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一、顶岗实习的性质与任务
《顶岗实习》是本专业重要的实践性教学环节,也是完成电力系统继电保护与自动化专业学习的重要内容。其任务是:通过实习,使学生巩固所学的专业知识和技能,锻炼综合应用专业和技能解决实际问题的能力,使学生深入了解发电厂、变电站、电力调度所继电保护、自动装置的安装、调试、运行、检修和管理等技术工作,具备高等技术应用型专门人才所必备的发电厂、变电站电气设备的基本知识,具备继电保护、自动装置运行、安装、调试、检修的基本知识和基本操作技能,具备电气二次部分设计的能力,具备正常运行、维护及操作,事故分析及处理的基本技能以及综合运用新知识、新工艺、新技术和新手段的能力,为从事继电保护、自动装置的安装、调试、运行、检修和管理等技术工作,以及到继电保护、自动装置生产企业从事产品的组装、调试和营销工作奠定较牢固的基础,为毕业后增强工作能力打下良好的基础。
通过本课程的学习,学生在知识、能力和思想教育等方面应达到下列目标:掌握发电厂及电力系统的基础知识及安全工作知识;具备本专业必需的发电厂和变电站继电保护、自动装置的基本原理及运行和故障分析的基本知识;具有继电保护和自动装置的安装、调试与校验的基本技能和技术管理的初步能力。形成分析问题、判断、解决问题的能力,为今后就业打下良好基础。加强安全文明生产教育及思想教育,逐步培养学生的辩证思维能力,加强学生的职业道德观念。
知识目标
本实习的教学目标是:加深对基础理论的理解,使学生对电力系统运行有一定的感性认识,具有必需的继电保护、自动装置的安装、调试、运行、检修和管理等的基本专业知识和技能,通过生产实习培养学生的实践能力和初步的独立工作能力。
1. 结合已学过的课程,通过实践巩固并扩大知识面。
2.通过现场参观与跟班实习,了解电力系统运行特点,学习电力系统运行的基本知识,为今后参加实际工作打下实践基础。
3. 熟悉电气运行的生产组织管理系统及有关制度。
4. 掌握发电厂及电力系统的基础知识及安全工作知识;
5. 掌握发电厂和变电站继电保护、自动装置的基本原理及运行和故障分析的基本知识;
6. 熟悉主要设备继电保护自动装置配置及投退原则。
能力目标
1. 具有电工工艺、电子工艺的基本技能;
2. 具有识读和绘制电气二次回路图的能力;
3. 具有继电保护和自动装置的安装、调试与校验的基本技能和技术管理的初步能力。 4. 具备系统主要设备运行监视、调整、维护、巡视等工作的能力。
5. 初步具备典型事故分析、判断、处理的能力。
素质目标
1. 具有热爱科学、实事求是的学风和创新意识、创新精神。
2. 具有良好的职业道德、高度的责任感,牢固树立“安全第一”的思想。
3. 通过现场实践和学习,学习电力系统工人及技术人员的优良品质,培养遵章守纪、严谨踏实的工作作风,进一步培养学生热爱专业、献身于电力事业的志向。
二、实习内容
参加生产实习的同学,在实习期间,要完成以下实习任务中的一项:
1. 发电厂实习
(1) 入厂安全教育(包括“安规”考试);
(2) 了解发电厂的类型,所实习电厂属哪种类型?主要的基本特征是什么?
(3) 熟悉发电厂电能生产的基本流程(一次系统)
(4) 熟悉发电厂电气部分二次系统
1)了解主接线中的电流互感器、电压互感器的配置原则、目的、方式及作用;
2)了解全厂公用二次回路(中央信号系统、同期系统、交直流绝缘监视)和主要设备控制回路接线图;
3)熟悉主要单元的保护配置及其作用;
4)了解自动装置的工作原理,熟悉发电机开机,停机及运行中的自动、手动调整操作;熟悉自动装置的配置及动作过程分析,进行自动装置的投退操作;
5)看懂发电机、变压器、母线、线路等设备保护图纸;
6)熟悉微机保护的功能并能进行正常运行方式下的操作。
7)发电厂二次系统有待解决和存在的问题有哪些?
