《电力系统继电保护课程设计》教学改革的案例

　《电力系统继电保护课程设计》是电气工程及其自动化专业电力系统继电保护原理课程的重要实践性教学环节，是继电保护基本理论知识和实际工程应用相结合的桥梁。《电力系统继电保护课程设计》的实践训练，不仅使学生将课堂上学习的理论知识与实际应用结合起来，树立正确的科学态度和科学精神，培养学生的工程意识和实践能力，提高学生利用所学专业知识分析和解决实际工程问题的能力，还可以更好地锻炼学生的动手能力和培养学生的创新意识。为适应《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中的“卓越工程师教育培养计划”要求，提高工程教育人才培养质量，我们从内容到形式做了深入的探索和改革，近三年来的实施，得到学生及同行的欢迎和好评，取得良好的效果。
　　一、传统课程设计中存在的主要问题
　　（一）教师给定的设计题目少，内容单一、陈旧
　　过去我们课程设计题目均是给定电力系统的局部接线方式和运行方式，通过改变系统参数设定，对系统中某些线路及变压器进行继电保护方案设计、整定计算、灵敏度校验、继电器元器件型号参数选择等相关设计工作。这种设计方式由于系统接线简单，许多参数需要具体给定，运行方式变化很少，这种局限性使得学生发挥的空间较小，不能使设计与工程实际相结合，对电力系统的整体概念建立不起来，对电力系统的接线方式、最大、最小及正常运行方式等不能全面分析，内容相对单一。在设计过程中仅仅参考某些类似的习题及相应的设计指导书进行设计计算，难免会有学生互相抄袭。这种传统课程设计方式既不能调动学生的设计积极性，更谈不上创新能力的培养。
　　（二）教学形式单一
　　在课程设计中，指导教师根据《电力系统继电保护原理》这门课所涉及的主要内容，结合工程项目实际情况给出不同的设计题目和原始资料，为了使学生在两周时间内完成设计任务，通常课程设计指导书会结合实际题目详细讲解设计方案、内容、步骤、设计规范及要求、设计报告的格式等等内容。学生通过查阅相关设计手册和设备手册，参考某些类似习题及以往学生课程设计资料进行模仿设计。在设计过程中，指导教师虽然每天去教室指导，但由于多数学生不能够主动提出问题，教师无法全面了解学生在设计过程中出现的问题和错误，造成提交的设计报告存在许多错误，甚至会出现一些原则性错误。另外，由于缺乏对设计计算结果及结论进行实践验证，学生既不知道计算结果是否正确，也不知道设计结论是否合理，这样就大大削弱了课程设计的重要意义。
　　（三）成绩评定缺乏规范性和合理性
　　传统课程设计成绩评定的方法是根据学生所提交设计报告的正确性、合理性、完整性、规范性情况，结合学生在设计过程中的出勤率、态度是否端正以及主动性等，按照不同方面的分值比例，给学生评出优、良、中、及格或不及格的成绩。往往这种成绩评定方法会造成同一小组中不同学生差别不大，甚至会出现小组中主要参与设计人员的成绩由于报告书写稍差等原因得分较低的现象，造成成绩不能准确反映学生的真实能力。另外，由于缺乏对所得结论进行实际或模拟验证的手段，无法考核学生的设计动手能力及实践技能。
　　二、教学改革措施
　　为适应我国“卓越工程师培养目标”和学校应用型本科人才的培养模式要求，针对电力系统继电保护课程设计传统教学方法存在的弊端，我们结合近两年的教学实践经验，提出了将电力系统继电保护课程设计与综合性实验项目相结合的方法和具体措施，改革继电保护课程设计的教学内容，创新实践教学方法。
　　（一）根据“卓越工程师”培养目标的要求，结合专业课理论和实际工程，确定合理的课程设计题目
　　合理的课程设计题目对于学生加深理解和掌握所学专业理论知识，熟悉相关工程设计规范，掌握有关设计方法和设计步骤十分重要。设计题目一方面要紧密结合理论课程的专业知识，尽可能涵盖该专业课程的主要内容，另一方面要与实际工程设计紧密结合，尽可能采用已经实际运行并具有一定规模的供配电系统的原始数据资料，这样才能培养学生的工程意识，树立学以致用的思想，提高学生的专业兴趣，还能指明学生将来从事的专业方向。此外，设计题目还可根据相应的专业实验室实验条件，对学生设计结论进行仿真或模拟验证。这样就可以使学生在完成理论设计的基础上，在实验室能够得到验证。当验证结果正确时，可以使学生感到有成就感，从而激发学生学习的积极性和主动性，提高学生的自信心。