继电保护课程教材教学内容改革与分析

2018-04-29黄景光叶元翁汉李振兴

高教学刊 2018年1期

黄景光叶元翁汉李振兴

摘要：文章通行分析继电保护教材及课程教学内容，提出继电保护课程教学内容改革的新思路，保证在继电保护相关技术不断进步、专业课学时压缩和专业知识、能力及素质要求不断提高的条件下，继电保护课程教学内容在强调基本原理、基本方法的基础上，既体现新原理、新技术，有效覆盖基本原理、基本方法，又能突出重点、强化理论教学联系工程实践，提高继电保护课程对工程专业素质教育的支撑。

关键词：继电保护；教学改革；素质教育；能力培养；工程实践

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）01-0079-03

Abstract： The paper analyzes the universal textbooks and course content of power system protective relaying， and proposes the new idea of power system protective relaying curriculum reformation. Under the conditions of development of relevant technology， cutting down of lesson period， and enhancing professional knowledge， ability， quality， the teaching content of protective relaying curriculum includes the new protective principle and technology， elementary knowledge and method， and emphasize key points and practical ability， and to prop up quality education of engineering.

Keywords： protective Relaying； curriculum Reformation； quality Education； ability Train； engineering Practice

一、概述

继电保护是电力系统二次系统的重要部分，是系统安全稳定运行的关键保证。继电保护装置原理逻辑严密、设备技术先进，包含信号处理、电子技术、计算机、网络通讯等领域最新技术水平。《电力系统继电保护》课程是电气工程及自动化专业的重要课程，具有理论水平高、实践性强、关联领域广、技术更新快的特点。电力系统的高速发展、技术的快速进步，电子式互感器、光纤保护、高性能计算机保护、数字式保护装置已经被广泛采用，很多新原理、新技术的电气设备和保护装置也得到应用和推广，同时，特高压技术、智能电网、广域保护、新能源、微电网等技术也不断涌现，对继电保护技术有了更高的要求，而继电保护课程教材及教学内容的更新却较为滞后，其改革已十分迫切[1-7]。

从现在通行的继电保护课程教材上看，主要包括：继电保护基础、电力系统继电保护原理、高压电网继电保护、元件保护和计算机继电保护等类型。在教学实践中，因教学学时的限制，实际执行的教学内容大体上涵盖电流电压保护、距离保护、纵联保护、重合闸、变压器、发电机、母线保护的原理、构成、动作特性分析，以及计算机保护的基础知识；实践环节主要有课程实验、课程设计、综合实验，主要是简单保护原理验证、基本整定计算、成套保护整组保护原理、逻辑的测试实验。在长期的教学实践中，学生的普遍反应是，继电保护课程专业性、综合性太强，内容多、难度大，不容易掌握和理解。但作为电力企业从业者必备的知识和能力，甚至是电网公司入职考试重要内容，继电保护课程之重要性不言而喻。为了提高教学效果、响应工程专业认证要求、更好地培养学生的专业素质和能力，现有的教材及教学内容、教学方法应该进行较大的修订和改革[1-10]。

二、摈弃落后保护装置技术内容

继电保护教学改革，首先是教材教学内容的改革，摈弃落后原理技术，引入先进原理技术方法。在现在各高校电气工程专业通行的教材及教学内容中，因历史沿袭，包含有很多讲解落后保护装置原理和硬件的章节，如电磁型、晶体管型的保护装置的原理、结构、动作与返回过程、动作特性分析，而实际电力系统中这些技术早已淘汰，教学内容与通行技术严重脱节，对加强教学质量、提高学生专业能力和综合素质非常不利。表1列举继电保护教材和课程教学中主要的落后内容，以及相应内容的新原理技术内容。

同时，还有一些因技术落后、可靠性低、正在大量淘汰的保护原理和技术，如高频载波原理保护，不仅原理落后、可靠性低，且结构复杂、通信设备多，已经不能适应现代电力系统运行要求，现在已大部分被光纤纵联保护取代，该部分内容在教材、教学中占据着大量篇幅；光纤纵联保护技术先进、结构简单、成本较低、数字通讯保密性好、可靠性高，光纤纵联保护从原理到应用技术，都蕴涵高可靠性的高科技，不仅广泛应用在超高压以上系统，也大量应用于高压及配网系统，大大提高了继电保护系统的可靠性。在课程教材、教学中应着重增加光纤保护内容，摈弃高频载波保护内容[11-19]。