(5) 了解本厂发生过的重大事故,事故原因、处理经过及其在提高安全运行方面所采取的措施和效果;
(6) 了解发电厂的生产组织和管理、运行的经济性及达到的技术经济指标;
2.变电站实习
(1) 了解变电站的电气结构,总平面布置,电气平面布置,主接线,设备配置和主设备的作用;
(2) 了解变电站综合自动化的功能,变电站综合自动化系统软硬件系统构成,数据采集和通讯方式;
(3) 熟悉各主设备保护的配置及原理;
(4) 了解变电所防雷击措施,接地体布置;
(5) 掌握电力系统操作“五防”要求,了解变电所操作基本规范和程序。
3.调度部门实习
(1) 了解调度的作用,在电力部门的重要性,了解调度室布局和设备安排;
(2) 了解调度员的工作范围和工作程序,调度员处理紧急状态时的步骤;
(3) 了解地区电网运行特点,地区电网接线图;
(4) EMS系统的主要功能及各模块间关系,EMS系统软硬件构成,EMS与各基层变电站的通信方式,通信通道及设备。
4.生产单位实习
(1) 了解生产单位主要产品与生产规模和应用范围;
(2) 了解生产单位主要产品功能、性能指标、生产标准及设计方案。
(3) 了解产品的类型及结构,柜面布置,主要部件及系统组成;保护装置生产及运行的安全要求及相关规定;
(4) 跟班实习,在工人师傅的指导下,参与设备的组装和测试。
三、实习制度
为保证实习的顺利和实习期间的安全,达到实习的目的,所有实习学生必须遵守以下制度:
1. 在实习过程中,必须服从校内外指导教师的安排,服从学校和实习单位的调配。
2. 严格遵守实习单位的一切规章制度。作息时间与实习单位相同,不得迟到、早退。
3. 实习期间不得请假,特殊情况需提前提交请假条,经校内和校外指导教师同意才可请假。
4.非经批准缺席的或累计请假时间超过实习时间1/3的不计本次实习成绩。
5.在实习过程中,应尊重并虚心向工程技术和管理人员、工人师傅学习。同学之间应在工作、学习、思想上互相关系、互相照顾。
6.注意安全,遵守实习单位和现场有关安全方面的规定。
在实习期间,要求每周通过电话或电子邮件同校内指导教师联系两次,报告实习进展情况。每人每天都需书写生产实习日记,作为考核内容之一。
四、考核内容及要求
(1)实习期间,学生必须写好“实习日记”,包括实习内容、心得体会、收集的资料等。
(2) 生产实习结束返校一周内提交实习小结和实习日记。生产实习报告要求不少于3000字。实习报告包括实习单位概况,实习工作的内容,对实习工作中的问题、思考、归纳分析等。以及本人在业务上、思想上的收获和体会。
(3)实习结束时,由所在单位做出实习鉴定,填写“学生实习鉴定表”,加盖公章或指导教师签名后,由学生本人带回学院交给教研室。
五、成绩的评定
根据毕业实习报告、“实习日记”和“实习鉴定”等,由电力系继保教研室组织成绩评定小组进行考核,给出最终实习成绩。实习成绩五级计分,分为“优秀、良好、中等、及格、不及格”。
按有关规定,未计成绩者和实习成绩不及格的必须重补生产实习。
六、说明
1.1定值问题
①整定计算的误差②人为整定错误③装置定值的漂移a元器件老化及损坏b温度与湿度的影响c定值漂移问题
1.2电源问题①逆变稳压电源问题a纹波系数过高b输出功率不足或稳定性差②直流熔丝的配置问题③带直流电源操作插件
1.3TA饱和问题作为继电保护测量TA对二次系统的运行起关键作用,随着系统短路电流急剧增加,在中低压系统中电流互感器的饱和问题日益突出,已影响到继电保护装置动作的正确性。
1.4抗干扰问题运行经验表明:微机保护的抗干扰性能较差,对讲机和其他无线通讯设备在保护屏附近的使用会导致一些逻辑元件误动作。
1.5保护性能问题主要包括两方面,即装置的功能和特性缺陷。有些保护装置在投入直流电源时出现误动;高频闭所保护存在频拍现象时会误动;有些微机保护的动态特性偏离静态特性很远也会导致动作结果的错误。
1.6插件绝缘问题微机保护装置的集成度高,布线紧密。长期运行后,由于静电作用使插件的接线焊点周围聚集大量静电尘埃,在外界条件允许时,两焊点之间形成了导电通道,从而引起装置故障或者事故的发生。
1.7软件版本问题由于装置自身的质量或程序漏洞问题只有在现场运行过相当一段时间后才能发现。因此,继电保护人员在保护调试、检验、故障分析中发现的不正常或不可靠现象应及时向上级或厂商反馈情况。
1.8高频收发信机问题在220kV线路保护运行中,属于收发信机问题仍然是造成纵联保护不正确动作的主要因素,主要问题是元器件损坏、抗干扰性能差等,出问题的收发信机基本上都包括了目前各制造厂生产的收发信机。因此,收发信机的生产质量一定要重视起来。应注意校核继电保护通信设备传输信号的可靠性和冗余度,防止因通信设备的问题而引起保护不正确动作。另外,高频保护的收发信机的不正常工作,也是高频保护不正确动作的原因之一。
2继电保护事故处理的思路
2.1正确充分利用微机提供的故障信息对经常发生的简单事故是容易排除的,但对少数故障仅凭经验是难以解决的,应采取正确的方法和步骤进行。
2.1.1正确对待人为事故有些继电保护事故发生后,按照现场的信号指示无法找到故障原因,或者断路器跳闸后没有信号指示,无法界定是人为事故或是设备事故,这种情况的发生往往与工作人员的重视程度不够、措施不力、等原因造成。
2.1.2充分利用故障录波和时间记录微机事件记录、故障录波图形、装置灯光显示信号是事故处理的重要依据,根据有用信息作出正确判断是解决问题的关键。若通过一、二次系统的全面检查发现一次系统故障使继电保护正确动作,则不存在继电保护事故处理的问题;若判断故障出在继电保护上,应尽量维持原状,做好记录,做出故障处理计划后再开展工作,以避免原始状况的破坏给事故处理带来不必要的麻烦。
2.2运用正确的检查方法
2.2.1逆序检查法如果利用微机事件记录和故障录波不能在短时间内找到事故发生的根源时,应注意从事故发生的结果出发,一极一级往前查找,直到找到根源为止。
2.2.2顺序检查法该方法是利用检验调试的手段来寻找故障的根源。按外部检查、绝缘检测、定值检查、电源性能测试、保护性能检查等顺序进行。这种方法主要应用于微机保护出现拒动或者逻辑出现问题的事故处理中。
