电力工程综合性实验教学改革研究与探索

韩美玉，王艳松，仉志华

(中国石油大学(华东)　信息与控制工程学院，　山东　青岛　266580)



电力工程综合性实验教学改革研究与探索

韩美玉，王艳松，仉志华

(中国石油大学(华东)信息与控制工程学院，山东青岛266580)

该文以电力工程课程中经典实验项目“电力线路过流保护实验”改革为例，将验证性实验调整为综合性设计实验，对实验内容进行优化分层设计，由学生自主选择设计方案，充分调动学生的学习积极性，有利于培养具有创新精神和工程实践能力等综合素质的应用型人才。

电力工程；实验教学改革；综合设计性实验；应用型人才培育

实践教学方法改革是推动实践教学改革和人才培养模式改革的关键。各高校要把加强实践教学方法改革作为专业建设的重要内容，重点推行基于问题、基于项目、基于案例的教学方法和学习方法，加强综合性实践科目设计和应用[1]。在新形势下，电气工程专业方向的人才培养有更高的要求：工程人才的培养需要“回归工程”，需要加强实践能力的培养。通过加强专业实验系统建设，加强学生的实践训练能力，以适应当前社会对电气工程专业方向人才培养的要求[2]。

近年来，国内开设电气工程专业的高校在实验教学改革方面开展了一系列卓有成效的探索，重点加强设计性、综合性、开放性实验课程建设，着力培养学生实践能力和创新精神[3]。例如，西安交通大学在电力系统大型综合实验教学模型设计与实践方面开展了大量工作[4]，华北电力大学在电力工程全过程虚拟仿真实验教学的道路上取得了突出成果[5]。

电力工程是电气工程专业学生的一门专业核心课，是学生后续学习电力系统分析、电力系统继电保护、微机保护等专业知识的基础[6]。该课程具有内容抽象、实践性强、内容多等特点，电力工程实验对于增加学生对电力供电现场的感性认识，加深学生对专业理论知识的理解具有重要的意义。该课程实验均为强电实验，中国石油大学(华东)自2008年开始加强了电力工程实验平台建设[7]。但传统的实验内容以验证性为主，通常由教师给定电路图，学生“照葫芦画瓢”完成实验，这不利于学生实践能力和创新精神的培养。

我校自2012年启动精品实验项目建设计划以来，着力构建以培养学生实践能力和创新能力为目标的实验教学体系，全面提升实验教学质量。以此为契机，本文对电力工程课程综合性实验教学改革进行了研究与探索。

1　实验内容改革的设计思想

我校传统的电力工程实验共6个学时，包含3个实验项目：常用继电器动作特性测试实验、输电线路三段式电流保护实验、重合闸继电器特性实验。3个实验项目均为验证性实验，学生只局限于了解实验平台的线路连接，对电力系统短路故障和继电保护之间的内在联系、过流保护和自动重合闸之间的配合缺乏认识和理解。实验过程中应付心理较明显，实验教学对理论教学的促进作用不明显。

本文采用理论研究和实证分析相结合的方式，对传统实验项目“电力线路过流保护实验”的实验内容进行了再设计，将“电力线路三段式电流保护实验”和“自动重合闸实验”两个验证性实验设置为一个综合设计性实验——“电力线路过流保护综合设计性实验”。模拟电力线路发生短路故障时，继电保护动作跳闸，重合闸装置动作重合等一系列过程。指导学生根据课堂学习理论，通过查阅继电保护设计规范、自行设计电力线路的过流保护方案，同时将过流保护和自动重合闸配合起来，构成重合闸前加速或后加速保护，使学生能够更系统、全面地掌握电力系统发生短路故障后，过流保护动作跳闸和自动重合闸装置动作合闸的配合过程。

重新设计后的实验项目涉及电力系统短路计算、线路过流保护的配置、继电保护整定计算、自动重合闸装置等专业知识，是对电力工程理论知识的深化与综合，属于综合设计型实验项目。本实验项目是对学生专业知识和实验操作能力的考查，如图1所示。

图1　实验知识考查范围示意图

通过该实验项目，提高学生对专业知识的综合运用能力，培养学生分析电力系统短路故障和设计继电保护方案的能力，锻炼学生理论联系实际的创新能力和工程实践能力。

2　实验课程实施的改革思路

2.1实验内容的个性化设置

我校现有“EPL-II型电力系统继电特性与继电保护实验装置”10台，可分别从电力线路与电力线路、电力线路与变压器、电力线路与高压电机3个方面设置不同的电力线路网络结构，线路电压等级与线路长度均可灵活设置。实验前，可给同一课堂不同学生设置个性化实验内容，有效规避学生照搬抄袭现象的发生。其中一种较为简单的实验电力线路网络结构如图2所示。

图2　电力线路网络结构实例

2.2实验过程的综合设计性实施理念

以图2所示实验内容为例，在实验操作前，学生熟悉实验台模拟输电线路部分，学会系统运行方式设置、故障线路设置、故障类型设置、故障点设置，通过设置故障线路和故障点，采集f1、f2、f3、f4共4点发生短路故障时的短路电流，用于后续整定计算。

指导学生按照理论学习内容，设计过流保护方案并进行整定计算，给出各个电流继电器的整定电流及线圈连接方式，并设计过流保护和自动重合闸的配合方式，给出电力线路过流保护方案。

