中职电气化铁道供电专业继电保护教学的探索

摘 要：继电保护作为中职电气化铁道供电的主要专业课程，需要理论与实践相结合。由于实验室投资大、实验安全风险高等特点，继电保护课程都采用传统的理论教学方法。应用虚拟现实技术的虚拟场景、交互过程、易于升级等特点可以提高继电保护教学的实践性。

关键词：继电保护；虚拟现实；虚拟环境

电力系统在运行过程中会发生各种故障和不正常的工作状态，导致供电中断、设备损坏，甚至引发事故，造成人身伤亡。故障常常在十分之几甚至百分之几秒内发生。实践证明，只有在每个电气元件上装设继电保护装置才能及时发现和切除故障。目前，继电保护装置已经是电气化铁道，城市轨道交通系统装备中的重要组成部分。

中职电气化铁道供电专业开设继电保护这门课程旨在介绍继电保护的作用、原理、组成、保护方式等基础知识以及如何将这些基础知识应用于电气化铁道供电的现场实践。

一、继电保护教学方法现状

继电保护作为中职电气化铁道供电专业的主要课程，一直以来都是按照教材章节顺序展开理论教学，教学过程强调知识的系统性和理论的完整性。在这种传统教学模式下，教师是课堂的主导，学生在教师的引导下理解继电保护的概念，掌握继电保护的各种方法。有经验的教师会尽量应用通俗易懂的语言和形象的比喻来阐述这些内容，同时应用一些多媒体手段辅助教学，用心的学生一般能够学得懂。

然而，随着课程的深入，讲到继电保护的基础知识在电气化铁道供电中的实际应用时，教师即便使尽浑身解数，大多数学生还是云里雾里、似懂非懂。究其原因，主要是电气化铁道供电的现场应用了大量的电气设备，这些设备相互配合，通过复杂的电气线路连接在一起，以满足电气化铁路的运行要求。继电保护装置正是安装在这些设备上，通过有效的配合和整定，起到保护的作用。学生没有这样的现场体验，光靠教师口授和一些图片视频资料不足以使学生充分认识现场设备以及它们的配合关系，从而不能真正理解继电保护装置在现场的应用。

二、继电保护实践教学的难度

想要学生真正学懂继电保护，能够达到灵活应用的目的，最好的方法是建设继电保护实验室。然而，建设继电保护实验室需要投入大量的设备，宽阔的场地，专业的施工安装，这笔投资对于中职学校而言无异于天文数字。即使建成这样的实验室，将来让学生进行实验时存在的安全隐患也是一个重大问题。

现场参观也是一个增进认识的好方法，可是电气化铁道供电工区和变电所是铁路运行重地，学生进入参观会影响正常运行，也存在非常大的安全隐患。

因此，尽管中职教学一再强调培养“懂理论、会设计、能安装调试、善于维护管理”的专业技能人才，继电保护的教学却一直停留在纸上谈兵的阶段。

三、虚拟现实教学的探索

虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户投入该环境中，实现用户与该环境直接进行交互的一门崭新的综合性信息技术。其目的是能让用户对虚拟世界中的物体进行考察或操作，同时提供视、听、摸等直观而又自然的实时感知。

目前，虚拟现实技术已广泛应用于医学、建筑工程、军事、艺术、教育等领域，在一些危险工作环境的岗前培训中尤其显现出其优势。这种优势也正是电气化铁道供电专业继电保护教学所需要的。

1.构建虚拟环境

以真实牵引变电所场景为基础，构建虚拟环境，在该环境中准确重现变电所的所有设备、仪表、线路等。学生通过适当的操作，可以实现场景变换，如同身临其境。这种直观体验，对其日后进入现场工作有非常现实的意义。

2.模拟日常工作

通过一些流程设定，可以在虚拟环境中模拟变电所值班员或继电保护工的日常工作，如巡视检查、测量记录、检查维护、调整试验、倒闸操作、定值设置等。以定值设置为例，学生在领取任务之后，需通过切换场景，找到继电保护工作台，以相应的权限登录软件，并在相应位置更改定值之后保存，如果操作过程出错，就会终止任务，并提示可能因此产生的后果。这样一来，学生如同在真正的牵引变电所实习，对任务的理解既直观又深刻，而且避免了失误可能造成的损失。

3.模拟故障处理

虚拟场景可以模拟任何设备上的故障，例如，变压器内部故障。通过设定一些参数值，使虚拟的变压器油箱内发生轻微的短路故障，学生可以观察到差动保护并不会动作，而瓦斯继电器内部，少量气体聚集于继电器上部，迫使继电器内油面下降，上开口杯露出油面，浮力减小，导致上开口杯发生顺时针方向的转动，从而带动永久磁铁靠近干簧接点，使之闭合，发生“轻瓦斯”保护动作信号。经过这样的体验，学生对于故障发生时继电保护装置的动作会有更深刻的理解，有助于他们在工作中快速查找故障、判断故障原因，及时处理故障。

综上所述，虚拟现实技术在继电保护的教学中有类似实验室，甚至强于实验室教学的效果，同时，随着现场技术、设备的更新换代，虚拟现实软件也可以升级，以满足更新的要求。

参考文献：

戴志辉.继电保护可靠性及其风险评估研究[D].华北电力大学，2012.

编辑 温雪莲

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