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【摘要】结合教学实践经验，强调主保护、后备保护、辅助保护的分类方法，体现电力系统继电保护的整体性；强调技术性要求统一于经济性要求，体现电力系统继电保护的目的性。采用理论分析方法，将继电保护的基本工作原理归纳为信息的获取与处理，从而将各类继电保护纳入到一个统一的模型中。
【关键词】继电保护 教学改革
电力系统继电保护是一种反事故的自动装置，它的主要任务是要快速、有选择性、可靠地正确反应电力系统中各种类型的故障及各种异常的运行方式，并做出适当的动作。继电保护是实现电力系统安全稳定运行的要保障手段，电力系统继电保护技术的发展却越来越快，装置的微机化已基本完成，运行体系的市场化也正在实施过程中。因此，电力系统继电保护课程一直是原电力系统专业的一门主干专业课程，该课程涉及继电保护技术和继电保护装置，内容较多，难度较深，而且强调理论和实践并重，相应的课时也较多。如果还是按照传统的教学内容组织教学，仅仅采取删减内容、降低难度的办法是难以满足社会对于未来电气工程师知识和能力的要求的。为此，结合近几年的教学实践经验，本文提出以系统论的观点重构电力系统继电保护课程的教学内容体系，以信息论的方法贯穿继电保护原理的教学过程，力争在有限的课时内，帮助学生建立起一个完整的专业知识结构体系。
一、以系统论的观点，构建电力系统继电保护课程的教学体系
所谓系统，是指一个由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。整体性、相关性和目的性是系统最基本的特征。将系统论的观点运用到继电保护教学中，就是将继电保护课程的教学内容作为一个系统来对待，运用系统的观点来组织教学内容。具体来讲包括以下两个方面。
1、强调主保护、后备保护、辅助保护的分类方法，体现电力系统继电保护的整体性。电力系统继电保护课程涉及的内容较多，大多数教材将其分为继电保护基础、高压电网继电保护、元件保护和微机保护等四部分内容。从原理上分为电流保护、距离保护、纵联保护、差动保护以及自动重合闸等，从装置的实现技术上又分为机电型保护、整流型保护、集成电路型保护及微机型保护等。在课时大幅度压缩的前提下，如何把握重点、如何协调好深度与广度的关系是继电保护教学中面临的一个首要问题。为了解决这一问题，应当运用系统论中的整体性观点，将继电保护课程教学内容所涉及的各类保护视为一个有机的整体，而不是被各个章节分割开来的独立个体。虽然各种保护的性能特点各不相同，但是，他们共同来完成电力系统中各个环节的保护任务。既然作为一个有机的整体，就要充分注意各个组成部分和各个层次的协调与衔接，以提高系统的有序性和整体运行效率。要体现整体性就需要改变这种相对独立的分类方法，突出在实际运行中所常采用的按照保护所起的作用进行分类的方法，即：将保护分为主保护、后备保护、辅助保护三种类型。这种分类方法，实际上是将各种保护分为3个层次，结构简单，且主次分明，在讲课中，以主保护为主线，讲深、讲透，并加强各类主保护原理与性能之间的纵向比较，使学生在学习过程中始终将电力系统继电保护作为一个整体来对待。
2、体现电力系统继电保护的目的性对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这四个基本要求它们之间即矛盾性，在一定条件下它们又是统一的。继电保护课程历来强调对四个基本要求的分析，并将其视为研究继电保护性能的基础，是贯穿全课程的基本线索。但是，往往强调其矛盾对立的较多，而对其协调统一性分析不多，因为对这一问题的讨论主要局限于技术层面。在技术层面上，由于缺乏一个共同的目标，这四个基本要求只有对立，无法统一。从系统论的观点看，系统都具有明确的目的性，电力系统以及它的继电保护子系统也必然具有明确的目的性，而建设和运营现代电力系统的一个主要目的就是获取经济利益。由此可见，对于继电保护技术层面上的这四个基本要求的协调统一只能在经济层面上实现，即所有的技术性要求的最终目标是应保证该电力系统能够达到最佳的经济指标。
二、以信息论的方法贯穿继电保护原理的教学过程
1、所谓通信就是两个系统之间传递信息，由信源发出信息，通过信道传送信息，再由信宿获取信息。信息论最早产生于通信领域，后来的发展逐步突破通信工程的范围，把通信以外的信息处理问题也包括进来，力求建立关于信息的基本性质，度量方法以及信息的取得、传递、处理的一般理论。