2.3教学方法注重研讨性、针对性

将实验教学分为两部分：课前设计方案指导和课间实验操作指导。学生根据实验设计题目和设计要求，通过课前预习和资料查询，设计电力线路的过流保护方案，并通过E-mail提交；老师对提交方案进行预审，对相对合理的方案，通过批注返回修改意见；对不合理的方案，预约指导时间，师生共同讨论，修改、完善实验方案。将实验设计方案的指导工作提前做好，保证学生实验的顺利进行。

2.4教学手段灵活扎实

学生进入实验室之前，通过多媒体课件了解实验室的设备仪器，使学生熟悉各种继电器的外形、结构和动作特性，以及电力系统故障和继电保护的动作过程。将Flash等现代多媒体教学手段融入传统的教学模式中，对实验场所进行相对扩展。运用QQ群等网络平台，实现学生网上讨论、教师网上答疑，将实验教学从课堂延伸到课外。通过网络平台也能发挥学生的主体作用，给学生提供讨论和分析问题的平台。当然，在实验教学中如何引导学生发现问题方面，教师的主导作用是不可或缺的，教师应在实验教学中引导学生从实验研究方法层面上把握进程，从而为学生提供发现问题的多种途径。

2.5考核方法立足激发学生活力

实验考核包括以下3个方面。

实验操作(30分)：学生依据设计方案，进行接线、调试，重点考查学生排除接线故障及查找问题的能力。

通过以上考核方法，引导学生理论学习与实践应用相结合，加强学习交流，在研讨与辩证思考中提高学习质量。

3　结束语

实验不仅是理论知识的验证手段，同样是获取新知识，提高实践能力、创新能力的有效途径[8]。本文在电力工程课程综合性实验改革的研究探索中，坚持以下3方面原则。

首先，实验内容覆盖了电力工程课程的基本知识。实验内容包括电力系统短路计算、线路过流保护的配置、继电保护整定计算、自动重合闸装置等专业知识，为学生进一步深入开展电气工程课程学习奠定了良好基础。

其次，实验方法的设计遵循学习基本规律。该实验在进行综合性、设计性改革的同时，保留基础的验证性实验，在追求研究性的同时兼顾基础性。广大学生在完成实验的过程中，首先对抽象的理论知识形成实践性的直观认识，然后在理论研究的基础上进行实践验证，很好地遵循了由浅入深、深入浅出的基本规律[9]。

最后，教学手段牢抓学生学习主动性。个性化题目给定、一对一方案指导、开放性研究讨论和丰富的多媒体教学资源为激发学生学习动力、拓展学生实践能力、培养学生创新思维提供了有利条件。

近两年来的实践表明，尽管学生在电力工程实验中投入的时间比以往更多，但学生学习热情明显高涨。通过对实验过程的观察与考核发现，学生对电力工程理论知识的理解更加透彻，在后续课程的学习中，有了良好的理论与实践基础。同时，学生专业知识的表达能力和团队协同研究能力得到了较大提升。

[1]教育部，财政部，中宣部，等.教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见[Z].教思政[2012]1号文件.

[2]温步瀛.电力工程综合实验系统的建设与实践研究[J] .中国电力教育，2012(9)：73-74.

[3]张凤鸽，杨德先，尹项根，等.《电力系统综合实验》课程改革与实践[C]//第六届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集(下册).[出版地址不详]：[出版者不详]，2009：846-849.

[4]董继民.电力系统综合实验教学模式研究与实践[J].高校实验室工作研究，2010(3)：8-9，61.

[5]翟永杰，纪蓬勃，王秀梅，等.电力工程全过程虚拟仿真实验教学中心建设[J].实验技术与管理，2014，31(8)：5-8.

[6]王艳松.电力工程[M].山东青岛：中国石油大学出版社，2012：1-25.

[7]仉志华，康忠健，王艳松.电力系统线路保护综合实验平台的开发[J].实验室研究与探索，2009(5)：46-48.

[8]王立欣，王明彦，康玲.面向工程创新人才培养的电气工程专业建设与实践[J].中国大学教学，2011(5)：32-33.

[9]葛利玲，梁淑华，蒋百灵，等.综合性实验设计与运行机制的探索[J].实验科学与技术，2009，7(6)：70-72，83.

Research and Exploration of Comprehensive Experiment Teaching Reform of Power Engineering Course

HAN Meiyu，WANG Yansong，ZHANG Zhihua

(CollegeofInformationandControlEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266580，China)

Inthispaper，wetaketheover-currentprotectionexperimentreformofpowerlinesasanexample，adjusttheverificationexperimenttocomprehensivedesignexperiment，optimizethehierarchicaldesignoftheexperimentandguidethestudentstochoosethedesignplansindependently.Thisreformcanmotivatestudents’enthusiasmandcultivateappliedtalentswithpracticalcapacityandinnovativespirit.

powerengineering；experimentteachingreform；comprehensivedesignexperiments；trainingofappliedtalents

2014-06-29；修改日期: 2014-08-19

中国石油大学(华东)精品实验项目建设资助项目(JS201308)。

韩美玉(1985-)，女，硕士，实验师，主要从事电气工程研究与实验教学工作。

G642.0

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.050