電力系統繼電保護專業課程體系改革的探討

摘要：通過對國家電網公司培訓中心的學習與考察，結合東北電力大學電力系統及其人才培養方案，通過分析傳統繼電保護課程體系教學中存在的問題，初步探討了電力系統繼電保護專業課程體系的改革措施，以“知識、能力、素質”為一體化的培養模式，達到理論與實踐相融合，以確保為電力行業培養出高素質的應用型人才。

關鍵詞：繼電保護；課程體系；人才培養

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0104-02

大學教育理念是大學的思想、精神和靈魂，是人們對大學的理性認識、理想追求及所持教育觀念，它是建立在對教育規律和時代特征深刻認識基礎之上的。大學要根據經濟社會發展的需要，遵循教育規律和人才成長規律，強化以創新精神、創造能力、實踐能力和高尚品德人格為核心的素質教育觀念[1，2]。隨著我國電網技術的飛速發展，電力行業對繼電保護技術要求也在不斷提高，電力系統繼電保護專業作為電氣工程及其自動化專業的重要的專業方向之一，需要適時調整課程體系，深化教學改革，注重能力培養與職業素養的養成[3，4]，構建“知識、能力、素質”為一體化的培養模式，達到理論與實踐相融合，以確保為電力行業培養出高素質的應用型人才。

一、傳統課程體系存在的問題

在我國電力企業中，繼電保護專業方向的技術人員所涉及的工作有：新建變電站保護的安裝與調試，保護裝置的相關測試與維護，電力設計院二次回路設計等。按照我校培養方案，目前與電力系統繼電保護專業方向課程群的相關教學主要包括：“電力系統繼電保護原理”、“電氣二次回路”、“電力系統繼電保護技術的新發展”等3門課程，以及“繼電保護課程設計”和“電力系統繼電保護畢業設計”2個實踐環節。

結合目前電網繼電保護技術發展現狀與現場對保護技術人員能力的要求，傳統繼電保護教學存在以下問題：

1.保護原理的理論教學內容更新不夠

隨著特高壓輸電技術的發展、大容量發電機變壓器的應用、智能變電站、分布式發電、以及量測和通信技術的發展，傳統電力系統繼電保護教學存在理論教學內容更新不夠，特別是直流保護技術、超大容量機組的保護技術、新型光纖差動線路保護技術、工頻故障分量保護技術等，這些目前現場中的廣泛發展與應用的保護原理技術講授內容不足。

2.部分教學內容與現場要求不對應

電網公司要求繼電保護技術人員具備進行繼電保護整定計算、保護裝置的安裝、調試、運行維護等工作能力，不僅要求入職人員具備繼電保護的基本理論，還要求掌握電氣二次回路的基本知識和繼電保護的測試技術。其中，電氣二次回路是現場工作人員進行變電站施工、維護、檢修、測試試驗、調度控制與運行等實際工作中所必須扎實掌握的基本內容。而目前“電氣二次回路課程”開設學時相對較少，缺少現場常用的二次回路資料，并且現有教材二次回路標準符號不統一，難以滿足現場二次回路讀圖的需要。另外，繼電保護的測試技術目前在本科課程中沒有進行相關內容的開設。

3.實踐教學環節存在的問題

實踐教學作為繼電保護專業方向教學內容的重要部分，目前主要存在以下問題：第一，實踐教學環節所參照的設計手冊出版時間較早，設計規范與電力設計院的設計規范有較大偏差；第二，實踐教學的設計題目需要按照現場的發展進行調整與更新，缺少現場廣泛應用的微機保護裝置的相應實驗內容；第三，實驗教學環節所用實驗器材需要更新，如保護測試儀器的使用等。

二、繼電保護專業方向課程體系改革思路

我國高等教育分為?？平逃?、本科教育與研究生教育，其中要求本科教育應當使學生比較系統地掌握本學科、專業必須的基礎理論、基本知識，掌握本專業必要的基本技能、方法和相關知識，具有從事本專業實際工作和研究工作的初步能力。因此，電力系統繼電保護課程的改革也應從這個要求出發，由市場需求引導和推進教學改革。