2.2.3运用整组试验法此方法的主要目的是检查保护装置的动作逻辑、动作时间是否正常,往往可以用很短的时间再现故障,并判明问题的根源。如出现异常,再结合其他方法进行检查。
2.3事故处理的注意事项
2.3.1对试验电源的要求在进行微机保护试验事要求使用单独的供电电源,并核实用电试验电源是否满足三相为正序和对称的电压,并检查其正弦波及中性线是否良好,电源容量是否足够等要素。
2.3.2对仪器仪表的要求万用表、电压表、示波器等取电压信号的仪器必须选用具有高输入阻抗者。继电保护测试仪、移相器、三相调压器应注意其性能稳定。
3如何提高继电保护技术掌握和了解继电保护故障和事故处理的基本类型和思路是提高继电保护故障和事故处理水平的重要条件,同时要加强下述几个问题。
3.1掌握足够必要的理论知识
3.1.1电子技术知识由于电网中微机保护的使用越来越多,作为一名继电保护工作者,学好电子技术及微机保护知识是当务之急。
3.1.2微机保护的原理和组成为了根据保护及自动装置产生的现象分析故障或事故发生的原因,迅速确定故障部位,工作人员必须具备微机保护的基本知识,必须全面掌握和了解保护的基本原理和性能,熟记微机保护的逻辑框图,熟悉电路原理和元件功能。
3.2具备相关技术资料要顺利进行继电保护事故处理,离不开诸如检修规程、装置使用与技术说明书、调试大纲和调试记录、定值通知单、整组调试记录,二次回路接线图等资料。
3.3运用正确的检查方法一般继电保护事故往往经过简单的检查就能够被查出,如果经过一些常规的检查仍未发现故障元件,说明该故障较为隐蔽,应当引起充分重视,此时可采用逐级逆向检查法,即从故障现象的暴露点入手去分析原因,由故障原因判别故障范围。如果仍不能确定故障原因,就采用顺序检查法,对装置进行全面的检查。
3.4掌握微机保护事故处理技巧在微机保护的事故处理中,以往的经验是非常宝贵的,它能帮助工作人员快速消除重复发生的故障,但技能更为重要,现针对微机保护的特点总结如下。
3.4.1替代法该方法是指用规格相同、功能相同、性能良好的插件或元件替代被怀疑而不便测量的插件或元件。
3.4.2对比法该方法是将故障装置的各种参数或以前的检验报告进行比较,差别较大的部位就是故障点。
3.4.3模拟检查法该方法是指在良好的装置上根据原理图(一般由厂家配合)对其部位进行脱焊、开路或改变相应元件参数,观察装置有无相同的故障现象出现,若有相同的故障现象出现,则故障部位或损坏的元件被确认。
关键词:共享资源;e-Learning;爱课程;继电保护;微课;教学手段
中图分类号:G47 文献标志码:A 文章编号:1673-8454(2016)16-0046-04
一、引言
随着互联网和信息技术的发展,网络与信息技术已经应用在教学的每一个环节,并且成为教师从事教学和研究的重要工具,这为学生学习和成长创造了丰富多彩的教育环境和学习方式[1]。网络技术、多媒体设备、微课、慕课都为课堂教学和课外学习提供了更加完善方便的环境和条件。但是无论技术多么先进,手段多么灵活,在教学过程中,教师的主导作用永远不会改变,大学永远要存在,教师和学生永远是教与学的一对主体。创新教育是教育教学改革的关键,而e-Learning是达到“共享”课程教学改革的重要途径。在教学过程中,只有根据每门课程的特点选用合适的现代教育技术和教学手段,才能够更有效的达到对课程内容的理解、接受和掌握,特别是职业教育类的课程教学,除去要使学生掌握课程的基本理论外,还必须培养学生对相关的设备、材料、工艺、图纸、操作等知识与技能的掌握。多媒体课件、微视频、微课等新型教学手段就很好的克服了传统教学方式中存在的难题,爱课程网站就很好的解决了教学资源不够丰富的问题。网络服务可以使学习效率大为提高,有助于学生构建个性化的知识体系[2]。利用网络与现代教育手段深入开发与使用各种课程资源,对改变学习者的学习条件、转变学习方式、提升教学的有效性具有十分重要的意义[3]。福建水利电力职业技术学院的《继电保护》课程是首批国家级精品课程和国家共享教学资源库建设课程,该课程的建设充分利用现代化教学手段和先进的实验教学条件,建成丰富的课程教学资源,形成了在全国同类院校的示范和资源共享的成果。
二、《继电保护》课程的主要特点
《继电保护》是高等职业院校电力系统自动化等强电类专业最核心的课程。该课程研究的是在对电力系统中的高压输电线路、发电、输电、用电设备在运行中可能发生的各类故障进行分析的基础上,利用最先进的技术手段实现对电力系统各种故障的分析、诊断、反应,并与电力系统的开关设备配合,从而对电网和各种一次电气设备进行保护的二次装置。因而《继电保护》课程是基于对电力系统的故障进行深入物理分析和各种设备故障精确分析的基础上,按照对电力系统安全要求形成各种保护理论,并且通过先进的技术手段而构成的自动装置,比如从由机电元件、晶体管、集成电路、微处理器和集成微机系统与各种先进通讯技术共同构成的。
《继电保护》课程具有明显的特点:①具有特有的继电保护理论体系,学科理论系统、原理严谨,由于电力系统的高度系统化和集约化,对承担系统和设备安全的继电保护提出了确保整个电力系统安全运行的最高要求;②与电气类多数课程联系紧密,它所保护的对象是电力系统的各种发、变、输、供的设备,保护作用具有很强的针对性;③电力系统继电保护是由机电元件、晶体管、集成电路、微处理器和集成微机系统与各种先进通讯技术共同构成的,一般都要采用当时先进技术手段和设备,因此与电子技术、远动技术、通讯技术融为一体。这就决定了《继电保护》课程是电力系统自动化专业课程中理论性最强、系统性最强,同时又是直接应用到电力生产上对可靠性要求最高的核心设备,是最典型的理论与实践并重的核心专业课程,正因如此。《继电保护》课程被确定为首批国家精品课程和首批国家共享资源课程建设项目。要做好理论与实践并重的课程建设,必须要依托先进的实验仿真系统和各种多样化现代教学手段。
三、《继电保护》课程e-Learning模式构建
