应用型本科高校电力系统继电保护教学的研究

黄贞辉，涂 建，詹习生，高红亮，杨锦园，万里光

(湖北师范大学 电气与自动化学院，湖北 黄石 435002)

0 引言

当前，我国正处于经济转型时期，而工业作为实体经济的基石，也需要进行结构的升级、布局的优化。而工业的结构调整，需要大量应用型人才[1]，于是应用型本科教育也就由此产生。早在2016年教育部、国家发改委、财政部印发了《关于引导部分地方本科高校向应用型转变的指导意见》，我校积极响应，成为应用型本科高校首批试点，随后我校又采取了本科人才培养方案的修订等多种举措，尽快转变我校应用型本科教育的知识体系[2]。基于此，本文以《电力系统继电保护》为例并对我校传统的教学、考核方式进行探讨，研究改革方案。

1 电力系统继电保护课程的教学背景与现状

《电力系统继电保护》是一门难度较大、综合性与实践性强、理论要求较高的电气类专业核心课程(甚至有同学将其视为电气专业的“四大天书”之一)。该门课程内容主要涉及《电路分析》《数字电子技术》《模拟电子技术》《电机学》《工厂供电》《电力系统分析》《发电厂电气设备》以及《高等数学》等多门课程，加上电力系统继电保护的类别较多，而且每种保护的逻辑性较强，理解起来不是很容易。而部分学生专业基础知识往往不扎实，对继电保护简单的理论尚能理解，但是对难度稍微大的内容，比如零序分量保护，距离保护中系统振荡闭锁，输电线纵联差动保护，变压器纵差保护等，以及相关计算比较吃力，导致不少学生在学习该门课程时，在课堂上听不懂，课后自己看书，又难以理解，时间一长，学生对该门课程就没有了兴趣，学习起来比较困难。

前两年，我院新修订了本科人才培养方案，将继电保护的课程地位由专业选修课程提高为专业核心课程，课程的学时由32个学时(授课学时为28学时，实验学时为4学时)提高到48个学时(授课学时为40学时，实验学时为8学时) ，增加了学时，对该门课程的学习提供了时间保证，对学习效果大有裨益。但是即便如此，学时也仍然不多，而且《微机继电保护》的内容也涵盖在本课程内，靠这40个学时要讲清继电保护的内容还是比较困难的。

应用型本科教育的目标是培养具有一定的理论基础知识、具有较强实践能力、具有解决工程实际问题能力的现场工程师。然而很多学生对继电保护的基本理论知识尚不能很好掌握，就更谈不上实践能力。另外，现在工厂企业大量应用微机继电保护，而大部分高校的教学内容主要还停留在传统继电保护原理的讲解上面，常规保护内容固然重要，但如果只讲常规保护，就会导致教学内容与工程实际需求脱节的现象，所以学生踏入社会后难以找到工作，而找到工作的同学，仍需投入时间和精力去学习继电保护新技术。而学校课堂讲述的常规保护所采用的各种保护装置的原理和结构一般都较复杂，理解起来费时费力，最后工作中却往往“没多大用”[3]。这些问题的存在，对应用型本科高校培养学生的实操能力带来不利影响。

2 电力系统继电保护教学改革探析

改革的思路就是精简授课内容，增加实验的内容和学时,或增加课程设计等实践性环节。

2.1 精简教学内容，提高实践环节比例

该门课程内容较多，但我校学时偏少，而学生的前期专业基础往往较弱，所以需要精简授课内容，去繁就简，选取该课程的重点内容讲解。结合近几年的教学经验，笔者认为可以从以下几个内容方面去调整本课程授课内容。第一章绪论，重点介绍电力系统的正常状态、不正常状态、故障状态，以及继电保护的基本概念、作用、类型、 工作原理、要求等，从绪论开始激发起同学们的学习兴趣，引导同学们对该门课程的重视。第二章电网的电流保护， 重点讲解单侧的相间三段式电流保护，本节也是后续距离保护的基础，是重中之重，同时方向性电流保护原理，零序电流保护，单相接地保护也要重点讲解，对其中的深入计算，动作方程推导，接线方式分析等繁琐的内容可以适当删减或略讲。第三章电网距离保护，重点讲解距离保护构成，阻抗继电器动作特性，距离保护三段式的整定配合，振荡闭锁的概念、措施、过渡电阻的影响等，其他内容可以压缩略讲。 第四章纵联保护，重点讲解故障特征分析，方向式纵联保护以及纵差保护原理，可以略讲其中的两侧电流同步测量以及相关误动作分析等内容。第五章自动重合闸，重点讲解其作用及要求、原理等，对自适应重合闸等可以适当删减。后面变压器的纵差保护、后备保护、发电机的的主保护、母线纵联差动保护等内容可以重点讲解，其他内容可以适当删减[4]。

在讲完前述内容基础上，可以增加微机保护的相关知识，目的是使学生了解当前企业的工作内容；增加电力系统二次回路知识，增加仿真软件MATLAB在该课程教学上的应用内容，完善实验教学内容，增强学生实践动手能力。在我院电力系统综合课程设计中适当加入继电保护部分的设计，另外还可以通过企业见习、毕业实习、毕业设计等环节加入继电保护的相关部分。让继电保护课程更贴近实际，让学生感到学有所用，从而激发学生学习的积极性。