考虑以上方面，结合不同学生的学习情况，教师提供课程设计题目的难易程度和工作量大小既要有区别，也要适中，保证所有学生能够在规定的时间内完成设计，又不使得一些学习稍差的同学因为题目难度或工作量较大没能够按期顺利完成设计任务而打击其积极性。例如：根据一些大型企业（如钢铁厂、炼油厂）或地区电力系统的实际接线方式，选择有2～3个发电厂（每个发电厂有2～4台发电机组）与1个无穷大电源系统，选择3～5个大型用电负荷构成的具有双回路、环路接线方式的闭式电力网络，针对该网络中的发电机、变压器及线路（架空线及电缆线路）进行保护方式选择及参数计算和装置选择。这可以使学生对电力系统网络结构和接线方式有一个比较全面的了解，而且便于学生理解系统在不同情况下的最大、最小及正常运行方式，从而更进一步理解各段保护以及上、下级之间的选择性、灵敏性、快速性、可靠性以及近后备、远后备保护的概念及相互间的关系，促进学生对电力系统接线方式、运行方式及继电保护作用的全面理解和掌握。
（二）加强课程设计的指导和管理，确保设计过程的严密性和正确性
　　针对部分学生对课程设计的重视程度不够，存在得过且过、相互抄袭现象，指导教师应投入足够的精力和时间指导学生设计，除了严格审核学生设计方案是否合理、中间设计步骤及计算结果是否正确，还要组织学生讨论和分析在设计过程中出现的错误。例如，对于给定的电力系统如何分析其最大、最小及正常运行方式是一个比较难的问题，既要考虑线路及设备的并列及分列运行情况，又要考虑因其他线路或设备故障引起负荷电流或短路电流的变化等，让学生通过讨论全面了解系统的各种运行方式，确定系统在不同 运行方式下的负荷电流、短路电流及功率流向等，另外，还要查阅相关的设计规范及设计手册，才能确定合理的保护方案。另外，在各种保护的整定计算时，部分学生对一些公式的应用存在较多问题，主要是对公式中一些电流量的含义理解不明确。例如：在线路-变压器组接线方式中的线路电流保护中，瞬时速断保护动作电流值一般应按照最大运行方式下变压器二次侧发生三相短路时流过变压器一次侧的短路电流整定，很多同学用的是变压器二次侧短路电流。在被保护范围内有变压器时，校验灵敏度既要考虑保护装置的接线方式，又要考虑变压器的绕组接线方式，在变压器差动保护的灵敏度校验时也存在类似的问题。学生通过讨论经常出错的问题，加深了对《电力系统继电保护原理》课程理论知识的理解，提高学生利用所学知识分析和解决这些实际问题的能力。
　　（三）将《电力系统继电保护课程设计》与设计性实验相结合，确保设计结论的准确性和完整性
　　在电气工程及其自动化专业培养方案中，通常安排《电力系统继电保护课程设计》课时为两周时间，我们教研室近三年来，把《电力系统继电保护课程设计》与设计性实验相结合，让学生利用一周时间基本完成设计课题的理论分析、方案确定、整定计算、设备选型等设计工作，第二周在实验室中，利用实验室现有条件，根据自己的设计结论，设计一个与课题相近的模拟供电系统，再将课程设计中确定的各种保护装置应用到该供电系统中，并进行相应的安装调试与整定。通过改变系统的运行方式，设置多个不同地点、不同类型（短路、接地等）的模拟故障，来验证上、下级各段保护动作的选择性、快速性、灵敏性及可靠性，从而确保理论设计的准确性和完整性。由于系统及保护装置均比较复杂，在实际的安装、调试及操作过程中，可能会遇到很多实际问题，比如计算数据错误、接线错误、继电器动作值不准确等等，在指导教师的帮助下，在同学的相互讨论中，利用所学知识进行分析并解决问题，这样不仅能培养学生的动手能力和专业兴趣，还能使学生学到一些课本上讲不到的知识，在该过程中，由于指导教师必须与学生一起安装、调试，对学生的各方面能力有较全面的了解，对评定课程设计的成绩亦会更加合理，且能较公正地反映学生的能力。
　　三、总结
　　通过近三年来的教学改革实践，我们发现这种做法不仅激发了学生对该门专业课程的浓厚兴趣，而且培养了学生的实验技巧、动手能力和综合应用理论知识分析、解决实际工程问题的能力，学生在掌握继电保护装置整定、调试方法，在实验室内模拟实际的供电系统的同时，也使学生的个性化培养及团队合作精神等方面也得到了很好的锻炼。这为提高工程教育人才培养质量，达到“卓越工程师”培养目标，为探索和深化《电力系统继电保护课程设计》教学改革，创出一条新路。