现代互联网和影像技术的高度发达,彻底改变了传统的教育理念、教育途径和教学方法。一个教室、一本书、一面黑板和一支粉笔的课堂教学,一个方案、一组设备、一套步骤和一组数据的实验教学,都已经无法满足信息化时代对知识学习、对事物认识的要求。由于课堂教学改革的不断深入,传统的教学形式和方法已越来越引起广大教育工作者的理性反思和批评[4]。采用声、光、音、像、色的多媒体视频技术,对增大课堂信息容量、扩大知识面、吸引学生注意力和激励学生学习兴趣都有着重要的作用,同时也丰富了教学形式,学习过程的生动性、直观性和多样性有了巨大的改进,学习的效果得到明显的提升,发达的网络和互联网技术也完全缩小了时间和空间上的距离,学习过程的教室空间性和课堂时间性概念也发生了颠覆性的变化。因此国家资源共享课程的建设不能局限在传统的教学模式下,而是要大力应用现代教育技术,努力成为使用现代化教育技术和教学手段开发优质共享资源课程的引领和示范者。《继电保护》国家共享资源课程建设中,注重将现代化教育技术和教学手段有机的应用在课程建设和教学实践中,并取得了显著成效。
1.建设体现课程特色的e-Learning模式
《继电保护》是理论性、专业性、实践性都很强的专业课程,努力体现课程的教学特色,就应该创新教学理念,把最深奥、最抽象的专业课程变成深入浅出、层次递进、引人入胜、学以致用的职业教育课程体系。因此在教学组织实施中,重点设计针对各个知识点、技能要素的现场教学方案,通过直观设备认知、装置联动的现场教学,使理论问题形象化、抽象问题具体化,为弥补设备和教学仪器的有限性,搜集选择有代表性装置图像、现场视频、事故分析资料丰富直观教学的表现形式,大量使用混合式教学和引导个性自主学习,真正建成适合高等职业教学和在职人员在线学习的教学体系。课程建设要努力做到:内容正确科学、文字表达准确、条理清晰直接、形式生动活泼、要素重点突出,确保课程内容的科学性、资源的实用性和学习的有效性。
2.爱课程基础材料库网站的建立
在资源和共享两方面,《继电保护》课程网站主要体现基本资源和拓展资源。基本资源主要包括反映继电保护课程教学目标、教学内容、教学方法和教学过程的核心资源:如课程介绍、教学大纲、教学日历、教案或演示文稿,以及重点难点指导、练习与作业、参考资料目录和全课程录像等反映教学活动必需的课程教学资源。拓展资源是指应用于教学与学习环节中,能够体现本课程教学特点,相对完善的多样性、交互性教学辅助资源。例如典型的教学案例、针对性的专题讲座、适量的作业和完整的试题等资源库,课程的专业知识检索、装置的演示仿真实训、实时在线自测和学习效果考核系统,以及综合利用多媒体技术建设的网络课程等,纸质教材加数字课程,纸质教材为核心,数字资源配合的综合知识体系。材料要牢牢把握以学习者为中心的理念,努力实现能学易学、服务教学,以知识点、技能点为基本颗粒,采用虚拟项目、3D仿真教学、三维模型库、生产实景录像等构成庞大的课程共享资源库。
3.资料碎片化与组合多样化
《继电保护》课程是电力类专业群大部分专业都需要开设的重要专业课程,不同专业对课程的深度、难度和广度差别很大。为了适应各个专业的不同需求,建立碎片化的资料库,在教学使用过程中依据专业对课程的要求、课时、难度和学习对象等基本情况,组合出适应不同要求的难、中、易,深、中、广不同组合教学与学习资源组合,使共享资源课程充分满足不同学校、不同专业、不同学习对象和不同教学目的多样化教与学的需要。适合多层次学习人群,满足“浏览了解、系统学习、深入研究和解决问题”等多种需求,充分体现共享资源的特点和发挥资源的共享作用。
4.教学录像的制作与选择
听课、读书、交流、上网、参观等都是学习途径和方法,但是最直接有效的学习方法还是课堂教学,教师授课不单单是对课程内容的讲解,而是深耕细作多年对专业、课程和内容深入研究的独特见解的体现,也是授课者知识、阅历、人格的综合展示。因此教师授课录像,特别是名师授课录像库是宝贵的教学财富。
课程教学录像的录制和制作是一件极为繁重的工作,为做好国家精品资源课程的建设,学校投资250万元建设设施先进、环境优良的录播系统,配备了具有专业水平的音像制作编辑人员。《继电保护》课程教学团队进行精心分工,形成以3位教授(省高校教学名师和全国水利职教名师各一人)、2位副教授、1位讲师(全国水利职教新星)组成的授课团队,认真对每一节课进行集体备课、反复试讲试镜、认真编辑制作。为了提高《继电保护》共享资源课程的教学效果,25%左右的内容采用现场讲授、实验演示等现场教学方式,45%左右的内容穿插课堂互动教学,对互动内容依据课堂教学内容精心选择、设计,以加深对内容的理解和掌握,也用来克服单纯由教师讲授的枯燥性,很好地改善教学效果。
5.多媒体课件、微课与小视频的制作和在课堂教学中的应用
多媒体课件是现代课程建设的重要组成部分,是多媒体教学的主要载体,特别对技术与职业性强的理工科课程而言,精心制作适合课程特点的多媒体课件,使其成为教学不可或缺的部分[5]。现代科技进步,立体的照相机、摄像机、显示器和电视机的出现和普及,极大地改善了多媒体教学课件的表现形式和教学效果 [6]。制作覆盖课程全部内容的《继电保护》多媒体课件,是教师授课的必备教学资料。《继电保护》是一门理论性和实践性并重的专业核心课程,在处理课程理论性比较强的内容部分,除去精心制作推理步骤齐全,授课直观明确的课件外,对部分内容要建议使用传统板书授课方式,以提高授课效果。多媒体课件要充分利用幻灯、投影、电视等影像技术,要充分采用动画、音效、闪耀、链接等多种手段,制作出内容正确、形象生动、极富感染的教学课件。课件的制作和使用,将继电保护中的一些抽象的、危险的、宏大的、微观的等问题形象化和具体化,这对于启发学生思维,增进学生理解知识,突出教学重点和突破教学难点,都有非常积极的作用;新课的引入,课后的复习巩固,对教师的教学也是十分方便的。