2.2 教学方法的改革

1)深入讲解，及时复习，查漏补缺。以往教学为了赶进度，有些重点或难点内容只能快速带过，导致学生听不懂，而继电保护课程的连贯性比较强，从而影响后续相关内容的理解，容易导致前后内容都不懂。在精选教学内容后，就可以将多出的课时再重新进行分配，深入讲述重点难点内容，便于学生课下有较充足的时间复习和查缺补漏，只有本节内容掌握扎实后再进行下一节内容的学习，这样学生才有收获，学习才有信心。需要注意的是，精简学习内容，是为了让学生更好地理解掌握这门课程，学习要求并不降低，减负不意味着减压。

2)依托多媒体教学，提高学习趣味性。目前，本专业大多数专业课程的课堂，老师在台上卖力讲课，口沫横飞，而台下鸦雀无声，而相当一部分同学不是在听课，而是在玩手机，或者搞别的小动作。而像继电保护等课程，难度较大，比较枯燥，学生一旦听不懂，就提不起精神，就会上课开小差。而此时可以充分利用多媒体图文并茂、可视化的特点，在课程的教学中可以播放课程相关视频、实物演示、继电保护现场图片视频展示与播放、相关保护案例图文讲解等丰富教学内容，帮助学生理解课程中保护原理，提高其学习的趣味性。融合板书教学与多媒体教学方式、灵活设置讨论、案例教学法以及项目化教学法等，提高学生学习兴趣，变被动为主动。

2.3 实践教学改革

电力系统继电保护的理论性较强，但与生产实践密切联系，是一门理论与实践并重的学科。只有将抽象的理论和实践结合起来，才能更好地理解课堂上的理论知识，同时更好地指导实践，体现该课程的价值[5]。结合我校实际情况可以从以下角度来考虑：

1)校内实验室建设。学院目前建立了电力系统继电保护实验室，采购的是求是公司的EPL-II型电力系统继电保护实验装置(包含继电器、变压器保护实验组件、变压器及单相可调电源(加过流保护))。目前可围绕继电保护各种继电器的原理，以及电流保护、距离保护、自动重合闸、变压器保护等类别做一些验证性或设计性实验，以加深对继电保护理论的理解。目前可做的实验有各种继电器实验，6～10kV 线路过流保护实验、低电压闭锁过电流保护实验、自动重合闸前加速保护实验、自动重合闸后加速保护实验、变压器正常运行测量实验、Y/Y-12双绕组变压器差动保护实验、变压器电流速断实验等。由于该课程课时有限，可以考虑将多个实验的任务按课时分解，加大每节课实验任务量，于是实验原理接线的理解等工作量加大，需要课下多花时间进行预习。同时实验过程中，尽量模拟实际生产情况，设置各种短路情形，观察信号继电器动作特点、断路器跳闸情况并进行理论分析。从而加深对理论知识的理解。

2)校外实习基地开发建设。由于我校地处四线城市，与电气专业对口企业相对较少，而与继电保护行业相对应的企业则更少，我院教师通过不断的走访和调研，最终选择三丰智能、网安科技公司等电气企业，作为我院电气专业实习见习的场所，并与之签订长期协议。去企业实习或见习，有利于学生加深对继电保护原理的理解，也能让学生觉得学有所用。同时鼓励学院老师到企业参观交流或者挂职锻炼，深入一线了解企业所需，这样又促进了老师反思教学，改革教学内容或方法，以提高教学内容的有效性，构成良性循环，积极推动电力系统继电保护课程的改革与发展。而学生则可以通过在企业实习，熟悉企业的相关技术需求，从而利用剩余的在校时间针对性地学习相关知识，做好职业规划。同时学生也可以在毕业设计中选择理论联系实际的继电保护设计题目，这样更能加大对继电保护相关知识的学习欲望。

2.4 教学效果评价

笔者自2017年以来，在我院电气工程专业连续讲授电力系统继电保护课程多年，经过这几年的总结与摸索，采用上述教学方法后，学生的到课率增加，学习满意程度也不断提升，考试成绩也稳步上升。课下时间经常有同学们在教室，或者来教师办公室，请教问题，有些问题还较有深度，这也体现了同学对该门课程的重视程度逐渐提高。作为该课程的授课教师也可根据自己教学过程中积累的经验，不断提高教学水平，尽可能应用多种教学手段联合教学，以期取得让各类学生都能满意的教学效果。

3 结语

电力系统继电保护课程是我院电气工程专业新版人才培养方案一门重要的专业核心课，但是由于涉及的专业基础知识较多、综合性较强等实际情况，难度偏大，使学生在学习时难以掌握理论知识，更难掌握实践，难以实现应用型本科教育的目标。为了提高本门课程的教学质量，笔者从精简教学内容，提高实践环节比例，对教学方法进行适当改革等方面做了一些探索，最终目的是整合现有教学资源，提高继电保护教学质量，进而更好地为培养人才服务。