高校微機繼電保護實驗教學改革探討

摘要：隨著微機繼電保護技術在我國電力系統中應用越來越廣泛，高校繼電保護實驗教學也與時俱進。結合目前三峽大學的實踐教學狀況，從改變實驗教師的思想觀念入手，對微機繼電保護綜合實驗教學內容進行重新的選擇和序化，闡述了模塊化教學、過程考核和結果考核相結合的課程改革內容，并總結出了具體的實施步驟和做法。

關鍵詞：微機繼電保護；實踐教學 ；改革；實驗教學

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）30-0069-02

目前，我國的繼電保護技術已經進入了微機繼電保護的時代，無論是輸電線路的保護還是站內主設備保護都有一系列成套實用的微機保護裝置，新建的變電站也均采用了以微機保護為核心的變電站綜合自動化設備與技術。[1]因此，為了適應繼電保護技術的這種發展趨勢，三峽大學加強繼電保護實驗平臺的建設，引進了由南瑞繼保電氣公司生產的包括發電機保護、主變壓器保護、母線保護、高壓輸電線路保護、配電網保護的全套微機繼電保護測控裝置。

本文以配電網保護測控裝置和由武漢豪邁自動化有限公司生產的繼電保護測試系統為基礎，以進一步提高實驗課的教學質量為目的，結合長期在實驗教學工作中的經驗，從改變實驗教師思想觀念、優化實驗教學內容、豐富實驗教學方法、改革實驗成績考核等四個方面就微機繼電保護綜合實驗的教學改革進行了探討，旨在培養適應社會發展的高素質的具有創新能力和實踐應用能力的專業人才。

一、實驗教師觀念的轉變

隨著高校實驗教學改革的深入發展，“重理論，輕實驗”的傳統思想已經有了很大的改變。隨著三峽大學電氣與新能源學院將原來的實驗教學中心分管到各個系，這就意味著，一直從事實驗教學工作的人員身份從“從屬、教輔”的定位提升到了教師的高度，實驗老師自身應轉變觀念，堅信實驗教學在培養學生實際動手能力和知識應用能力方面起著很重要的作用。[2]

隨著三峽大學實驗教學經費投入逐年增加，實驗設備不斷更新，實驗教師更應意識到現有的教學思路顯然已經不能適應實驗室的建設和發展的需要。[3]這就要求實驗教師不可固步自封，不僅要改變“年復一年重復著同樣的實驗教學內容”的現狀，而且要深入工業現場，采集具有代表性的生產實踐問題作為教學案例，使實踐教學和工業現場相結合，改革教學內容，提高自身教學水平。

二、優化實驗教學內容

傳統的實驗教學內容設置脫離實際，忽視了對學生將理論知識和工程實踐操作融會貫通能力的培養，造成了學生實際應用能力和創新能力偏低。[4]實驗教學內容的改革應適應社會發展的需要，符合學生的認知水平，應以培養學生的創新能力和實際應用能力為目的。改革主要措施包括以下幾個部分：

微機繼電保護實驗教學和傳統的實驗教學模式相比，打破了單獨一門實驗課的界限，實現了一體化實驗教學，涉及多門專業課程理論知識的應用。這就要求實驗教師必須編寫預習大綱，其內容包括和微機繼電保護綜合實驗相關的背景知識、實驗所用設備的性能和操作方法，并要求學生提前預習、熟練掌握。

傳統的實驗教學課堂知識和實踐應用嚴重脫節，教學內容設置除了常規的實驗內容、試驗接線以外，還應包括保護裝置測試技術、工程圖紙的閱讀技巧、安全操作知識等內容。其中，微機繼電保護的測試技術是教學過程中的重點和難點。三峽大學引進的微機保護測控裝置是集保護、遙測、遙控、遙信等功能為一體，同時還增加了時間同步和輔助計算等功能，這就為教學的繼電保護測試帶來了很多新的內容。以前針對傳統繼電保護的教學測試內容已經完全不適應現狀，這必然也就增加了教師講解指導和學生學習掌握的難度。因此，教師可以設計難度等級不同的實驗項目，包括必做實驗和選作實驗，根據學生對實驗內容的掌握程度來合理選擇。