微课和小视频是活跃教学气氛,增强教学效果的有效手段。在平淡的教学过程中,数分钟的微课小品使讲授过程中抽象的知识点和技能要素得以形象生动展示与表现,既活跃了课堂气氛,又使难于理解的问题得到快速有效掌握。因此制作精美、简洁、具体、短小、寄情的形象化人格化的微课和小视频,可以深刻的、出其不意的使学习者得到记忆难忘的收获和形象的理解。认真筛选制作50个左右的知识点和技能要素,制作精美活泼的微课和小视频可对学习起到画龙点睛的奇效。
6.网络在线学习、辅导互动和学习测试系统的建立
每位学习者都有自己学习的目的和目标,只有明确了自己的学习目标,学习者才能知道自己需要学习什么知识,通过学习应达到什么样的程度和要求,以及如何才能达到学习目标[7]。内容丰富、碎片化、形象生动的教学资源为学习者提供了良好的学习平台,但是单方面的学习很难深入,很难抓住重点,有时会被一两个节点卡住,很难正确理解问题的内涵,建立完善畅通的在线辅导系统,形成学习者与教授者之间的有效互动,可以很好的改进学习,提高共享资源的利用效率,充分发挥国家共享资源课程作用。现代先进的网络技术使得在线互动已经不是难题,使教与学突破了时间空间的隔离,搭建了便捷顺畅的学习与辅导的立交桥。《继电保护》课程除去已有的教学团队以外,聘请全国同类院校资深专业教师形成微信辅导团队,及时进行学习辅导,并把每个辅导老师的辅导情况记录在册,根据一段时间辅导的次数与成效给予表彰和付给报酬,能起到极好的辅导效果。
教与学的效果都需要通过一定的测试系统来检验,共享资源课程是开放性的公共学习平台,整个系统除了要为自学者提供全面的学习内容,方便不同人群不同工作需求外,还要尽可能的为学习者提供一个随时检验学习效果的系统。在《继电保护》共享资源中设计一套系统的学习检测软件,学习者通过考试和自测系统,自主选择整个课程、部分章节和学习层次进行网上考试和测试。使学习者便利的在自学每章内容后马上对课程某章节的主要知识点和主要概念等进行测试评分,整个课程学习结束后可以对基本知识掌握情况进行测评,也可用自动生成考卷考试,对照标准卷改卷测试学习情况。利用大数据的收集和分析功能,建立学习者的行为跟踪和评价体系,不断对资源平台进行改进、完善和丰富,使共享资源平台真正成为能学、易学、助学的优质教学资源平台。
四、建设先进的实验和仿真条件支持课程建设
每一部分教学内容应该采用适合的教学方式,只有这样才能使教学实践达到预定的目标[8]。对理论与实践并重的《继电保护》课程来说,与生产实际相融合的教学,才能使学习者掌握从事实际工作的知识和技能。因此《继电保护》的教学共享资源也必须根据各部分教学内容的实际选择实践教学方式,主要有下面三种类型。
1.传统实验手段的教学与演示
任何专业课程的发展都是由技术理论形成的,随着行业和专业的发展,理论得到不断的完善,技术得到不断进步,设备得到不断更新。继电保护技术一样也经历了理论形成与完善,设备与技术随着电力系统的快速发展和数据处理技术和通讯技术的发展不断进步与更新,当今最先进的继电保护技术也传承着最原始保护的因素,因此传统实验室的教学依然是大家学习过程中必不可少的学习内容。例如三段式电流保护的原理和保护装置,线路距离保护和高频保护,发电机和变压器等元件保护的理论与装置都是要继续认识、学习的重要内容,因此合理选择、设计常规继电保护的实验教学依然十分重要。
2.输电线路静态模拟系统的理论与仿真
继电保护按照被保护的对象可以分为电网保护和元件保护,即高压输电线路的保护和各种电气设备的保护,其中高压输电线路将各个发电厂、变电站和用户连成一体构成了整个电力系统即电力网。高压输电线路大多供电距离长、经过的地形复杂,运行过程中也容易发生相间、接地和断线等多种类型的故障和复合故障,因此输电线路的安全就直接关系到整个电网的安全。由于线路的特殊性和故障的复杂性,输电线路的保护就是原理多样、概念抽象、设备复杂的问题,要深入的研究线路的故障特点和保护的配合情况,超高压输电线路的静态模拟和保护系统就成为研究高端继电保护技术的重要实验系统。该静态物理模拟系统利用数十组微小电感和电容模拟输电线路的分布电感、各相对地的分布电容,电感和电容组通过微机控制实现柔性切换,线路两侧通过两独立的同步电源模拟两个并列运行的大型电力系统,在线路两侧断路器上均装设最先进的通讯、远动和智能微机继电保护装置,通过静态模拟系统可以实现对输电线路的各种单体和复合故障进行物理模拟、参数记录分析、保护反应、故障切除和动作分析。静态模拟系统是《继电保护》课程学习和保护理论研究的重要实验设备,也是高级继电保护人才掌握继电保护系统理论和实践技能的重要手段。
3.现代先进微机继电保护试验系统
传统的机电型保护设备一般功能单一,直观性强,现在广泛使用微机保护装置是将参数测量、参数转化、数据传输、保护功能和综合功能为一体,形成了数字化、智能化、集约化的保护、控制与测量综合装置。华中科技大学研制的WLZB-Ⅱ微机线路保护实验台是专为《继电保护》实验教学设计的装置,该实验系统主要特点是:①装置根据需要可选择进行高压输电线路电流保护或距离保护的实验演示,继电保护装置的整定值可自由修改和显示;②可以实现手动对输电线路进行跳闸、合闸操作和状态变化演示;③采用加强型单元机箱封闭结构,能灵活的在开关柜或实验台上进行分散或集中安装,实验过程极为方便;④试验系统采用高性能的80C196为主体,具有较高的稳定性和可靠性,具有良好的自我诊断功能;⑤实验系统具有完善的事故分析功能,例如继电保护动作情况记录、动作顺序记忆和保护工作状况切换记录。从而很好的实现了对发电机、变压器、输电线路的基本故障的模拟、保护的整定、保护的动作的系统验证,还可以实现自动重合闸、自动无功调节和系统同期并列的演示与试验。
五、结束语
基于e-Learning国家共享资源课程的建设,在完善爱课程做好共享资源平台的同时,还要集中承建学校的教学资源,加强组织领导和资金保障,组建优秀的共享资源课程建设团队,以培养学习者的学习兴趣、提升研究能力和实践创新能力,突出课程资源的共享能力,积极扩大课程建设的影响和辐射效应,努力提升了课程建设质量,发挥了课程的示范价值[9]。充分借鉴与吸收其他院校课程建设的经验和成果,真正建设成为反应专业发展方向、体现先进教学理念和代表国家水平的优质共享资源。共享资源课程建设多样化现代教学手段的使用,极大的丰富了《继电保护》课程内容,改善了学习方式和方法,提高了课程的学习成效。
