本站原创【摘 要 】继电保护原理作为电力工程及其自动化的主干专业课程,对卓越工程师的培养起着重要作用.为了更合理的安排教学任务,结合南京工程学院电气工程专业的本科教学工作,从matlab仿真的应用、系统论的应用、学生创新能力的培养等方面对继电保护本科教学进行了探索和研究.提出了教学改革的方向,并指出教学任务和重点,为培养卓越工程师提供理论基础.
【关 键 词 】继电保护；本科教学；探索；研讨
1.引言
为了贯彻实施国家中长期教育改革中的“卓越工程师教育培养计划”,培养电力工程领域中的高技能人才——卓越工程师,使其具有较广的知识体系并掌握独立处理工程问题的方法,电气工程继电保护作为最主干的专业课程,对卓越工程师的培养起着重要作用.继电保护专业主要学习电力系统及其自动化、计算机技术、通信工程的相关专业课程,其本科教学具有理论复杂难懂、实验较多、授课难度大等特点[1].为了更合理的安排教学任务,让学生深刻的掌握本门课程,本文结合南京工程学院（下简称我校）电气工程专业继电保护方向的本科教学工作,从matlab仿真的应用、系统论的应用、学生创新能力的培养等方面对继电保护本科教学进行了探索和研究.本课程教学改革有以下几个方向[1-3]：
（1）提高实验学时的比重,用计算机仿真实验逐步替代传统实验模式；
（2）理论教学中,各个章节可划分为基础、线路、变压器、发电机、母线等教学模块,应建立系统概念,以便于学生更好的理解本课程；
（3）培养学生的创新能力,对于课程设计、专业实习、毕业设计等实践环节,要突出创新能力的培养,使应届毕业生真正与卓越工程师接轨.
2.matlab仿真的应用
在学习本课程之前,我校本科生已经学习了《电路》、《电机学》、《工程电磁场》、《电力系统分析基础》等专业基础课程,本课程中的重点是分析短路电流的大小,发生短路的位置,短路类型等.由于我校现有实验条件难以通过现实实验向学生进行展示,若只是通过公式推导对学生进行理论授课,课堂教学乏味、效果较差.
随着计算机技术的发展和普及,电力系统仿真技术也得到了迅速发展,一批分析软件在电力系统仿真中取得了良好的效果.考虑到学生的数学、计算机基础以及课堂学时等因素,本课程中选用Matlab作为电力系统仿真的分析软件.Matlab软件中的Simulink模块可用于对电力系统进行建模并仿真,其通过鼠标拖动模块来搭建系统,较电路实验来说大大减少了工作量.
在课堂上对学生进行理论讲解之后可进行随堂实验,把一个班的同学分成几组带到实验室中.首先,由任课教师进行课程的演示实验；然后,各组就不同问题进行自主实验；最后,每个同学布置一道作业题,由学生课后自主完成,并提交实验报告.这样,在随堂实验中,学生可以相互合作、相互交流、相互讨论,共同完成课堂任务；在课余作业中,培养学生独立分析、解决问题的能力,对课程理论知识进一步巩固.
实践表明,课程中选用Matlab作为电力系统仿真的分析软件,可以激发学生自主学习的积极性,提高了课堂的活跃度,培养学生合作处理问题、独立分析解决问题的能力,教学质量较以往得到了提升.
3.系统论的应用
电力系统继电保护课程可分为基础、线路、变压器、发电机、母线等教学模块,在理论课时不断减少的同时,如何协调授课的重点和深度是当前教学中的一个重要问题.系统论的概念由上世纪40年代提出,以系统本身为研究对象,研究其性质、特点、分类和规律.虽然线路保护、变压器保护、发电机保护、母线保护的任务特点各有差异,但是这四个保护构成了电力系统继电保护,成为一个有机整体.因此,充分协调衔接这四个部分的关系就能提高电力系统继电保护的效率.
目前我校运用的教材是按照基础部分、保护对象进行章节划分的,这样使得章节较多,授课时不容易将其系统的组合起来.如果从系统论的角度出发,这些保护可划分为：主要保护、备用保护、辅助保护.主要保护指的是迅速切除故障设备和线路以满足电力系统稳定的保护；备用保护指的是,主要保护发生故障时用来隔离故障的保护；辅助保护可以完善主要保护和备用保护的安全性能,但其结构一般交往简单.这样划分之后,便能使课程结构变得简单,重点更容易突出,学生在学习过程中能始终拥有整体的思想,加强学生对各种设备保护的对比性学习,更利于学生记忆.
本课程学习中强调的四个基本要求是选择性、速动性、灵敏性、可靠性,这四个基本要求是贯穿整个课程的分析要点,其本身间也是辩证的[2].从系统论的角度来看,电力继保系统和其子系统间必然具有明确的联系,而经济效益也是联系系统与子系统的重要指标.对于不同的系统,主保护响应时间要求是不同的,若响应时间要求不高,则可采用有0.5s延迟的距离保护II段,这就降低了子系统成本,提高了电力继保系统的经济性.在之前的教学当中,也会偶尔提到经济性,但没有系统的分析各设备保护对经济性的影响,也没有对比不同保护装置对经济性的具体影响有何不同.
实践表明,将系统论引入本课程教学中,更有利于学生深入对比分析各设备保护的不同,重点更容易突出,学生在学习过程中能始终拥有整体的思想,知识掌握程度明显提高.
4.创新能力的培养
实践教学是培养学生的创新能力的重要途径,对于我校继电保护方向来说,主要有课程实验、课程设计、专业实习、毕业设计等实践环节,如何深化实践课程改革,要突出对学生创新能力的培养,使应届毕业生真正与卓越工程师接轨,成为本专业改革的重要内容.
目前,我校学生进行课程实验时,仅仅是按照指导书上的逐步进行,缺乏学生自主思考的空间,难以调动学生的积极性和培养创新能力.因此,应在教学环节中增加一个综合性专业设计实验,培养学生独立思考的能力和创新能力.由任课教师将学生分为3～5人一组,给出一道开放性综合实验题目,由团队成员负责查找资料,设计实验方案并作出电路图,确定实验中所需要的器材元件,由学生自主完成实验并得出结论.这样就能充分调动学生的积极性,培养团队意识,提高学生的科研创新能力,有助于学生向卓越工程师靠拢.
课程设计、毕业设计也是培养学生创新能力的重要途径,这些环节一般在大四进行,学生忙于找工作、考研等,对这些环节并不重视.因此,指导教师必须精心选择科研课题,最好结合生产中的实际问题,以强化学生独立解决工程问题的能力,达到培养学生创新能力的目的.
5.小结
本文结合南京工程学院电气工程专业继电保护方向的本科教学工作,从matlab仿真的应用、系统论的应用、学生创新能力的培养等方面对继电保护本科教学进行了探索和研究.并得到以下几个教学改革方向：
（1）在课程中选用Matlab作为电力系统仿真的分析软件,激发学生自主学习的积极性,提高了课堂的活跃度,培养学生合作处理问题、独立分析解决问题的能力.
（2）从系统论的角度出发,将设备保护划分为：主要保护、备用保护、辅助保护,重点更容易突出,学生在学习过程中能始终拥有整体的思想,知识掌握程度明显提高.
（3）重视课程实验、课程设计、专业实习、毕业设计等实践环节,培养学生的创新能力,使应届毕业生真正成为卓越工程师.