三、以数字式继电保护技术为中心

继电保护教材及教学内容大部分仍然沿袭了传统保护装置的原理、结构、分析方法，其电气量的采集、传输、变换、逻辑、输入输出，都是模拟电气量，保护原理及分析也是模拟量的方法；现代计算机型继电保护装置，其基本结构是电压形成部分、数模变换部分、保护逻辑、逻辑I/O、人机界面部分，内部数据处理、计算、逻辑判断都是基于数字电气量，模块间连接采用总线形式，而智能保护系统中，各电气设备间的数据交换也采用了数字光纤通讯；通常的继电保护教材，继电保护原理和计算机型继电保护分为不同的书本或章节，在课程教学时，必然把这两部分分立隔离开来，学生容易混淆、難于接受消化，不利于后期的其他课程学习及实践教学开展，更不利于今后继续学习和工作，造成大学课程学习与电力行业生产技术的脱节。因此，应该大胆摈弃继电保护教材、教学中的一些不适用的传统保护原理、技术、方法，在教材和教学中，把保护原理与计算机型、智能型数字式保护有机结合起来，以数字式继电保护技术为中心，组织教材内容、课程教学、实验实习及毕业论文等各教学环节。在最新的工程专业认证指引中，结合工程应用、教学体现最新工程技术、培养学生解决复杂工程问题的能力都是重点评估的内容[14-17，20]。

四、引进应用广泛的保护原理和应用

我国的继电保护技术处于世界领先水平，大量新兴技术不断地应用在继电保护领域，如高性能处理器与芯片、现场总线、网络通讯技术等，在超高压、特高压交直流电网，甚至高压电网及配电网中，光纤纵联保护得到广泛应用；特别是智能变电站、智能继电保护技术，在继电保护系统原理、结构、逻辑等各方面与上一代计算机型继电保护有了极大的进步，更不要说传统保护装置了；智能变电站、智能继电保护技术已成为最近数年新建改建变电站的必选技术方案，而相关技术人才奇缺，在国内高校的电气工程专业教学中，鲜有开设相关课程的，既缺乏相关教材资料、教学实验设备，也缺乏教学队伍，电气工程专业毕业生也难以快速适应电网公司的人才需求，也不利于相关技术的推广应用、电网公司的运行维护工作开展。一些通行教材上讲述的保护原理、方法较为落后，已经淘汰或仅在低压系统应用，对于高电压、大容量电力系统，成套保护装置采用先进的高可靠性保护原理，这些最新原理、技术和方法应该引入继电保护教材和教学中，并建立相应的教学队伍、实验室，或联合电力企业部门，建立校企联合教师队伍和实验室、实验基地，推进电气工程专业教学内容的科技含量和实践水平。

五、加强实践和综合性教学环节

现代高等教学对于实践能力和综合素质的要求越来越高，电气工程专业方向的继电保护教学应体现最新的电力工业技术，在加强教材建设和课堂教学的同时，应特别强调实践教学和综合素质培养。由于继电保护技术在保护原理、系统及装置构成、数据处理和逻辑上，技术越来越先进和复杂，在各高校的相关实践教学中，应逐渐减少传统方法验证性实验，多开展相关内容的课程作业、综合实验、综合设计、实习实训等实践性环节，在内容上，应放弃旧的简单实验内容和实验设备，采用先进的商用继电保护装置和继电保护测试仪；放弃传统配合单一课程目標的实验，开展涵盖本学科多门课程、接近真实工程实践环境、培养学生在继电保护系统设计、整定计算、实验测试、数据分析等内容上的综合能力和专业素质，全面提升学生对本专业相关课程内容的认识和掌握水平，激发学生学习兴趣，为今后的学习、工作打下坚实基础。因此，实践环节的教材、设备、教学内容与方法的改进改革也是迫切和必须的。

我校在继电保护课程实践教学上，不断改革创新，相关的实践教学环节包括：课程实验、综合实验、课程作业、电力系统综合设计、电力系统仿真实习、智能保护专题实验、电力系统动模实验等内容，前5项实践环节是电气工程及其自动化专业学生的必选课程，后2项是部分学生的选修实践环节。其各环节教学内容有的是规定内容，有的是教师或学生自设内容，各教学环节间既体现学生知识和能力循序渐进的提高规律，也充分体现学生要求和能力的差异，以及设备功能的充分发挥和挖掘，既满足大部分学生的实践锻炼要求，又给部分学生充分的创新空间。在工程专业认证评估中，继电保护课程及实践教学得到了评估的普遍认可和好评。

六、结束语

继电保护是保证电力系统安全稳定运行的关键环节，继电保护原理复杂、技术先进、设备更新换代快，继电保护教材教学内容应体现电力工业技术的进步，并需不断改革改进教学条件、方法和手段，在专业教学课时大幅度减少的前提下，通过改进教学内容、加强综合实践教学和对接复杂工程环境，来强化学生电气工程专业能力和综合素质。

本文强调继电保护教学改革的重点是教材内容、教学条件、教学方法和教师队伍的改革和建设，摈弃过时技术内容、有机揉入消化最新保护原理技术，提升电气工程专业教学水平，满足相关领域人才需求，促进相关技术应用推广。

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