《电力系统继电保护》课程学习需要具备《电路》《电力系统自动化》和《电机学》等专业基础,一般是在本科高年级时讲授。由于其理论性和实践性较强,一直以来都是学生们认为比较难学的课程之一。2000 年后,国内的继电保护技术取得了突飞猛进的发展。高压电网的继电保护、大型核电机组继电保护、大型抽水蓄能机组继电保护等均实现了国产化替代,并且衍生出很多保护新原理。而我们的继电保护教材内容基本上处于 20 多年前的技术水平,学生很难将课本中学到的专业知识跟当前工程现场使用的保护设备相匹配,不利于学以致用。
此外,教材中的一些过时的保护原理已在实际应用中被淘汰,这些情况都有必要让学生了解。因此,需要结合工程应用实践对教学内容进行优化,将继电保护的*新成果融入课程教学。
同时,电力系统继电保护是一门应用学科,要求理论和实践并重,需要研究如何完善教学实践手段,增加学习的趣味性,提高学生的实践能力。
容优化和实践能力提高两个方面探讨继电保护课程教学改革方案。教学内容优化知识体系改进纵观国内的继电保护教材,普遍存在线路保护部分内容偏重,其他设备保护内容过于简略的情况。以目前被国内高校广泛采用的国内电力行业“十四五”规划教材为例,其中线路保护的内容占了一半的篇幅,变压器保护、发电机保护和母线保护的内容明显偏少,一些关键保护原理未能讲透,甚至有一些重要的保护原理未涉及。例如发电机的误上电保护、过励磁保护等等。显然,完全按照教材来教学难以满足工程应用要求。基于此,课堂教学中要求教师在讲授时要结合工程应用情况,对该部分内容进行扩充。同时对线路保护部分的内容进行适当压缩,使教学内容的构成更加均衡。
对于已被淘汰的继电保护原理,例如间断角原理的励磁涌流判别方法、叠加交流电压的转子接地保护等,要基于以上分析,本文将从教学内从教材和教学内容中去除。对于引用国家或行业标准的内容,要关注其标准的修订情况,及时对引用内容进行调整,避免对学生形成误导。
贴近工程应用
继电保护经历了电磁型、感应型、晶体管型、集成电路型,再到微机型的几个发展阶段。微机型保护装置将保护功能高度集成,具有强大的计算和逻辑判断能力、丰富的通信接口能力,以及**的事件记录和故障录波功能。继电保护原理的讲解要按照微机保护的理念去介绍,不仅要介绍保护原理,还要介绍 IEC103、IEC61850等通信规约相关知识,便于学生**了解继电保护装置的各个环节,贴近工程实际应用。此外,为了加深学生对继电保护工作原理的理解,在课堂教学中要增加一些现场继电保护动作案例。教师需要带领学生一起根据现场保护动作报告和故障录波数据,进行故障发展过程和保护动作行为的分析,促进学生灵活运用所学的理论知识解决实际问题。
贴近工程应用还有很重要的一方面,需要教师们保持终身学习的态度,跟踪继电保护的*新进展,多与继电保护厂家和用户保持沟通交流,及时更新教学内容。例如近几年快速发展的基于 IEC61850 规范的智能变电站技术,教师在授课时就要讲清楚智能变电站和常规变电站的差异。
技术前沿拓展
近年来,5G 通信技术开始在继电保护上应用,光学互感器在继电保护上取得了良好的应用效果,直流输电的继电保护技术日趋成熟。这些新进展应在教学过程中体现出来,让学生及时了解我们国家在电力系统继电保护领域取得的新成绩,扩宽学生的专业视野,激发学生的学习热情。
实践能力培养
继电保护课程具有较强的实践性。通过构建继电保护开发基础平台和测试系统,可以为学生创造良好的开发和测试环境,提高学生的实践能力。
基础开发平台和测试系统构建
继电保护开发基础平台采用硬件、软件分层解耦设计的平台化设计理念,由继电保护装置硬件、嵌入式系统软件、应用软件、可视化开发工具组成,如图 1 所示。
硬件标准化、模块化、可扩展的同时,系统软件可支持硬件平台与应用软件的标准化接口,实现应用软件对底层硬件差异的屏蔽。学生只需要在基础平台上开发应用功能块,即可快速完成一台保护装置开发。
为验证学生所开发的保护功能模块的正确性,需要构建继电保护测试系统,如图 2 所示,测试验证系统由保护装置、继电保护测试仪、电脑和若干试验线构成。
调试电脑通过网线或 USB 线和继电保护测试仪相连接,用于控制继电保护测试仪输出所需的电压和电流。
利用专用调试工具可以读取保护装置内的相关电气量和事件记录,监控保护装置的动作行为。继电保护测试仪通过多根测试线与保护装置相连,用于向保护装置输入电压和电流,同时采集保护装置的动作接点,便于测试保护装置的动作时间。
应用功能开发实践
让学生自己动手进行保护功能开发,不仅使学生深入理解保护原理细节,也实现了学习和实践相互促进。
保护功能块基于 C 语言编程,通过开发实践,使学生熟悉了嵌入式装置的软硬件架构,也锻炼了学生 C 语言编程能力。
学生们采用图 2 所示继电保护测试系统对其开发的保护功能进行测试验证。通过测试环节的锻炼,不但掌握了继电保护测试仪的使用方法,也熟悉了相关继电保护技术规程。
现场参观教学
学习继电保护原理是为了更好地用好继电保护装置,要真正用好继电保护装置还需要了解现场运行规程,现场运行规程是多年运行经验和教训的总结。继电保护课程教学的末期,教师需要安排学生到发电厂或变电站现场参观学习,了解被保护对象、保护装置的运行环境,以及现场运行规程内容。此外,通过与现场技术人员的沟通交流,学生也能了解到工程现场的新需求,为将来从事继电保护科研工作指明方向。
结语
随着继电保护技术的快速发展,高校专业课程教学需要与时俱进,关注不同发展阶段的行业应用需求,及时更新教学内容和方法。为提升继电保护课程的实用性和学生的学习能动性,本文探讨了面向工程实践的《电力系统继电保护》课程教学改革方案。首先,从优化教学内容的角度 , 增加实际工程案例 , 使教学内容更贴近当前电力行业需求;其次,从实践能力培养的角度,构建继电保护开发基础平台,训练学生动手开发和测试保护功能模块的能力。通过教学内容和教学方法的双向改革,使继电保护课程教学更具实用性,并可有效调动学生的学习兴趣和动手能力。