根據對當前我校繼電保護方向相關專業課程的設置與現場需求存在的問題分析，繼電保護專業課程體系改革需要包括四個環節：

（1）調整“電力系統繼電保護原理”教學內容，并擴展繼電保護實驗內容；（2）擴展“電氣二次回路”課程內容；（3）調整繼電保護課程設計與畢業設計等實踐環節；（4）開設“高壓直流輸電保護技術”選修課程。

1.電力系統繼電保護原理

“電力系統繼電保護原理”課程主要講授線路和主要設備保護的工作原理、整定計算方法、動作行為分析、試驗方法等內容，培養學生綜合運用基礎理論分析、解決實際問題的能力。對該課程的教學內容與實驗內容改革如下：

（1）理論教學方面：緒論內容中重點介紹微機式保護的硬件和軟件構成、各部分的主要功能及微機式保護的特點。

1）加大基于工頻故障分量距離保護的介紹，包括工頻故障分量的提取與特點、工頻故障分量距離保護的工作原理、動作特性與應用特點；2）輸電線路保護中，增加新型光纖分相差動線路保護原理的介紹；3）距離縱聯保護與零序縱聯保護的廣泛應用，調整輸電線路方向縱聯保護一節的學時，加大這兩種原理縱聯保護的工作原理介紹；4）由于現場自耦變壓器的廣泛應用，需要加大自耦變壓器故障特點及相關保護的介紹；5）增加3/2母線故障與母線保護的介紹。

（2）實驗教學方面：現有實驗內容包括：電磁型電流繼電器特性分析、整流型功率方向繼電器特性分析、整流型阻抗繼電器特性分析實驗、BCH—2 型差動保護繼電器特性分析等8學時實驗內容。而現場繼電保護測試試驗是繼電保護技術人員需要掌握的重要內容。因此，在現有實驗內容基礎上增設繼電保護測試試驗綜合性實驗內容，包括：保護測試儀的使用；500kV線路保護整組實驗；變壓器保護測試試驗等。特別加強學生對保護測試試驗接線環節的訓練。另外，隨著2012年以來智能變電站在國家電網公司的推廣建設，對應智能變電站保護調試、安裝技術在實驗室條件不能允許的前提下，可通過視頻課件等給學生普及相關知識。

2.電氣二次回路課程的調整

由二次設備相互連接，構成對電氣一次設備進行監測、控制、調節和保護的電氣回路稱為電氣二次回路。電氣二次回路是電力系統的安全穩定運行的重要保證。電氣二次回路主要包括：控制回路、調節回路、保護及自動裝置回路、測量回路（記錄參數及運行狀態）、信號回路、操作電源回路等內容。教學大綱要求學生掌握電力系統二次回路的基本原理和構成以及工程識圖的基本知識及分析方法。為學生畢業后從事本專業領域的工作打下必要的理論知識和實際應用知識的基礎。

不論是變電站的運行、檢修與維護，保護與安全自動裝置的調試與維護，還是配電網開關柜的運行、檢修與維護，都離不開二次回路識圖能力，二次回路圖紙作為一次設備與二次設備的紐帶，無處不在。因此，現有18學時的“電氣二次回路”本科選修課程遠遠不能滿足現場技能的需要，這就需要按照現場二次回路不同工種的需求，增加學時調整教學內容，編寫新的教學大綱，以滿足現場的需求。

另外，目前220kV和110kV變電站氣體絕緣金屬封閉開關設備GIS的廣泛應用，在現有電氣二次回路課程中需增設GIS組合電器中斷路器操作機構箱匯控柜二次回路的介紹。使學生了解斷路器本體防跳回路、斷路器本體三相不一致延時繼電器二次回路圖等內容。

3.高壓直流輸電保護技術

近年來，我國高壓直流輸電工程投入運行的已有9項，另外在建工程7項。隨著750kV、1000kV輸變電工程以及±800kV、±1000kV直流輸電工程的建設，跨區聯網逐步加強，特高壓交直流線路將承擔起更大范圍、更大規模的輸電任務?，F場高壓直流輸電技術在電力系統中已廣泛應用，而高壓直流輸電的相關電氣設備、直流系統的故障特點、以及對應高壓直流輸電保護技術在本科課程中還沒有增設對應的內容。因此，電力系統繼電保護專業可通過開設“高壓直流輸電保護技術”課程，介紹高壓直流輸電系統中換流器故障、直流開關場設備故障、接地極故障、換流站交流設備故障、直流線路故障等故障特點、以及現場使用的保護原理與技術，為學生就業后從事高壓直流輸電保護的相關工作打下初步基礎。

