应用型本科高校电力系统继电保护实验教学的研究

朱 珠

（铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

随着我国社会经济的高速发展，高等教育在办学形式上也呈现出多样化。与传统的普通院校不同，应用型本科高校更加重视学生的应用和实践能力，旨在培养出合格的一线应用型人才，以服务地方和区域的社会经济发展。由于安徽经济的飞速发展和能源、电力的紧缺，社会对电气工程专业的学生有较大的需求[1]。而对于电气工程专业的学生而言，应用和实践能力主要体现在对常用的电气一次和二次设备的安装、调试、运行和维护上。

为保障电力系统安全、可靠、稳定运行，电力系统继电保护(以下简称继电保护）技术的任务有两点：一是在电力系统出现故障时，能自动、迅速、有选择性的切除故障，使非故障部分快速恢复供电。二是在电力系统出现不正常运行状态时，能动作于发出报警信号。经过近一百年的发展，继电保护技术中各种类型保护的理论原理已基本形成，但保护的实现手段却不断的更新。

作为电气工程专业学生的一门重要的专业课，继电保护课程基于电机学、电力系统分析、电力工程基础等课程之上，涉及电力电子、通信、计算机等成为交叉学科。据统计，当下国内应用型本科高校一般开设50-60个学时的继电保护课程，其中近20%的学时属于实验环节。

目前，我国电力行业的继电保护技术已经全面进入微机保护时代[2]。微机保护的广泛使用，使保护性能得到提高，调试维护变得方便。但同时对电力工程师要求也有了很大提高，需要其在掌握继电保护基本原理的基础之上，还要熟知变电站自动化系统的各个环节，包括先进的设备本身，以及设备间的通信组网等。为培养出合格的电力工程师，应用型本科高校需要更加重视继电保护课程的实验环节。而现有的实验环节应用性不够、变电站综合一体化思想也缺乏，所以需要在原有的实验教学基础之上进行改进优化，具体措施如下。

一、加强识读电气图能力的训练

现有的继电保护实验大多属于验证性实验，基本依靠实验保护台完成。THLWX/B-1型号实验台模拟了简单的电力系统网络参数，并引出网络中各重要结点方便学生接线，同时配有传统型微机保护装置。实验时，学生首先按照课本中给出的公式，计算出实验中保护所需的整定值。然后对照实验原理图进行接线。最后向微机保护装置中输入整定值去校验保护的灵敏度并加以分析。

通过这样的实验过程，虽然可以加深学生对保护原理的理解，但是对其今后成为一名合格的电力工程师所需的能力培养却有不足。比如实验中，为了模拟不同类型的短路故障而动手操作的接线部分实际中并不需要。相反，继电保护如何作用于跳闸的过程却因装置本身动作时间极短而往往在实验教学中被忽略。为了解决这个问题，可以在实验中加入读图能力的训练。

作为一名合格的电力工程师，会识读电气图是其基本的能力。在实验中，可以让学生对照实物去阅读说明书中相应保护的原理接线图和展开图并给予讲解。为了训练他们的识图能力，可以给予学生试讲电气图的机会并试着让他们对照实物手绘电气图，从而做到举一反三。这样可以充分锻炼学生识读电气图的能力，为他们今后的工作打下良好的基础。当然除了改进现有的验证性实验外，还可以开发一些设计性和综合性的实验项目。

二、开发设计性和综合性实验项目

对于继电保护的设计性和综合性实验项目，课题方向较多，内容也较广。一般由指导老师提出实验的目的和实验的内容，并为学生提供相应的实验设备。然后可以直接给学生提供相关的资料，也可以鼓励学生通过广泛阅读去收集相关资料。学生通过阅读有关书籍和文献后，深入理解整个实验的理论基础和注意事项，并在此基础之上提出实验要求、条件、步骤等具体的方案。再与指导老师讨论后，确定最终的实验方案。然后学生在实验室里实践自己的方案，最终完成整个实验。最后，以书面的形式完整论述整个实验的过程。通过实践这样的设计性和综合性的实验项目，学生学习的积极性、主动性被充分调动；同时发现、分析、解决问题的逻辑思维能力被培养[3]；最后用语言简练准确的还原实验过程的能力也被训练。