通信系统模型是编码信道译码---->信宿---->噪声---->信源。可以很容易地推广到其他非通信系统。这些系统都可以称为信息系统。例如电力系统中的各个被保护设备可视为信源，它们随机地、大量地发出各种信息，这些信息包含着该设备的运行状态。而继电保护装置可视为信宿，它接收通过信道传递过来的信源所发出的各类信息，从中提取出有用的信息，确定被保护设备的状态，即通信增加了系统的确定性，进而可以发出相应的控制指令，完成对电力系统的保护。不同保护装置采取不同的方式来采集、分析、处理信源发出的这些信息。
2、利用信息论分析具体保护。例如，电流保护测量流过被保护线路的电流，并通过电流幅值的大小来确定该线路是否发生短路故障。但是，仅从电流幅值中得到的信息量太少，难以精确确定短路故障发生的位置，这是因为，短路电流的大小不仅与短路故障发生的位置有关，而且与电力系统
的运行方式有关，距离保护则同时采集被保护线路的电流和电压信号，通过分析计算，得到测量阻抗，进而判断该线路是否发生短路故障。由于测量阻抗大小不受系统运行方式变化的影响，因此距离保护Ⅰ段的保护区一般可以达到本线路全长的80%左右。与简单的电流保护比较，可以看出，信息量的增加，带来了系统确定性的增加。要消除测量误差引起的系统不确定性，还需要进一步增加有用的信息量。由于测量误差带来的不确定性主要产生于线路末端，而本线路保护的末端区域与下一线路保护的首端区域相对应，因此，如果能够获得下一线路的继电保护装置对故障的判断结果，就可以消除由测量误差引起的不确定性。距离（以及电流）保护段获取下一线路保护装置动作信息的手段比较独特，它不需要额外的通讯设备，所以成本低，但增加了保护的动作延时，影响保护装置的快速性。显然，只要能够在上下级保护之间建立快速的通信信道，就可以同时满足继电保护装置的选择性、灵敏性、快速性的要求，这就是目前广泛使用的各种纵联保护以及正在发展的广域保护所采取的思路。
我国电力系统继电保护技术经历了计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步,继电保护技术面临着进一步发展的趋势。这对继电保护工作者提出了艰巨的任务,也开辟了活动的广阔天地。
参考文献
[1] 钱学森.论系统工程[M].
[2] 苗东升.系统科学精要[M].
[3] 袁荣湘.电力系统继电保护课程改革的探讨[J].
【关键词】继电保护 教学改革
电力系统继电保护是一种反事故的自动装置，它的主要任务是要快速、有选择性、可靠地正确反应电力系统中各种类型的故障及各种异常的运行方式，并做出适当的动作。继电保护是实现电力系统安全稳定运行的要保障手段，电力系统继电保护技术的发展却越来越快，装置的微机化已基本完成，运行体系的市场化也正在实施过程中。因此，电力系统继电保护课程一直是原电力系统专业的一门主干专业课程，该课程涉及继电保护技术和继电保护装置，内容较多，难度较深，而且强调理论和实践并重，相应的课时也较多。如果还是按照传统的教学内容组织教学，仅仅采取删减内容、降低难度的办法是难以满足社会对于未来电气工程师知识和能力的要求的。为此，结合近几年的教学实践经验，本文提出以系统论的观点重构电力系统继电保护课程的教学内容体系，以信息论的方法贯穿继电保护原理的教学过程，力争在有限的课时内，帮助学生建立起一个完整的专业知识结构体系。
一、以系统论的观点，构建电力系统继电保护课程的教学体系
所谓系统，是指一个由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。整体性、相关性和目的性是系统最基本的特征。将系统论的观点运用到继电保护教学中，就是将继电保护课程的教学内容作为一个系统来对待，运用系统的观点来组织教学内容。具体来讲包括以下两个方面。
