摘 要：繼電保護作為中職電氣化鐵道供電的主要專業(yè)課程，需要理論與實踐相結(jié)合。由于實驗室投資大、實驗安全風(fēng)險高等特點，繼電保護課程都采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)方法。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬場景、交互過程、易于升級等特點可以提高繼電保護教學(xué)的實踐性。

關(guān)鍵詞：繼電保護；虛擬現(xiàn)實；虛擬環(huán)境

電力系統(tǒng)在運行過程中會發(fā)生各種故障和不正常的工作狀態(tài)，導(dǎo)致供電中斷、設(shè)備損壞，甚至引發(fā)事故，造成人身傷亡。故障常常在十分之幾甚至百分之幾秒內(nèi)發(fā)生。實踐證明，只有在每個電氣元件上裝設(shè)繼電保護裝置才能及時發(fā)現(xiàn)和切除故障。目前，繼電保護裝置已經(jīng)是電氣化鐵道，城市軌道交通系統(tǒng)裝備中的重要組成部分。

中職電氣化鐵道供電專業(yè)開設(shè)繼電保護這門課程旨在介紹繼電保護的作用、原理、組成、保護方式等基礎(chǔ)知識以及如何將這些基礎(chǔ)知識應(yīng)用于電氣化鐵道供電的現(xiàn)場實踐。

一、繼電保護教學(xué)方法現(xiàn)狀

繼電保護作為中職電氣化鐵道供電專業(yè)的主要課程，一直以來都是按照教材章節(jié)順序展開理論教學(xué)，教學(xué)過程強調(diào)知識的系統(tǒng)性和理論的完整性。在這種傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師是課堂的主導(dǎo)，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下理解繼電保護的概念，掌握繼電保護的各種方法。有經(jīng)驗的教師會盡量應(yīng)用通俗易懂的語言和形象的比喻來闡述這些內(nèi)容，同時應(yīng)用一些多媒體手段輔助教學(xué)，用心的學(xué)生一般能夠?qū)W得懂。

然而，隨著課程的深入，講到繼電保護的基礎(chǔ)知識在電氣化鐵道供電中的實際應(yīng)用時，教師即便使盡渾身解數(shù)，大多數(shù)學(xué)生還是云里霧里、似懂非懂。究其原因，主要是電氣化鐵道供電的現(xiàn)場應(yīng)用了大量的電氣設(shè)備，這些設(shè)備相互配合，通過復(fù)雜的電氣線路連接在一起，以滿足電氣化鐵路的運行要求。繼電保護裝置正是安裝在這些設(shè)備上，通過有效的配合和整定，起到保護的作用。學(xué)生沒有這樣的現(xiàn)場體驗，光靠教師口授和一些圖片視頻資料不足以使學(xué)生充分認(rèn)識現(xiàn)場設(shè)備以及它們的配合關(guān)系，從而不能真正理解繼電保護裝置在現(xiàn)場的應(yīng)用。

二、繼電保護實踐教學(xué)的難度

想要學(xué)生真正學(xué)懂繼電保護，能夠達到靈活應(yīng)用的目的，最好的方法是建設(shè)繼電保護實驗室。然而，建設(shè)繼電保護實驗室需要投入大量的設(shè)備，寬闊的場地，專業(yè)的施工安裝，這筆投資對于中職學(xué)校而言無異于天文數(shù)字。即使建成這樣的實驗室，將來讓學(xué)生進行實驗時存在的安全隱患也是一個重大問題。

現(xiàn)場參觀也是一個增進認(rèn)識的好方法，可是電氣化鐵道供電工區(qū)和變電所是鐵路運行重地，學(xué)生進入?yún)⒂^會影響正常運行，也存在非常大的安全隱患。

因此，盡管中職教學(xué)一再強調(diào)培養(yǎng)“懂理論、會設(shè)計、能安裝調(diào)試、善于維護管理”的專業(yè)技能人才，繼電保護的教學(xué)卻一直停留在紙上談兵的階段。

三、虛擬現(xiàn)實教學(xué)的探索

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機生成一種模擬環(huán)境，并通過多種專用設(shè)備使用戶投入該環(huán)境中，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進行交互的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)。其目的是能讓用戶對虛擬世界中的物體進行考察或操作，同時提供視、聽、摸等直觀而又自然的實時感知。

目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、建筑工程、軍事、藝術(shù)、教育等領(lǐng)域，在一些危險工作環(huán)境的崗前培訓(xùn)中尤其顯現(xiàn)出其優(yōu)勢。這種優(yōu)勢也正是電氣化鐵道供電專業(yè)繼電保護教學(xué)所需要的。

1.構(gòu)建虛擬環(huán)境

以真實牽引變電所場景為基礎(chǔ)，構(gòu)建虛擬環(huán)境，在該環(huán)境中準(zhǔn)確重現(xiàn)變電所的所有設(shè)備、儀表、線路等。學(xué)生通過適當(dāng)?shù)牟僮鳎梢詫崿F(xiàn)場景變換，如同身臨其境。這種直觀體驗，對其日后進入現(xiàn)場工作有非?，F(xiàn)實的意義。

2.模擬日常工作

通過一些流程設(shè)定，可以在虛擬環(huán)境中模擬變電所值班員或繼電保護工的日常工作，如巡視檢查、測量記錄、檢查維護、調(diào)整試驗、倒閘操作、定值設(shè)置等。以定值設(shè)置為例，學(xué)生在領(lǐng)取任務(wù)之后，需通過切換場景，找到繼電保護工作臺，以相應(yīng)的權(quán)限登錄軟件，并在相應(yīng)位置更改定值之后保存，如果操作過程出錯，就會終止任務(wù)，并提示可能因此產(chǎn)生的后果。這樣一來，學(xué)生如同在真正的牽引變電所實習(xí)，對任務(wù)的理解既直觀又深刻，而且避免了失誤可能造成的損失。

3.模擬故障處理

虛擬場景可以模擬任何設(shè)備上的故障，例如，變壓器內(nèi)部故障。通過設(shè)定一些參數(shù)值，使虛擬的變壓器油箱內(nèi)發(fā)生輕微的短路故障，學(xué)生可以觀察到差動保護并不會動作，而瓦斯繼電器內(nèi)部，少量氣體聚集于繼電器上部，迫使繼電器內(nèi)油面下降，上開口杯露出油面，浮力減小，導(dǎo)致上開口杯發(fā)生順時針方向的轉(zhuǎn)動，從而帶動永久磁鐵靠近干簧接點，使之閉合，發(fā)生“輕瓦斯”保護動作信號。經(jīng)過這樣的體驗，學(xué)生對于故障發(fā)生時繼電保護裝置的動作會有更深刻的理解，有助于他們在工作中快速查找故障、判斷故障原因，及時處理故障。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在繼電保護的教學(xué)中有類似實驗室，甚至強于實驗室教學(xué)的效果，同時，隨著現(xiàn)場技術(shù)、設(shè)備的更新?lián)Q代，虛擬現(xiàn)實軟件也可以升級，以滿足更新的要求。

參考文獻：

戴志輝.繼電保護可靠性及其風(fēng)險評估研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

編輯 溫雪蓮