类比教学法在电力类高职继电保护技术课程教学中的应用

【摘 要】本文通过典型的案例分析，探讨基于“医学诊治理论”的类比教学法在电力类高职继电保护技术课程教学中的具体应用。

【关键词】医学诊治理论 类比教学法 继电保护技术

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）01C-0158-03

一、类比教学法的内涵

类比，是一种理解认知事物的逻辑思维方法。类比教学法在课堂教学中被广泛运用，形式多样。本文所运用的类比教学法，主要是针对难以直观理解的概念，缺乏想象空間的抽象的专业理论知识，运用具有相同或相似特点的公众普遍熟悉的事物进行类比，通过揭示事物的本质，调动学生学习的积极性，提高学生分析问题和解决问题的能力，以达到加深理解概念、掌握理论知识的教学目的。

类比教学法可以加深学生对知识的理解，激发学生探索知识的热情，提高教学的质量。应用类比教学法的具体步骤如下：

（一）总结特征，形成概念

针对某个专业概念或理论知识难点，找到具有相同特征的类比事物，并分析类比事物与专业概念或知识难点共同的特征，建立相互关联的概念。

（二）类比分析，深化理解

在类比的基础上，建构概念，探索分析问题的思路，并深化理解专业理论知识难点，培养学生分析、解决专业知识问题的能力。

（三）推广应用，提升能力

应用类比教学法的过程中，在教学环节的设计上，注重提炼总结方法，进行推广应用，组织学生分组讨论分析其他同类专业问题，提升学生拓宽思路、解决问题的综合能力，培养学生克服困难、想尽一切办法解决问题的职业素养。

二、基于“医学诊治理论”的类比教学法在继电保护技术课程教学中的应用

继电保护技术是根据电力系统发电机、变压器、线路等电气设备发生故障时检测到出现的故障特征来识别故障并处理故障，以保护设备、确保系统安全运行的一种技术。医学诊治技术是根据病人患上肚痛、发烧、感冒等疾病时出现的特有的疾病症状来诊断并医治疾病，以恢复病人的身体健康的一种技术。在我们的成长过程中，或多或少都有过患病的经历，医学诊治过程是我们日常生活中广泛接触而较为熟悉的事物，而且，医学诊治技术与继电保护技术在原理构成和实现方式方面存在比较紧密的联系，因而在课程教学中利用医学诊治技术与继电保护技术进行类比，对学生理解抽象的继电保护技术概念会起到事半功倍的效果。

（一）电气设备运行状态的类比教学

医生的服务对象是病患者，医生会针对病患者的身体状况采取相应的治疗对策。继电保护技术服务的对象是电气设备，继电保护装置会针对电气设备的运行状态采取不同的措施。

1.病患者的三种身体状况及应对措施

健康：各项身体指标、体温等数据在正常的允许范围内，没有感觉到不适的症状。

不舒服：出现不适感觉，如咽喉肿痛、流鼻涕、打喷嚏等轻微症状，一般仍可参加工作、学习。医生建议多喝水、注意休息。

患病：出现严重发烧、重感冒、头重脚轻等严重症状，无法坚持参加工作、学习。遵医嘱吃药、打针等进行治疗。

2.电气设备的三种运行状态及应对措施

正常运行状态：指电气设备的电流、电压等运行参数在额定值的允许范围内，电气设备正常工作。

异常运行状态：指电气设备的电流、电压等运行参数稍稍偏离了额定值的允许范围，但又不至于损坏设备。如低电压、过负荷等运行情况。

出现异常运行情况时，要求继电保护装置发出信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整。一般情况下，由于短时间内运行不至于损坏设备，因而往往设备仍可继续运行；对于那些继续运行会引起损坏或导致发展成为事故的电气设备则予以切除。此时一般不要求继电保护迅速动作，而是根据对电力系统及其设备的危害程度规定一定的延时。

短路故障状态：出现短路故障时，电气设备的运行参数远远偏离了额定运行的允许范围，继续运行将会导致设备损坏。如两相短路故障、三相短路故障等。

短路故障时要求继电保护装置动作于跳闸，自动、迅速、有选择性地将故障设备从电力系统中切除，使故障设备免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行，同时发出信号。