1、强调主保护、后备保护、辅助保护的分类方法，体现电力系统继电保护的整体性。电力系统继电保护课程涉及的内容较多，大多数教材将其分为继电保护基础、高压电网继电保护、元件保护和微机保护等四部分内容。从原理上分为电流保护、距离保护、纵联保护、差动保护以及自动重合闸等，从装置的实现技术上又分为机电型保护、整流型保护、集成电路型保护及微机型保护等。在课时大幅度压缩的前提下，如何把握重点、如何协调好深度与广度的关系是继电保护教学中面临的一个首要问题。为了解决这一问题，应当运用系统论中的整体性观点，将继电保护课程教学内容所涉及的各类保护视为一个有机的整体，而不是被各个章节分割开来的独立个体。虽然各种保护的性能特点各不相同，但是，他们共同来完成电力系统中各个环节的保护任务。既然作为一个有机的整体，就要充分注意各个组成部分和各个层次的协调与衔接，以提高系统的有序性和整体运行效率。要体现整体性就需要改变这种相对独立的分类方法，突出在实际运行中所常采用的按照保护所起的作用进行分类的方法，即：将保护分为主保护、后备保护、辅助保护三种类型。这种分类方法，实际上是将各种保护分为3个层次，结构简单，且主次分明，在讲课中，以主保护为主线，讲深、讲透，并加强各类主保护原理与性能之间的纵向比较，使学生在学习过程中始终将电力系统继电保护作为一个整体来对待。
2、体现电力系统继电保护的目的性对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这四个基本要求它们之间即矛盾性，在一定条件下它们又是统一的。继电保护课程历来强调对四个基本要求的分析，并将其视为研究继电保护性能的基础，是贯穿全课程的基本线索。但是，往往强调其矛盾对立的较多，而对其协调统一性分析不多，因为对这一问题的讨论主要局限于技术层面。在技术层面上，由于缺乏一个共同的目标，这四个基本要求只有对立，无法统一。从系统论的观点看，系统都具有明确的目的性，电力系统以及它的继电保护子系统也必然具有明确的目的性，而建设和运营现代电力系统的一个主要目的就是获取经济利益。由此可见，对于继电保护技术层面上的这四个基本要求的协调统一只能在经济层面上实现，即所有的技术性要求的最终目标是应保证该电力系统能够达到最佳的经济指标。
二、以信息论的方法贯穿继电保护原理的教学过程
1、所谓通信就是两个系统之间传递信息，由信源发出信息，通过信道传送信息，再由信宿获取信息。信息论最早产生于通信领域，后来的发展逐步突破通信工程的范围，把通信以外的信息处理问题也包括进来，力求建立关于信息的基本性质，度量方法以及信息的取得、传递、处理的一般理论。
通信系统模型是编码信道译码---->信宿---->噪声---->信源。可以很容易地推广到其他非通信系统。这些系统都可以称为信息系统。例如电力系统中的各个被保护设备可视为信源，它们随机地、大量地发出各种信息，这些信息包含着该设备的运行状态。而继电保护装置可视为信宿，它接收通过信道传递过来的信源所发出的各类信息，从中提取出有用的信息，确定被保护设备的状态，即通信增加了系统的确定性，进而可以发出相应的控制指令，完成对电力系统的保护。不同保护装置采取不同的方式来采集、分析、处理信源发出的这些信息。
2、利用信息论分析具体保护。例如，电流保护测量流过被保护线路的电流，并通过电流幅值的大小来确定该线路是否发生短路故障。但是，仅从电流幅值中得到的信息量太少，难以精确确定短路故障发生的位置，这是因为，短路电流的大小不仅与短路故障发生的位置有关，而且与电力系统
的运行方式有关，距离保护则同时采集被保护线路的电流和电压信号，通过分析计算，得到测量阻抗，进而判断该线路是否发生短路故障。由于测量阻抗大小不受系统运行方式变化的影响，因此距离保护Ⅰ段的保护区一般可以达到本线路全长的80%左右。与简单的电流保护比较，可以看出，信息量的增加，带来了系统确定性的增加。要消除测量误差引起的系统不确定性，还需要进一步增加有用的信息量。由于测量误差带来的不确定性主要产生于线路末端，而本线路保护的末端区域与下一线路保护的首端区域相对应，因此，如果能够获得下一线路的继电保护装置对故障的判断结果，就可以消除由测量误差引起的不确定性。距离（以及电流）保护段获取下一线路保护装置动作信息的手段比较独特，它不需要额外的通讯设备，所以成本低，但增加了保护的动作延时，影响保护装置的快速性。显然，只要能够在上下级保护之间建立快速的通信信道，就可以同时满足继电保护装置的选择性、灵敏性、快速性的要求，这就是目前广泛使用的各种纵联保护以及正在发展的广域保护所采取的思路。
我国电力系统继电保护技术经历了计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步,继电保护技术面临着进一步发展的趋势。这对继电保护工作者提出了艰巨的任务,也开辟了活动的广阔天地。
参考文献
[1] 钱学森.论系统工程[M].
[2] 苗东升.系统科学精要[M].
[3] 袁荣湘.电力系统继电保护课程改革的探讨[J].