吳昊? 田有文 史俊婷

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 遼寧沈陽 110866

Flash動(dòng)畫在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)教學(xué)中的應(yīng)用

吳昊? 田有文 史俊婷

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 遼寧沈陽 110866

針對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程的內(nèi)容和特點(diǎn)，分析Flash動(dòng)畫應(yīng)用于繼電保護(hù)教學(xué)相比于普通教學(xué)的優(yōu)勢。結(jié)合繼電保護(hù)教學(xué)，制作了電流繼電器、三段式電流保護(hù)原理等一系列Flash動(dòng)畫課件。以方向性零序電流三段保護(hù)為例，詳細(xì)闡述了制作過程。本課件的制作與應(yīng)用對繼電保護(hù)教學(xué)大有裨益，可在其他學(xué)校電力系統(tǒng)繼電保護(hù)教學(xué)中推廣普及。

繼電保護(hù)；Flash動(dòng)畫；教學(xué)；制作

電氣工程教學(xué)中涉及大量的概念介紹、原理分析、過程分解，需有圖、動(dòng)、音等方面的信息[1]，需要學(xué)生主動(dòng)去發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程尤為如此。而Flash動(dòng)畫以活潑的畫面、鮮艷的色彩呈現(xiàn)事物變化的過程，能形象、生動(dòng)、逼真地描述事物的運(yùn)動(dòng)形式、空間位移、相互關(guān)系和形狀變化，恰好滿足電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程的知識特點(diǎn)。所以，把優(yōu)秀的Flash動(dòng)畫應(yīng)用于繼電保護(hù)教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，渲染教學(xué)氛圍，構(gòu)建特定的教學(xué)情境，更重要的是可以有效地突破教學(xué)重難點(diǎn)，有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，收到事半功倍的效果。另外Flash動(dòng)畫可以很方便地在課堂上用多媒體設(shè)備播放，也可以嵌入網(wǎng)頁，在局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上使用，F(xiàn)lash動(dòng)畫可有效促進(jìn)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程教學(xué)的應(yīng)用和推廣。

1 繼電保護(hù)課程的特點(diǎn)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程分為電網(wǎng)的電流保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、高頻保護(hù)以及自動(dòng)重合閘和電力變壓器的繼電保護(hù)等幾部分[2]，是研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況，以探討其對策的反事故自動(dòng)化措施。繼電保護(hù)學(xué)科具有以下特點(diǎn)。

1.1 抽象性

繼電保護(hù)課程研究的內(nèi)容與反映故障的繼電保護(hù)裝置相關(guān)，裝置通過判斷進(jìn)行故障切斷或發(fā)信號或不動(dòng)作，具有一定的抽象性。若只憑借書本的靜止圖片與文字?jǐn)⑹龊茈y理解整個(gè)動(dòng)作過程。

1.2 邏輯性

繼電保護(hù)裝置要求具有選擇性，要保證僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，盡量減小停電面積，以保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行，而這種裝置的選擇切斷實(shí)際上是一種邏輯判斷。書本很難表現(xiàn)出因?yàn)槟撤N故障原因?qū)е卤Ｗo(hù)對應(yīng)結(jié)果的邏輯關(guān)系。

1.3 實(shí)踐性

繼電保護(hù)實(shí)踐性強(qiáng)，涉及大量的現(xiàn)場保護(hù)裝置，其結(jié)構(gòu)與動(dòng)作原理很難用1～2幅圖闡述清楚，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室又不可能擁有大量保護(hù)裝置。因此在繼電保護(hù)的教學(xué)中，學(xué)生容易產(chǎn)生困惑與誤解，對于教師教學(xué)也具有挑戰(zhàn)性。

2 Flash課件教學(xué)的優(yōu)勢

2.1 抽象變具體

Flash動(dòng)畫應(yīng)用于繼電保護(hù)教學(xué)，可以依托Flash的圖形編輯功能、動(dòng)畫功能，將繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作過程、動(dòng)作原理形象化地表現(xiàn)出來。例如在氣體繼電器的動(dòng)畫制作中，將氣體繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)描繪在Flash的工作空間，使用補(bǔ)間動(dòng)畫表現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的動(dòng)作過程，由此制作產(chǎn)生的動(dòng)畫就更生動(dòng)，具有直觀性。

2.2 交互能力強(qiáng)

一個(gè)具有強(qiáng)大交互功能的Flash課件可以靈活地展現(xiàn)聲、像、文并茂的教學(xué)信息，激發(fā)學(xué)生的求知欲、創(chuàng)造欲，增強(qiáng)對知識的認(rèn)知和理解[2]。Flash動(dòng)畫課件可以擺脫傳統(tǒng)教學(xué)的限制，動(dòng)畫可以與觀看者產(chǎn)生互動(dòng)。按下功能按鈕可以闡述繼電保護(hù)裝置對應(yīng)元件的功能、原理，當(dāng)按下正常運(yùn)行或故障按鈕時(shí)，則進(jìn)行動(dòng)畫演示，同時(shí)Flash動(dòng)畫還可以通過復(fù)位鍵反復(fù)播放，解決了課堂上一遍沒聽懂沒理解的問題。