（二）继电保护装置的构成及工作原理的类比教学

熟悉继电保护装置的构成，从而掌握继电保护装置的工作原理，是继电保护调试岗位必备的基本理论知识和技能。结构决定原理，首先熟悉继电保护装置的构成部分，然后根据继电保护装置各构成部分的作用逐步分析继电保护装置的工作原理。由于疾病的诊治环节与继电保护装置的构成环节有紧密的关联，因而在教学过程中利用疾病的诊治环节进行类比，可以让学生更深刻地理解继电保护装置的构成及工作原理。

1.疾病的诊治环节

疾病的诊治过程通常由检测、诊断、医治等三个环节构成，下面以发热病人的诊治过程为案例进行具体的分析。

通常发热病人的诊治过程如下：

检测：用体温计测量并记录病人的体温。

诊断：与正常体温值36.8℃相比较，如若超过 38.5℃，则诊断为高烧病人。

医治：给病人吃药、打针，进行对症治疗。

分析思路：从疾病诊治过程的构成环节去了解疾病诊治的一般原理。

2.继电保护装置的构成环节及工作原理

电力系统中电气设备发生短路故障或出现异常情况时往往会导致运行参数发生变化。电气设备的运行参数通常指电流、电压、功率、频率等电气量和其他非电气量的物理量，非电气量的物理量有变压器油箱内部故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高等。这些运行参数在故障时出现的变化称为故障特征。继电保护装置就是根据检测到电气设备运行中出现的故障特征来判别电气设备是否发生了故障。

分析思路：由继电保护装置的构成去分析继电保护装置的工作原理。

一般情况下，整套继电保护装置是由测量部分、逻辑部分和执行部分组成的。原理结构图如图1所示：

下面以线路电流速断保护装置为案例具体分析继电保护装置的构成及工作原理。

（1）测量部分。如图2所示，由安装于线路上的电流互感器TA构成，运行中将线路的电流信号输送到逻辑部分（电流继电器KA）进行监测。

（2）逻辑部分。由电流继电器1KA、2KA构成，将由电流互感器输送过来的流入电流继电器中的电流与整定值进行逻辑比较。如果流入电流继电器的电流大于整定值，则判定为线路发生短路故障，于是，电流继电器动作，将对应的指令传给执行部分。

（3）执行部分。由出口中间继电器KOU和信号继电器1KS构成。根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲，同时IKS动作发出信号。

综上所述，线路电流速断保护的动作原理分析如下：

正常运行时，流过电流继电器的电流较小，保护不动作。

线路发生相间短路故障时，出现短路电流，流过电流继电器KA线圈的电流超过整定值，KA动作，其触点闭合，出口中间继电器KOU动作，发出跳闸脉冲，断路器跳闸切除故障。同时，信号继电器1KS动作发出信号。

3.推广应用，提升能力

发电机纵差保护装置、变压器瓦斯保护装置、线路距离保护装置等继电保护装置，都是利用反应短路故障时出现的故障特征来构成保护原理的。继电保护装置从原理构成来看，都是由测量部分、逻辑部分和执行部分构成。继电保护装置的工作原理也由这三个构成部分配合实现：测量部分监测运行参数，如果运行参数偏离了允许的范围，达到了设定的整定值，就由逻辑部分判定为发生了故障，由执行部分采取跳闸、发信号等相应的措施。掌握了继电保护装置的分析思路，就较容易地掌握发电机纵差保护装置、变压器瓦斯保护装置等各种保护装置的构成及工作原理。

（三）电气设备的继电保护装置配置的类比教学

当电气设备发生故障的时候，要求继电保护能可靠地动作切除故障部分，以保证电力系统其他正常的电气设备安全、可靠地运行。因此，继电保护必须能够反应电气设备的各种故障类型，也就是必须对电力系统中运行的各种电气设备的继电保护装置进行合理的配置。在教学中，引进了医院各门诊科室的配置进行类比，以加深学生对电气设备的继电保护装置配置的知识点的理解。

1.医院门诊科室的配置

人类常见的疾病有头痛、感冒、发烧、肚子疼等多种类型，现代规范的医院通常根据疾病的种类不同设置了各种专门的门诊科室，以更能发挥专业医生的特长进行对症诊治。医院常见门诊配置（仅举例说明，不包括全部门诊科室）如表2所示。

分析思路：针对病理相近的疾病种类设置相应的门诊科室。

2.电气设备继电保护装置的配置

继电保护装置根据检测到电气设备运行中出现的故障特征来判别是否发生了故障。电力系统电气设备常见的故障类型有相间短路故障、单相接地故障等多种故障类型，每种故障类型都有其独特的故障特征，因而每一套继电保护装置通常都是反应电气设备的某种故障类型，电气设备的继电保护通常由多个保护装置共同构成。

