朱 珠

（銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高等教育在辦學(xué)形式上也呈現(xiàn)出多樣化。與傳統(tǒng)的普通院校不同，應(yīng)用型本科高校更加重視學(xué)生的應(yīng)用和實(shí)踐能力，旨在培養(yǎng)出合格的一線應(yīng)用型人才，以服務(wù)地方和區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于安徽經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和能源、電力的緊缺，社會(huì)對(duì)電氣工程專業(yè)的學(xué)生有較大的需求[1]。而對(duì)于電氣工程專業(yè)的學(xué)生而言，應(yīng)用和實(shí)踐能力主要體現(xiàn)在對(duì)常用的電氣一次和二次設(shè)備的安裝、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)上。

為保障電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)(以下簡(jiǎn)稱繼電保護(hù)）技術(shù)的任務(wù)有兩點(diǎn)：一是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)、迅速、有選擇性的切除故障，使非故障部分快速恢復(fù)供電。二是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能動(dòng)作于發(fā)出報(bào)警信號(hào)。經(jīng)過近一百年的發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)中各種類型保護(hù)的理論原理已基本形成，但保護(hù)的實(shí)現(xiàn)手段卻不斷的更新。

作為電氣工程專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)課，繼電保護(hù)課程基于電機(jī)學(xué)、電力系統(tǒng)分析、電力工程基礎(chǔ)等課程之上，涉及電力電子、通信、計(jì)算機(jī)等成為交叉學(xué)科。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)下國內(nèi)應(yīng)用型本科高校一般開設(shè)50-60個(gè)學(xué)時(shí)的繼電保護(hù)課程，其中近20%的學(xué)時(shí)屬于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

目前，我國電力行業(yè)的繼電保護(hù)技術(shù)已經(jīng)全面進(jìn)入微機(jī)保護(hù)時(shí)代[2]。微機(jī)保護(hù)的廣泛使用，使保護(hù)性能得到提高，調(diào)試維護(hù)變得方便。但同時(shí)對(duì)電力工程師要求也有了很大提高，需要其在掌握繼電保護(hù)基本原理的基礎(chǔ)之上，還要熟知變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括先進(jìn)的設(shè)備本身，以及設(shè)備間的通信組網(wǎng)等。為培養(yǎng)出合格的電力工程師，應(yīng)用型本科高校需要更加重視繼電保護(hù)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)應(yīng)用性不夠、變電站綜合一體化思想也缺乏，所以需要在原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，具體措施如下。

一、加強(qiáng)識(shí)讀電氣圖能力的訓(xùn)練

現(xiàn)有的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)大多屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，基本依靠實(shí)驗(yàn)保護(hù)臺(tái)完成。THLWX/B-1型號(hào)實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬了簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并引出網(wǎng)絡(luò)中各重要結(jié)點(diǎn)方便學(xué)生接線，同時(shí)配有傳統(tǒng)型微機(jī)保護(hù)裝置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生首先按照課本中給出的公式，計(jì)算出實(shí)驗(yàn)中保護(hù)所需的整定值。然后對(duì)照實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)行接線。最后向微機(jī)保護(hù)裝置中輸入整定值去校驗(yàn)保護(hù)的靈敏度并加以分析。

通過這樣的實(shí)驗(yàn)過程，雖然可以加深學(xué)生對(duì)保護(hù)原理的理解，但是對(duì)其今后成為一名合格的電力工程師所需的能力培養(yǎng)卻有不足。比如實(shí)驗(yàn)中，為了模擬不同類型的短路故障而動(dòng)手操作的接線部分實(shí)際中并不需要。相反，繼電保護(hù)如何作用于跳閘的過程卻因裝置本身動(dòng)作時(shí)間極短而往往在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中被忽略。為了解決這個(gè)問題，可以在實(shí)驗(yàn)中加入讀圖能力的訓(xùn)練。

作為一名合格的電力工程師，會(huì)識(shí)讀電氣圖是其基本的能力。在實(shí)驗(yàn)中，可以讓學(xué)生對(duì)照實(shí)物去閱讀說明書中相應(yīng)保護(hù)的原理接線圖和展開圖并給予講解。為了訓(xùn)練他們的識(shí)圖能力，可以給予學(xué)生試講電氣圖的機(jī)會(huì)并試著讓他們對(duì)照實(shí)物手繪電氣圖，從而做到舉一反三。這樣可以充分鍛煉學(xué)生識(shí)讀電氣圖的能力，為他們今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。當(dāng)然除了改進(jìn)現(xiàn)有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外，還可以開發(fā)一些設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

二、開發(fā)設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

對(duì)于繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，課題方向較多，內(nèi)容也較廣。一般由指導(dǎo)老師提出實(shí)驗(yàn)的目的和實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，并為學(xué)生提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。然后可以直接給學(xué)生提供相關(guān)的資料，也可以鼓勵(lì)學(xué)生通過廣泛閱讀去收集相關(guān)資料。學(xué)生通過閱讀有關(guān)書籍和文獻(xiàn)后，深入理解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)和注意事項(xiàng)，并在此基礎(chǔ)之上提出實(shí)驗(yàn)要求、條件、步驟等具體的方案。再與指導(dǎo)老師討論后，確定最終的實(shí)驗(yàn)方案。然后學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)踐自己的方案，最終完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。最后，以書面的形式完整論述整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程。通過實(shí)踐這樣的設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性被充分調(diào)動(dòng)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的邏輯思維能力被培養(yǎng)[3]；最后用語言簡(jiǎn)練準(zhǔn)確的還原實(shí)驗(yàn)過程的能力也被訓(xùn)練。