2.3 易發(fā)布傳播

Flash做的繼電保護(hù)動(dòng)畫憑借Flash生成的swf文件占用空間小，對電腦的播放要求低，同時(shí)有著可嵌入網(wǎng)頁、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布傳播等特點(diǎn)，能夠最大化發(fā)揮動(dòng)畫教學(xué)課件的作用。

3 繼電保護(hù)Flash動(dòng)畫制作

本課程采用Flash主要制作了各種繼電器、各種保護(hù)原理的動(dòng)畫，包括螺管線圈式電流繼電器、吸引銜鐵式電流繼電器、轉(zhuǎn)動(dòng)舌片式電流繼電器、極化繼電器、氣體繼電器、感應(yīng)式電流繼電器、三段式電流保護(hù)、方向性電流保護(hù)、零序電流保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、相差高頻保護(hù)、自動(dòng)重合閘原理、變壓器電流保護(hù)等30余個(gè)動(dòng)畫?，F(xiàn)以方向性零序電流三段保護(hù)為例，使用Flash CS5版本，簡要說明Flash繼電保護(hù)動(dòng)畫的制作過程。

3.1 計(jì)劃課件對象

確定該動(dòng)畫要執(zhí)行哪些基本任務(wù)，相應(yīng)繼電保護(hù)原理將以何種形式表現(xiàn)出來。動(dòng)畫開發(fā)是為展現(xiàn)繼電保護(hù)中電氣設(shè)備故障時(shí)動(dòng)作的整個(gè)過程，使課本上枯燥靜止的圖片變成動(dòng)畫，展現(xiàn)繼電保護(hù)的過程及原理。

3.2 制定格式標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)化是對重復(fù)性的事物和概念，通過制訂、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到統(tǒng)一，以獲得最佳秩序和社會(huì)效益。當(dāng)一個(gè)整體中的各部分接近或相似時(shí)，學(xué)習(xí)者更容易從各部分中把握規(guī)律，從而掌握整體[3]?；谥X的整體性，在課件的統(tǒng)一性原則中，最重要的是界面的統(tǒng)一[4]。在Flash課件制作中，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的格調(diào)統(tǒng)一性，布局一致性，減少觀眾對課件界面及操作的學(xué)習(xí)成本，在制作動(dòng)畫之前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，也為日后其他動(dòng)畫的制作提供方便，有利于動(dòng)畫課件的修改和再制作。

一個(gè)好的Flash動(dòng)畫制作大致需要經(jīng)過以下幾個(gè)流程(如圖1所示)。

圖1 正常運(yùn)行部分制作示意圖

3.3 素材準(zhǔn)備

創(chuàng)建并導(dǎo)入媒體元素，如圖像文本等。按鈕、黑板裝飾和背景元素等原件從素材庫或者網(wǎng)絡(luò)中選取。繼電保護(hù)原理接線圖使用數(shù)碼相機(jī)在教材上捕獲，保存為jpg格式備用。

3.4 建立工作空間繪制圖形

打開Flash軟件，選擇文件-新建-Actionscript2.0-ok，然后選擇屬性窗口將FPS幀數(shù)設(shè)置為2幀(因教學(xué)動(dòng)畫有可能需要配合教師課堂授課，同時(shí)由于課程特點(diǎn)，不需要過多特效，故將幀數(shù)調(diào)低)，分辨率設(shè)置為1 366×768，保存為“方向性零序電流三段保護(hù).fla”。

將相機(jī)捕獲的繼電保護(hù)原理圖線路圖置于圖層最下層，然后創(chuàng)建多個(gè)圖層，按照各部件的整體動(dòng)作情況，用畫筆進(jìn)行分圖層描摹，繪制原理圖、接線圖，并將開關(guān)分離在不同圖層。并按先前制定的標(biāo)準(zhǔn)位置放置黑板、按鈕、文字。

3.5 創(chuàng)建動(dòng)畫

動(dòng)畫的創(chuàng)建按照動(dòng)畫播放的順序進(jìn)行，在方向性零序電流三段保護(hù)中，動(dòng)畫分成正常運(yùn)行、內(nèi)部故障和外部故障三部分制作。

(1)正常運(yùn)行

從第1幀到第9幀為動(dòng)畫主界面。從第10幀開始，編輯正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)畫。正常運(yùn)行時(shí)ABC三相對稱，線路不存在零序電流，使用閃爍的細(xì)紅線表示流過電流。由于保護(hù)不動(dòng)作，其他部分不變化(如圖1所示)。

(2)內(nèi)部故障

如圖2所示，從25幀開始為內(nèi)部故障時(shí)的動(dòng)畫，下方線路圖出現(xiàn)d1短路點(diǎn)，用標(biāo)有紅色閃電符號突出，且標(biāo)有電流方向箭頭，都是用畫筆畫出。