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关键词:电力系统;配置与应用;维护;发展趋势
中图分类号:F407.6 文献标识码: A
引言
继电保护作为电力系统安全、稳定运行的重要保障,如今已经得到了广泛的应用。随着科学技术的不断发展,继电保护技术也在慢慢的朝着微机化、网络化、智能化的方向发展。同时,这也给电力系统的安全运行提供了重要的保障。
一、电力系统继电保护的概述
电力系统的运行情况是日益成为社会生活的正常进行的基础。因此电力系统需安全可靠,并且提供质量高、经济性好的电能供应。然而在某些情况下,比如自然环境、设备老化或故障以及人为因素的影响等等,都可能会导致电力系统发生故障,造成电力系统的运行不正常。故障和异常的出现会危害到整个电力系统的安全运行,这时系统的自动化措施会策略性的解决事故,保障电力系统的正常工作,这一系列自动化措施被称之为电力系统的继电保护。继电保护表现出了良好的电路保护功能,并且运行稳定,操作灵活,与电力相关的各个行业都离不开继电保护。
1、电力系统继电保护的原理
电力系统故障中,各种形式的短路是最常见也是对系统危害最大的故障。因此继电系统通过使用带触点的继电器,对各种电机、变压器(特别是高压变压器)以及输变线等加以保护,以减少故障对电力系统的损害,保证电网的供电正常。
继电保护装置以计算机技术为基础,当电力系统中的电气元器件出现故障(接地、短路等情况)时,保护装置能及时向设备运行单位发出警示信号,并自动使断路器跳闸切断故障单元。
2、继电保护装置的任务
继电保护装置是指在电力系统出现异常情况或者发生短路的情况下,形成继电保护动作,以此来及时调整频率、功率、电压、电流等电气量变化。其任务:一旦电力系统出现工作异常时,能够在第一时间给电力监控警报系统发出准确、及时的警报或者信号,便于尽快处理;当电力系统出现故障的时候,能够有效地保障没有故障的区域继续供电,对于那些故障区域能够有选择地、迅速地、自动地继续切除;当电力系统处于正常运行的状态时,继电保护装置能够对各种设备的运行状况进行完整地、安全地监视。
二、电力系统继电保护应用现状
1、工作人员的能力和素质参差不齐
人员问题是近几年来影响继电保护的一个重要问题,在经济大力发展的情况下,这个问题却仍然没有得到改善。因为电网建设的速度也在逐渐的加快,新建、扩建、改建项目不断的增多,这使得人员的使用情况更加紧张。大部分电力系统的工作人员都存在人员新、水平低、经验少的问题,这也导致在安装、调试的时候容易出现各种各样的问题,甚至还导致验收的时候不能抓住重点。
2、设备配置跟不上发展
为了使电力系统能够更好的运行,很多的电力企业都在对设备和配置进行更新和维护,这使得继电保护装置的信息化程度有一定的提高。但是一些偏远地区由于经济、交通等方面的原因,不能够对设备和配置进行及时的更新,同时也离一流供电企业继电保护装置还有很大的差别。
3、起步较晚发展较快
在我国,电力系统继电保护技术出现在上个世纪 70 年代末期,它的起步较晚,但是发展速度很快。在上个世纪八十年代,微机型的样机试运行之后,电力系统继电保护便开始进行生产和使用。如今,继电保护产品已经推向市场并且被运用在电力系统当中。微机保护靠着良好的技术甚至已经超过了国外的继电保护系产品。从上个世纪 80 年代的 220 千伏高压电力系统,再到如今的国内330千伏、500kV、750kV以及直流超高压800kV系统的继电保护,说明了我国的继电保护设置发展的非常快。
4、微机继电不断的发展
目前电力系统继电保护技术以已得到广泛的应用,其发展过程大致分为四个阶段:电磁型、晶体管、大规模集成电路式和微机式继电保护技术。当前的继电保护技术处在微机继电保护阶段,并在快速发展。微机继电保护不仅具有传统继电保护的功能,而且操作方便灵活,目前以发展实时显示设备参数、定位故障等功能。特别是信息技术、网络技术等新技术的引入,继电保护的发展更是迅速。
1)通过引入 IT 技术,将计算机与电力系统连接起来,继电保护可以将故障测量、系统控制、系统保护整个过程融为一体。
2)人工神经网络的应用,能够快速解决电力系统中的非线性问题,及时分析电网的各项参数,预判故障的发生位置,提前做好应对措施。
3)引入新型的光学数字式电压、电流互感器替代传统的电感式测量仪器,测量结果精确度更高。
4)电网系统入网,实现广域保护。
三、电力系统继电保护的发展前景分析
1、计算机化、网络化发展
计算机的普及和网络技术的快速发展,为各项工作的开展提供了强有力的通信手段。有关统计数据表明,目前我国电力系统中的数据量巨大,与之相比继电保护系统的数据通信手段则相对落后,难以满足当前电力系统发展的需要。因此继电保护的发展不应只满足于切除系统中的故障元件等技术层面,更应该立足于整个电力系统的安全性、可靠性,结合计算机技术,利用网络资源来进行现代化的继电保护。
首先整个电网系统的广域连接,要求继电保护具有强大的数据处理能力,并有足够大的存储空间以存储大量的故障信息;然后为了保障信息传输的及时性和有效性,电力继电保护系统还要具有强大的通信能力,实现整个系统的资源共享,数据和信息能够及时得到传输。另外随着计算机局域网络技术的发展,光纤通信技术在大规模自动化系统中的应用,电力继电保护装置系统表现出了良好的抗电磁干扰能力,对数据的高速、准确、实时传输提供了保障。
2、智能化发展
在传统的电力继电保护中,已实现了自动报警、自动调节、自动切除等智能化操作,并实现了系统事故的自动判别与处理、智能决策、在线自诊断等。为了提高继电保护系统智能化操作,自适应理论、人工神经网络、支持向量机、模糊逻辑、专家控制和蚁群算法等智能算法目前已广泛应用到系统中。因此将来继电保护智能化的系统具有目前已有的特点外,还会具有人机一体化、自组织能力、学习能力与自我维护能力;甚至会具有人的思维能力等等。
3、数字化发展