比如針對(duì)110kV智能變電站實(shí)驗(yàn)室中DTI-806S型綜合智能單元設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測(cè)試、開入/開出系統(tǒng)的測(cè)試；針對(duì)WXH-813B/G型微機(jī)線路保護(hù)單元設(shè)計(jì)距離保護(hù)圓特性或多邊形特性測(cè)試；針對(duì)WBH-815B/G2型變壓器保護(hù)單元設(shè)計(jì)比例制動(dòng)邊界的搜索等等。在開展這些設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)時(shí)，所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備很多，值得一提的是繼電保護(hù)測(cè)試儀。在目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，它被廣泛用于檢測(cè)微機(jī)保護(hù)裝置性能，調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)整定值以及日后維護(hù)保護(hù)裝置。為培養(yǎng)電氣工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力，必然需要其對(duì)繼電保護(hù)測(cè)試儀不陌生。

圖2 通訊系統(tǒng)圖（部分）

三、系統(tǒng)講授先進(jìn)的測(cè)試儀器

110kV智能變電站實(shí)驗(yàn)室是個(gè)綜合的自動(dòng)化系統(tǒng)，其中二次設(shè)備包括交換機(jī)對(duì)時(shí)柜，保護(hù)柜，智能采集柜，電源柜，無功補(bǔ)償柜等等。有限的學(xué)時(shí)使教學(xué)過程沒有辦法做到面面俱到。而與繼電保護(hù)技術(shù)密切相關(guān)的測(cè)試儀在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必須系統(tǒng)地進(jìn)行講授。目前實(shí)驗(yàn)室中所用的是繼保之星6000系列的繼電保護(hù)測(cè)試儀。它由軟件和硬件組成。硬件部分本身類似于一個(gè)電力信號(hào)發(fā)生器，依據(jù)測(cè)試軟件的要求，產(chǎn)生線路上各相的電壓/電流波形，輸出至所連接的繼電保護(hù)裝置相應(yīng)端口[4]。與傳統(tǒng)保護(hù)測(cè)試儀不同，繼保之星輸出的是光數(shù)字信號(hào)。其通過光以太網(wǎng)接口，發(fā)送符合IEC 61850協(xié)議（國家電網(wǎng)擬定的變電站內(nèi)開放式通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，即IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議）的數(shù)據(jù)幀到保護(hù)裝置中，每一幀包含有電壓/電流的采樣信息。

軟件平臺(tái)由C++開發(fā)，運(yùn)行在中文Windows XP上。軟件平臺(tái)運(yùn)行后顯示主界面，用戶根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目的需要選擇對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，見圖1。

圖1 測(cè)試主界面

在熟悉了繼保測(cè)試儀硬件和軟件后，實(shí)驗(yàn)中還要能將其準(zhǔn)確的與對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)裝置通過光纖連接起來。說到光纖，它將成為繼電保護(hù)信號(hào)傳遞通道的主角。光纖通道具有可靠性高、傳輸容量大、衰減損耗低等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)驗(yàn)室操作時(shí)需要格外細(xì)心，因?yàn)楣饫w頭是極易損壞的。其中體現(xiàn)的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致也是應(yīng)用型高校培養(yǎng)一名合格電力工程師所必須的。除上述三點(diǎn)之外，在變電站自動(dòng)化大背景下去理解繼電保護(hù)才能升華這門課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。

四、構(gòu)建變電站綜合一體化思想

110kV智能變電站實(shí)驗(yàn)室分層分布式實(shí)現(xiàn)智能電氣設(shè)備間的信息共享和互相操作，見圖2。

繼電保護(hù)作為變電站系統(tǒng)內(nèi)的中間環(huán)節(jié)需要上傳信息給主控臺(tái)，下達(dá)信息給斷路器?？梢娫趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中，需要學(xué)生在掌握單一保護(hù)的基礎(chǔ)之上，理解工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中各保護(hù)之間如何溝通，保護(hù)與上下級(jí)之間如何通訊等。電力工業(yè)中繼電保護(hù)離不開通信，而這一思想在課堂教學(xué)中很少被提及。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)先幫助學(xué)生建立一個(gè)通訊系統(tǒng)的完整框架，再深入講解局部的知識(shí)點(diǎn)，包括GOOSE網(wǎng)、SV網(wǎng)和IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)等等。最終使學(xué)生構(gòu)建變電站綜合一體化思想，從而更快地適應(yīng)今后的電力工作。

綜上所述，繼電保護(hù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課堂教學(xué)的補(bǔ)充和延伸，是電力工程實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)。而目前應(yīng)用型本科高校的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程與人才培養(yǎng)模式存在一定的差異。為培養(yǎng)出合格的電力工程師，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)提出了四個(gè)方面的改進(jìn)措施，依次是加強(qiáng)識(shí)讀電氣圖能力的訓(xùn)練，開發(fā)設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，系統(tǒng)講授先進(jìn)的測(cè)試儀器以及構(gòu)建變電站綜合一體化思想，從而對(duì)增強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力起到一定的促進(jìn)作用。

[1]梁振鋒.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理課程教學(xué)改革研究[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2007,(4).

[2]賀家李,宋從矩.高等學(xué)校教材 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國電力出版社,1994.

[3]劉美玲.醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].學(xué)園,2013,(17).

[4]王弘越.應(yīng)用DSP與數(shù)字功率放大技術(shù)的繼電保護(hù)測(cè)試儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].廣州：中山大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.