比如针对110kV智能变电站实验室中DTI-806S型综合智能单元设计数据采集系统的测试、开入/开出系统的测试；针对WXH-813B/G型微机线路保护单元设计距离保护圆特性或多边形特性测试；针对WBH-815B/G2型变压器保护单元设计比例制动边界的搜索等等。在开展这些设计性和综合性实验时，所用的实验设备很多，值得一提的是继电保护测试仪。在目前工业现场中，它被广泛用于检测微机保护装置性能，调试现场整定值以及日后维护保护装置。为培养电气工程专业学生的实践能力，必然需要其对继电保护测试仪不陌生。

图2 通讯系统图（部分）

三、系统讲授先进的测试仪器

110kV智能变电站实验室是个综合的自动化系统，其中二次设备包括交换机对时柜，保护柜，智能采集柜，电源柜，无功补偿柜等等。有限的学时使教学过程没有办法做到面面俱到。而与继电保护技术密切相关的测试仪在实验教学中必须系统地进行讲授。目前实验室中所用的是继保之星6000系列的继电保护测试仪。它由软件和硬件组成。硬件部分本身类似于一个电力信号发生器，依据测试软件的要求，产生线路上各相的电压/电流波形，输出至所连接的继电保护装置相应端口[4]。与传统保护测试仪不同，继保之星输出的是光数字信号。其通过光以太网接口，发送符合IEC 61850协议（国家电网拟定的变电站内开放式通信系统标准协议，即IEC 61850标准协议）的数据帧到保护装置中，每一帧包含有电压/电流的采样信息。

软件平台由C++开发，运行在中文Windows XP上。软件平台运行后显示主界面，用户根据测试项目的需要选择对应的试验模块进行实验，见图1。

图1 测试主界面

在熟悉了继保测试仪硬件和软件后，实验中还要能将其准确的与对应的继电保护装置通过光纤连接起来。说到光纤，它将成为继电保护信号传递通道的主角。光纤通道具有可靠性高、传输容量大、衰减损耗低等优点，但在实验室操作时需要格外细心，因为光纤头是极易损坏的。其中体现的严谨细致也是应用型高校培养一名合格电力工程师所必须的。除上述三点之外，在变电站自动化大背景下去理解继电保护才能升华这门课的实验教学环节。

四、构建变电站综合一体化思想

110kV智能变电站实验室分层分布式实现智能电气设备间的信息共享和互相操作，见图2。

继电保护作为变电站系统内的中间环节需要上传信息给主控台，下达信息给断路器。可见在实验教学中，需要学生在掌握单一保护的基础之上，理解工业现场中各保护之间如何沟通，保护与上下级之间如何通讯等。电力工业中继电保护离不开通信，而这一思想在课堂教学中很少被提及。通过实验教学环节先帮助学生建立一个通讯系统的完整框架，再深入讲解局部的知识点，包括GOOSE网、SV网和IEC 61850标准等等。最终使学生构建变电站综合一体化思想，从而更快地适应今后的电力工作。

综上所述，继电保护课程的实验教学是课堂教学的补充和延伸，是电力工程实践的重要环节。而目前应用型本科高校的继电保护实验教学过程与人才培养模式存在一定的差异。为培养出合格的电力工程师，因此对实验教学环节提出了四个方面的改进措施，依次是加强识读电气图能力的训练，开发设计性和综合性实验项目，系统讲授先进的测试仪器以及构建变电站综合一体化思想，从而对增强学生工程实践能力起到一定的促进作用。

[1]梁振锋.电力系统继电保护原理课程教学改革研究[J].电力系统及其自动化学报,2007,(4).

[2]贺家李,宋从矩.高等学校教材 电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社,1994.

[3]刘美玲.医学生物化学实验教学改革的研究与实践[J].学园,2013,(17).

[4]王弘越.应用DSP与数字功率放大技术的继电保护测试仪系统设计[D].广州：中山大学硕士学位论文,2005.