隨后KW0、KA閉合，通電。觸點(diǎn)的閉合采用補(bǔ)間動(dòng)畫進(jìn)行制作。選擇KW0開關(guān)，創(chuàng)建補(bǔ)間動(dòng)畫。在其補(bǔ)間圖層，KW0開始閉合那一幀插入關(guān)鍵幀、旋轉(zhuǎn)、設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心，調(diào)整好最后閉合的位置，即完整創(chuàng)建了KW0開關(guān)閉合的補(bǔ)間動(dòng)畫。

KM繼電器得電，觸點(diǎn)閉合采用補(bǔ)間動(dòng)畫，線路采用紅色線閃爍逐幀強(qiáng)調(diào)的方法。隨后，為信號繼電器發(fā)信號，線路斷開，信號繼電器需要手動(dòng)復(fù)歸。

圖2 內(nèi)部故障部分制作示意圖

(3)外部故障

外部故障時(shí)，下方線路圖出現(xiàn)d2短路點(diǎn)，由于KW0功率方向?yàn)樨?fù)，KW0不動(dòng)作，KA動(dòng)作，使用補(bǔ)間動(dòng)畫制作3個(gè)KA觸點(diǎn)的閉合(如圖3所示)。由于KW0觸點(diǎn)未閉合，其他部分不再動(dòng)作。

圖3 外部故障部分制作示意圖

3.6 用動(dòng)作腳本控制動(dòng)作

三部分動(dòng)畫編輯完之后需要插入控制動(dòng)畫播放的代碼。Flash中的ActionScript代碼可以控制媒體元素的行為方式，包括這些元素對用戶交互的響應(yīng)方式。

由于這些動(dòng)畫并沒有復(fù)雜的動(dòng)作，只需要在按鈕與動(dòng)作幀圖層添加停止與跳轉(zhuǎn)播放代碼。

3.7 測試與發(fā)布

使用熱鍵“Ctrl+回車”進(jìn)行動(dòng)畫測試，先進(jìn)行作者自我排查，由于思維定式、理解有限等原因，作者可能無法完全排除問題，當(dāng)無法發(fā)現(xiàn)問題后交給他人檢查。

選擇“文件→導(dǎo)出影片”進(jìn)行導(dǎo)出或發(fā)布，保存為swf或其他格式類型文件。然后再分發(fā)給學(xué)生或通過網(wǎng)頁代碼嵌入到網(wǎng)絡(luò)文件。

4 結(jié)束語

繼電保護(hù)動(dòng)畫的精髓主要在于表現(xiàn)整個(gè)動(dòng)作過程，讓學(xué)生了解繼電保護(hù)設(shè)備如何運(yùn)作。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是一門具有高度實(shí)踐要求的課程，學(xué)生是否具備超強(qiáng)的實(shí)踐能力，對于其今后的就業(yè)與發(fā)展起到了決定性的作用。而Flash課件可以比較輕松地解決傳統(tǒng)“三板教學(xué)”無法解決的問題。通過制作一整套的繼電保護(hù)動(dòng)畫課件，總結(jié)了一些動(dòng)畫課件制作流程和標(biāo)準(zhǔn)，所制作的繼電保護(hù)Flash動(dòng)畫課件集文字、圖形圖像、動(dòng)畫、視頻音頻于一身，能激發(fā)學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)手段多樣化、教學(xué)內(nèi)容形象化、教學(xué)過程實(shí)用化。在模擬原理、設(shè)備動(dòng)作過程的同時(shí)，輕松解決教學(xué)的重點(diǎn)難點(diǎn)，增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，使教學(xué)效果大大提升，另外制作的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)Flash動(dòng)畫可嵌入精品課自由共享平臺使其在其他院校應(yīng)用推廣。

[1] Benbouzid, M.E.H.Internet : an interactive multimedia aid for teaching power systems[C].IEEE Power Engineering Review,1999,19(4):52- 54.

[2] 賀家李,李永麗,董新洲等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理(第四版) [M].北京:中國電力出版社,2010.

[3] 楊輝.F l a s h制作課件的優(yōu)勢[J].川北教育學(xué)院學(xué)報(bào),2001,11(4):48.

[4] 邵志芳.認(rèn)知心理學(xué):理論、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用[M].上海:上海教育出版社,2009.

[5] (美)理查德.E.邁耶.多媒體學(xué)習(xí)[M].牛勇,邱香譯.北京:商務(wù)印書館,2006.

Application of Flash Animation in Power System Relay Protection Teaching

Wu Haoyan, Tian Youwen, Shi Junting
Shenyang Agricultural University, Shenyang, 110866, China

According to the course of power system relay protection content and features, advantages of the relay protection teaching of the Flash animation is applied was analysed through comparing to the ordinary teaching. Combined with the teaching of relay protection， making a series of Flash courseware， such as the current relay， the three phase current protection principle. With the direction zero sequence current protection three section as an example， the Flash animation production process was described in detail. These production and application of Flash animation courseware was helpful for the relay protection teaching, and can be popularized in other schools in the teaching of power system relay protection.

delay protection; Flash animation; teaching; making

2014-09-15

吳昊?，本科。田有文，博士，副教授，電氣工程系副主任。

遼寧高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目。