三、豐富實踐教學方法

實踐教學是高校人才培養中不可或缺的一部分，尤其是綜合性實驗課程，不僅是對所學專業課程知識的補充和延伸，同時又可將理論知識指導實踐活動。這就要求實驗教師不僅教學方法要靈活多變，引導學生完成相應的實驗內容，而且還要培養學生嚴謹的科研精神以及務實高效的工程思維模式。以前的教學手段缺乏創新和連貫性，只是對書本理論知識的簡單驗證，不能滿足電力行業對專業技術人才的需求。因此，按照微機繼電保護綜合實驗的教學過程特色和教學單元設置，將實驗教學分解為三個環節：認知實驗環節、電氣工程圖紙認讀環節、設計實驗環節。不同的實驗環節采取不同的教學手段，最大限度地挖掘學生自我認知能力和創新能力。

1.認知實驗環節

認知實驗環節是保護裝置整組調試試驗之前需完成的，主要為了讓學生了解微機保護屏的硬件構成、設計思想及主要保護測控裝置的功能和原理，熟悉繼電保護測試儀的測試技巧。

對于保護測控裝置功能和原理可以采用“逆序-引導”的講解模式，不是簡單地照本宣科介紹實驗目的、實驗原理、實驗步驟，而是在進行一個具體的實驗之前首先說明本實驗需要達到的目的、解決的問題，進而引導學生回憶學過的理論知識，尋找能夠解決該問題的技術途徑，最終聯接到本實驗計劃采用的實驗方法和實驗原理。[5]也可通過提問的形式歸納完成該實驗需要的實驗步驟。這種授課模式對提高學生的學習興趣、激發學生對實驗課的積極性能起到很好的作用。

以方向閉鎖過流保護功能調試實驗為例。首先，通過提問的方式讓學生回憶以前學過的關于功率方向繼電器的知識，從而引導學生聯想到用畫向量圖的方法，找到A相、B相、C相的理論動作邊界區；然后，再通過繼電保護測試儀上通用實驗模塊中的“交流實驗”菜單對計算出來的動作邊界進行驗證。通過這種方法，學生不僅對以前課堂上所講述的專業知識和內容進行了回顧，而且對繼電保護測試儀的操作也有一定的了解。這部分實驗內容相對比較簡單，故能提高學生的實驗積極性，為后面進行設計型實驗做好鋪墊。

2.電氣工程圖紙認讀實驗環節

繼電保護綜合實驗是面向電氣工程及自動化專業方向的四年級學生，是在學習了電力系統繼電保護、發電廠及電氣主系統、微機保護等專業課程及做過繼電保護元件實驗后進行的綜合實驗。此時，學生對單個繼電保護的調試和常用儀器儀表的使用已具備一定基礎，但對保護裝置與一次設備以及控制、信號、直流系統的鏈接仍缺乏全面了解，對工程圖紙，特別是二次回路圖紙接觸很少，更沒有接受過應用圖紙進行保護裝置的安裝、調試及事故處理能力的訓練。電氣工程圖紙認讀環節關鍵在于“讀”，但“怎么讀”更為重要。以前的教學方式“以教師為中心”，學生跟著老師的思路讀圖，整個過程沿用灌輸式的教學模式，學生缺乏學習熱情，這種教學方法很大程度上限制了學生的求知欲。[6-7]針對這些問題，教師可采用“先引導后提問”的教學模式。首先跟學生講述電氣工程圖紙的閱讀方法、技巧、要點及注意事項；然后，老師可以結合保護裝置的圖紙提一些問題，學生通過查閱資料和研究討論等方法來解決問題，或者讓學生進行角色扮演，比如“作為變電站二次設備檢修和調試人員”進行查線，其目的在于學生能很好地掌握圖紙的閱讀方法以及圖紙所包涵的信息和設備之間的連接關系。和傳統的灌輸型的教學方法相比，這種模式不僅大大提高了學生的學習興趣，而且也培養了學生嚴謹的工作態度。