随着社会经济的不断发展,数字化变电站的建设成为电网建设的主流。一方面,数字化变电站可以减少自动化设备数量和设备的检修次数和时间,提高系统的可靠性和设备的使用率。另一方面,数字化变电站可以减少占地面积和投资成本,还可以实现资源信息的共享。数字化技术是需要不断发展和完善的技术。它的研究和应用是一个持续、渐进的发展过程,相信在不久的将来它一定会成为继电保护的主流技术。
4、控制、保护、数据通信、图形显示一体化
在网络化、数字化和智能化的发展趋势下,电力系统的整个保护装置可以视为多功能、多操作的计算机。它能够从网上获取电力系统运行和故障的各种数据,并将它获得的及它自身的数据和信息发送出去。因此有必要将继电保护系统的控制端、保护方式、数据通信技术、测量监视、图像监控等集中于一体,未来的电力继电保护装置会具有继电保护功能,还具有监视整个系统实时运行、并对开关设备及过程控制设备操作进行控制的功能。
5、输电技术出现新突破
电力电子技术的不断发展和突破,直流输电技术也在日益成熟。在这样的情况下会促生多种新的发电方式,其产生的电能都会以直流电的方式输送,比如磁流体发电、电气体发电、燃料电池和太阳能电池等等。这意味着直流输电技术在电力系统中必将得到更多的应用。另外超高压输电也表现出了优越性,比如增加输送容量,增长了传输距离,降低了单位功率电力传输的工程造价,并且能够减少线路对能量的损耗,线路走廊所占地面积也大大缩减,这些都说明直流输电具有显著的综合经济效益和社会效益,在将来的继电保护中会得到发展和应用。
四、结束语
综上所述,在我国经济和社会快速发展的时期里,各项生产活动的进行都需要大量的电力,高效可靠地的电力继电保护是电力系统正常、平稳运行的基础,也是我国经济稳步发展的要求。在先进 IT技术、自动化控制技术等先进技术的支持下,继电保护必将会面临新的发展机遇和挑战,继电保护将不断向着计算机化、网络化、一体化、智能化和综合自动化的方向发展。因此思想上必须与时俱进,明确电力系统继电保护的基本任务和意义,及时掌握技术发展的方向,将新技术不断应用到继电保护中。
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[关键词]电力系统 继电保护 配置与整定电力系统的安全稳定运行,对国民经济和社会发展的意义巨大。继电保护是电力系统安全稳定运行的一道最重要防线,作用至关重要。继电保护装置的选型及整定计算,是保证电力设备安全运行的最有效的技术手段。
中图分类号:F057 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)22-0064-01
一、继电保护的基本知识
1.1通常把由各类发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态,不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态;故障主要包括各种类型的短路和断线,其中最常见且最危险的是各种类型的短路,电力系统的短路故障会产生如下后果:
①故障点的电弧使故障设备损坏;②比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应,使故障回路中的设备遭到破坏;③部分电力系统的电压大幅度下降,使用户的正常工作遭到破坏,影响企业的经济效益和人们的正常生活;④破坏电力系统运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使电力系统瓦解,造成大面积停电的恶性循环。
故障或不正常运行状态若不及时正确处理,都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态,避免事故发生,就产生了继电保护,它是一种重要的反事故措施。继电保护包括继电保护技术和继电保护装置,且继电保护装置是完成继电保护功能的核心,它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。
1.2继电保护的任务
①当电力系统中某电气元件发生故障时,能自动,迅速,有选择地将故障元件从电力系统中切除,避免故障元件继续遭到破坏,使非故障元件迅速恢复正常运行。②当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时,能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。
1.3继电保护装置的基本原理
我们知道在电力系统发生短路故障时,许多参量比正常时候都了变化,当然有的变化可能明显,有的不够明显,而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据,构成保护。除此之外,根据线路内部短路时,两侧电流相位差变化可以构成差动原理的保护;当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护。原则上讲,只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征(差别),即可形成某种判据,从而构成某种原理的保护,且差别越明显,保护性能越好。
1.4继电保护装置的组成:被测物理量-测量-逻辑-执行-跳闸或信号
整定值
测量元件:其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量(如电流、电压、阻抗、功率方向等),并与已给定的整定值进行比较,根据比较结果给出逻辑信号,从而判断保护是否该起动。
逻辑元件:其作用是根据测量部分输出量的大小,性质,输出的逻辑状态,出现的顺序或它们的组合,使保护装置按一定逻辑关系工作,最后确定是否应跳闸或发信号,并将有关命令传给执行元件。
执行元件:其作用是根据逻辑元件传送的信号,最后完成保护装置所担负的任务。
1.5继电保护的基本要求