为了保证保护动作的可靠性，对重要的电气设备配置继电保护装置时，往往要考虑配置主保护和后备保护。后备保护的整定时间稍长于主保护，当主保护拒动时，由后备保护动作，提高了保护动作的可靠性。

分析思路：针对电气设备的常见故障类型和异常运行情况进行继电保护装置的配置。

下面，以单台容量800KVA及以上的变压器的保护配置为案例进行具体的分析。

目前，发电厂及变电站的大多数主变压器为油浸式变压器，根据变压器的结构分析变压器常见的故障类型及异常运行情况，并有针对性地采取全面的保护装置配置措施。

（1）变压器常见故障类型及保护配置。油箱内部故障类型：绕组相间短路故障、绕组单相接地短路故障、绕组匝间短路故障等。油箱内部短路故障产生的电弧会导致油箱内的变压器油分解，产生瓦气体，严重的时候还会形成气油流。针对油箱内部故障的故障特征，采取瓦斯保护。轻瓦斯反应轻微的匝间短路，动作于发信号；重瓦斯反应相间短路等重大的故障，动作于跳闸并发信号。

油箱外部故障类型：引出线的相间短路故障、引出线单相接地短路故障等。油箱外部故障会产生很大的短路电流，采取灵敏度较高的纵差保护。

瓦斯保护只能反应变压器油箱内部故障，不能反应变压器油箱外部故障。纵差保护只能反应油箱内外部的重大的短路故障，不能反应轻微的绕组匝间短路等故障。因而，由瓦斯保护和纵差保护共同构成变压器的主保护。

反应短路电流的高灵敏性的复合电压起动的过电流保护作为变压器的后备保护。反应接地故障产生的零序分量的零序保护作为变压器的接地故障保护。

（2）变压器常见异常运行情况及保护配置。变压器常见异常运行情况有油箱漏油导致油面下降、过负荷、油温过高等，相对应可以采取轻瓦斯保护、过负荷保护、温度保护等措施。

（3）综上所述，变压器的保护配置如表3所示。

根据电气设备的结构分析电气设备在运行中常见的故障类型及异常运行情况，并有针对性地采取全面的保护装置配置措施，这是分析电气设备保护配置的重要思路。电力系统中发电机、变压器、电力线路、电动机等电气设备由于结构不同，运行中出现的常见故障类型也不尽相同，因而不同的电气设备的继电保护装置配置往往也有很大的区别。

另外，在分析电气设备保护配置的过程中还要考虑重要性原则。一台电气设备是否重要有两个考量标准：一是本身价格是否昂贵；二是当设备发生故障时是否导致很大的停电范围。通常，越重要的设备如发电机、主变压器、高压线路等其保护装置的配置要求越完善越可靠，次要的设备的保护配置相对要求较低一些。例如，主变压器必须配置反应绕组轻微匝间短路的保护，电动机一般不必考虑反应绕组匝间短路的保护的配置。

类比医学诊治理论门诊科室的配置，充分考虑重要性原则，针对设备运行中常见的故障类型进行保护装置的配置，可更深刻地理解电力系统中发电机、变压器、电力线路、电动机等电气设备的保护的配置。

目前，部分高职院校在充分强调职业岗位实践能力的同时，对专业理论知识的课堂教学重视不足。高职教師的理论课堂教学大多忽略了高职学生相对偏低的认知水平和认知策略，导致高职学生对前置的专业理论知识掌握不够牢固，直接影响后续的实践课程的学习效果，影响高职教育质量。高职教师必须正视高职教育存在的问题，转变教学理念，以积极认真的态度对待理论课堂教学，探索创新“接地气”的切实有效的教学方式方法，以实现高职教育质量的提升。

【基金项目】广西职业院校示范特色专业及实训基地项目（发电厂及电力系统专业）（桂教职[2015]37号）；广西特色高校建设项目发电厂及电力系统专业建设（桂教高教[2013]52号）；广西高等教育教学改革工程项目委托项目“校企共建‘厂中校合作育人的研究与实践”（2013JGW025）

【作者简介】黎庚荣（1974— ），男，广西电力职业技术学院讲师，研究方向：电力系统继电保护。

（责编 丁 梦）