3.設計實驗環節

設計實驗環節是微機繼電保護實驗課程的重要部分，要求學生在完成前兩步的基礎上獨立完成該部分內容。實驗的目的在于培養學生的創新能力、團隊合作能力、溝通能力。在這個環節，學生根據綜合實驗題目的任務和要求，在有限的實驗時間內發揮集體的創造潛能，獨立設計完整的實驗方案并進行實施，得到正確的實驗結果。實驗老師在整個實驗過程只是起咨詢、輔導、保證實驗質量的作用。例如，對于輸電線路的三相一次重合閘保護功能的調試，首先要求學生互相討論確定重合閘的方式和具體的實驗操作步驟；然后，再對照電氣工程圖紙和裝置說明書進行接線；最后，通過查找資料確定擬采用的測試軟件及其相關參數的設置。實驗操作步驟和測試方法經老師審查合格后，學生按照自己的操作步驟進行實驗內容，記錄實驗數據或者實驗現象。如果在實驗過程中遇到什么問題，可積極地進行分析討論，最終在規定的實驗時間里完成整個實驗項目。學生在實驗課程結束后要對實驗結果進行分析和整理，并按照實驗要求撰寫實驗報告。整個實驗過程完全模擬實際工程實踐中的工作流程，鍛煉學生的工程實踐能力，同時提高了學生的學習自覺性及自主探索新知識的能力。

四、實驗成績考核多元化

制訂規范、科學的實驗能力考核細則和要求、完善實驗考核方式，是克服目前普遍認為實驗教學效率不高現狀的重要手段之一。[8]

目前，三峽大學綜合實驗課程的考核方式是獨立計算學分制。實驗課程成績中平時成績和實驗報告的成績比例分別是30%和70%。這樣的考核方法使學生就盯在實驗報告上，很多學生都是課后抄別人的實驗報告，上課時跟著其他學生“濫竽充數”。筆者看來，既然是實驗課程，其考核方式應該可以多元化，從多個角度全面考查學生對實驗內容和實驗技能的掌握程度，除了考核學生的實驗報告質量以外，還要考查學生在整個實驗過程中靈活使用實驗工具和解決分析問題的能力。同時，還可以進行一些課堂測驗，隨時追蹤學生的實驗進程，了解每個學生的學習情況，因材施教，讓那些“差”學生也能感受到實驗的樂趣。

五、小結

本文根據三峽大學采用的微機繼電保護測控裝置，結合微機繼電保護實驗課程涉及理論知識龐雜的特點，以提高學生的動手能力和創新能力為目的，討論了微機繼電保護綜合實驗課程的教學改革思路、教學內容、教學手段，并提出了一些對實驗考核的建議。經過一年多的實施，學生學得更充實，教師教得更順暢，實驗教學質量明顯提升。

參考文獻：

[1]張志梅，劉玉東，焦彥軍.電力系統繼電保護實驗教學系統的研究[J].電氣應用，2006，25（7）：62-64.

[2]蘇蕾.淺談高校實驗教學中和諧師生關系的構建[J].實驗室研究與探索，2013，32（6）：445-447.

[3]陳文倩，宋軍，站永佳.高校實驗技術隊伍建設的探索和研究[J].實驗技術與管理，2013，30（3）：190-192.

[4]劉會利.淺析電氣工程專業實驗教學[J].職業，2012，（35）.

[5]紀遠景，楊慶，沈中華，等.信息光學實驗課程教學模式探索[J].實驗科學與技術，2011，9（1）：80-82.

[6]王松廷.發電專業“工程圖閱讀實訓”教學的思考[J].中國電力教育，2009，（10）：138-139.

[7]崔海文，劉偉.“電氣工程圖讀圖實訓”課程開發實踐[J].中國電力教育，2009，（6）.

[8]江濤.高校實驗課程教學過程的研究和討論[J].人力資源管理，2011，（12）：185-186.

[9]李秀琴，李華.微機繼電保護實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2008，27（4）：108-110.

（責任編輯：王祝萍）