选择性:是指电力系统发生故障时,保护装置仅将故障元件切除,而使非故障元件仍能正常运行,以尽量减小停电范围。
速动性:是指保护快速切除故障的性能,故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。
灵敏性:是指在规定的保护范围内,保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时,不论短路点的位置与短路的类型如何,都能灵敏地正确地反应出来。
可靠性:是指发生了属于它该动作的故障,它能可靠动作,而在不该动作时,它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。
二、变压器保护配置及整定计算
2.1变压器保护配置
电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件,它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。因此,我们必须研究变压器有哪些故障和不正常运行状态,以便采取相应的保护措施。
变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障,主要是套管和引出线上发生相间短路以及中性点直接接地侧的接地短路。这些故障的发生会危害电力系统的安全连续供电。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱内故障时产生的电弧,不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯,而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体,有可能引起变压器油箱的爆炸。
变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷、风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等,这些运行状态会使绕组和铁芯过热。此外,对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器,外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压,威胁变压器的绝缘;大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会发生变压器的过励磁,引起铁芯和其它金属构件的过热。
主保护:电流差动保护、瓦斯保护
后备保护:过电流保护/低压闭锁过电流保护/复合电压闭锁过流保护/阻抗保护/零序过电流保护/零序过电压保护/过负荷保护/过激磁保护。
两种配置模式:①主保护、后备保护分开设置。②成套保护装置,重要变压器双重化配置。
2.2 纵联差动保护
由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同,因此,为了保证纵差动保护的正确工作,就必须适当选择两侧电流互感器的变比,使得在正常运行和外部故障时,两个二次电流相等,亦即在正常运行和外部故障时,差动回路的电流等于零。应使:
式中―高压侧电流互感器的变比;―低压侧电流互感器的变比;―变压器的变比(即高、低压侧额定电压之比)。
由此可知,要实现变压器的纵差动保护,就必须适当地选择两侧电流互感器的变比,使其比值等于变压器的变比,这是与前述送电线路的纵差动保护不同的。这个区别是由于线路的纵差动保护可以直接比较两侧电流的幅值和相位,而变压器的纵差动保护则必须考虑变压器变比的影响。
对于大型变压器而言,它都必需装设单独的变压器差动保护,这是因为变压器差动保护通常采用两侧电流差动,其中高电压侧电流引自高压侧电流互感器,低压侧电流引自变压器低压侧电流互感器,这样使差动保护的保护范围为二组电流互感器所限定的区域,从而可以更好地反映这些区域内相间短路,高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护,其接线原理图如图2所示。正常情况下,=即:
所以这时Ir=0,实际上,由于电流继电器接线方式,变压器励磁电流,变比误差等影响导致不平衡电流的产生,故Ir不等于0 ,针对不平衡电流产生的原因不同可以采取相应的措施来减小。
尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点,但当大型变压器内部产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时,纵联差动保护不能动作,这时我们还需对变压器装设另外一个主保护-瓦斯保护。
2.3 瓦斯保护
瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障,它由于一方面简单,灵敏,经济;另一方面动作速度慢,且仅能反映变压器油箱内部故障,就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补,效果更佳。
2.3.1 瓦斯保护的工作原理
当变压器内部发生轻微故障时,有轻瓦斯产生,瓦斯继电器的上触点闭合,作用于预告信号;当发生严重故障时,重瓦斯冲出,瓦斯继电器的下触点闭合,经中间继电器作用于信号继电器,发出警报信号,同时断路器跳闸。瓦斯继电器的下触点闭合,也可利用切换片切换位置,只给出报警信号。
2.3.2 瓦斯保护的整定
瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分,它们装设于油箱与油枕之间的连接导管上。其中轻瓦斯按气体容积进行整定,整定范围为:250~300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度进行整定,整定范围为:0.6~1.5m/s,一般整定在1m/s 。
参考文献