1个学时进行课程设计的专堂学习，同时，再安排学生利用1周的课余时间进行具体的设计工作。在期末对设计进行评定，参考考试成绩与实验成绩，最终确定本门课程的总评成绩。这样的一套教学评价体系，可以保证学生们对继电保护理论的深入了解和掌握。

3.5 丰富课堂教学内容，紧跟生产实际

随着时代的发展，继电保护行业逐渐地涌入了大量高科技产品，凭借卓越的保护性能，以及低廉的维护成本，在电力系统继电保护领域赢得更多的席位。例如IT技术的引入使得继电保护集通信、控制、测量及保护于一体;人工神经网络技术的应用，有效解决了继电保护在非线性化方面存在的问题;广电互感器的引入解决了传统继电保护在电流互感器饱和方面所存在的问题;PLC技术的应用，替代了机械触点继电器［8］。在课堂教学中，老师们习惯于以传统的书本为依托，全篇幅地介绍书本上的内容，但是书本内容的更新换代周期很长，目前大多数高校使用的教材中，多数都是传统的经典教材，侧重于继电保护理论。然而，学习专业课程的目的，是为了更好地服务于日后的工作需要，如果不紧密结合当前生产实际情况，不了解新技术、新工艺现状和原理，就不能很好地满足社会需求。所以，在授课过程中，需要在原有理论知识的基础上，融入新技术和新工艺，这样不但扩充了知识内容，也完善了知识结构。

综上所述，在继电保护课程教学过程中，发现了以上提出的几个问题，有针对性地进行了分析和总结，认为目前该课程的教学过程还有很多需要改进和思考的地方，值得任课教师深思，下一步如何将专业课程与社会需求更好地紧密结合起来，有待于教育工作者更进一步地思考。

［1］ 杨兰，杨廷方.继电保护教学方法研究［J］.中国电力教育，2013(8):24，40.

［2］ 李文武，袁兆强.继电保护课程组教学改革探讨［J］.中国电力教育，2010(12):50-52.

［3］ 梁国艳.应用型本科院校继电保护教学改革的探索与思考［J］.中国电力教育，2010(10):67-68.

［4］ 梁志坚，李啸骢.继电保护课群的优化与改进［J］.中国电力教育，2008(13):114-115.

［5］ 梁国艳，张瑛，王丽君.继电保护专业课程教学改革实践［J］.中国电力教育，2008(10):112-113.

［6］ 刘青，李红梅.基于JiTT的电力系统继电保护课程教学的研究［J］.中国电力教育，2007(5):80-81.

［7］ 刘少海，乔占俊.“实验型”课程教学模式的研究［J］.实验室研究与探索，2007，26(5):90-92.

［8］ 迟正刚.系统论和信息论在电力系统继电保护教学中的应用［J］.中国电力教育，2007(1):92-94.

(责任编辑:石瑞珍)