4.保護實踐環節的改革

實踐教學環節是理論應用于實踐的重要訓練環節。目前，繼電保護專業的實踐教學環節包括2周的35kV線路繼電保護課程設計和18周的電力系統規劃與繼電保護設計的畢業設計。

（1）課程設計環節。35kV線路繼電保護課程設計主要開展階段式電流保護的整定計算、保護配合能力的訓練，以及對應保護原理接線圖和交、直流展開圖等圖紙的繪制。整個過程都是手算、手繪，在實驗條件允許前提下，該環節可以適當增設DDRTS仿真軟件開展計算機仿真，驗證手算定值同時，進行線路各種故障情況下保護動作仿真，使學生對保護整定計算以及動作情況認識形象化，從而提升課程設計的效果。

（2）畢業設計環節。畢業設計環節是學生對所學專業知識綜合運用的重要的實踐環節，目前電力系統規劃與繼電保護畢業設計主要開展了電源規劃、電網規劃及發變組主保護的配置與整定，以及相應的圖紙的繪制。畢業設計環節需要解決的主要問題是設計缺乏規范標準。另外，畢業設計所需要的各類數據無從查找，如線路型號、價格，高壓電氣造價、運行維護價格等缺乏，現場常用設備型號等。這就需要到省級電力設計院廣泛調研，編寫標準、完善的設計手冊，以保證設計內容的規范。

三、相關先修課程的調整

繼電保護原理課程的先修課程包括：電路、電機學、信號處理、電力系統分析等課程。其中電機學課程中變壓器、發電機的結構與工作原理是后續主設備保護的重要基礎；電流互感器、電壓互感器作為各類保護電氣量量測的重要元件，其工作原理及特性，以及接線特點等內容也是繼電保護原理實現的重要基礎。而目前，電機學課程中互感器的以上內容介紹偏少，需要適當增加相應內容的介紹。另外，建議電力系統分析課程中應增設高壓直流輸電系統故障分析的介紹，為后續高壓直流輸電保護的開設奠定基礎。

四、職業素質的培養

“知識、能力、素質”為一體化的培養模式，是培養高素質的應用型人才的根本。繼電保護專業方向課程體系的改革的實施同樣要遵循這一培養模式。通過理論教學與實踐環節的相互滲透，構建符合現場需求的實踐訓練環節，讓學生深入體會繼電保護配合邏輯的嚴密性、二次接線的復雜性，向學生灌輸繼電保護工作的嚴謹態度、安全意識和責任意識，幫助學生樹立正確的職業意識和職業道德，明確繼電保護專業技術人員應具備的職業素養和職業技能。通過實習環節、課程設計、畢業設計等實踐環節讓學生達到對現場的職業認知實習，了解崗位職業技能要求、工作職責、崗位設置、工作規范、工作環境等，形成對繼電保護技術專業的認同感，激發學習熱情，讓學生實地感受繼電保護技術應用的廣泛性和重要性。

五、結論

在電力系統迅猛發展的形勢下，電力企業對繼電保護專業人才有著新的需求和特點。服務于學校培養應用型高級人才的目標，建立健全符合學校自身實際和體現自身特色的繼電保護理論和實踐教學課程體系，構建“知識、能力、素質”為一體化的培養模式，達到理論與實踐相融合，力爭為電力企業輸送更多的優秀專業人才做出貢獻。

參考文獻：

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[3]劉曉軍，肖白，崔楊.“電力系統繼電保護原理”教學改革探討[J].電氣電子教學學報，2013，35（6）：20-22.

[4]唐國雄.關于“電力系統繼電保護”課程教學改革的思考[J].中國電力教育，2011，119（12）：175-176.

（責任編輯：韓曉英）