1 引 言
继电保护是电气类专业的重要课程，也是理论性和实践性很强的专业课程［1］。作为继电保护课程不可或缺的部分，实验得到了本科教学的广泛重视。以微机形式实现的继电保护，由于具有灵活性好、稳定性优、集成度高等优点而成为继电保护的主流，当前电力工程实践基本都采用微机继保装［2］。因此，在本科教学阶段，开展微机继保实验，对培养学生实验与理论结合、实验与生产实践结合的能力以及毕业后尽快适应现场工作，具有现实意义。
但目前高校开设的微机继保实验，尤其是面向本科的教学实验，普遍存在着实验课程有待完善等问题。例如:微机继保除了继电保护知识外还涉及计算机、网络、电子等内容，起点要求较高，需考虑多个知识点的融合;微机功能主要以软件方式实现，较为抽象，需将其直观化以便初学者接受;微机继保软件规模较大，如何有效地组织实验教学以满足不同水平阶段的学生，也需在实验教学中不断地摸索经验。而实验平台建设滞后于教 学 需 要 则 是 许 多 高 校 普 遍 存 在 的 问 题［3］。正是由于诸多限制，实际的本科微机保护实验教学中，许多高校只是开设了部分演示性实验，或是进行保护定值整定等简单的实验，实验效果与期待的教学目标相比有很大的差距。
因此，需进一步探讨本科微机继保实验的特点、规律，增加教学经验，以更好推动本科微机保护实验教学。文献［4］中指出当前继保实验教学课时偏少、实验教学内容简单等现状，初步提出完善实验体系、设置独立的继电保护实验课程等建议;文献［5］中介绍了该校采用 3 个阶段实现微机继保实验方面取得的经验，具有较强的借鉴意义，但对实验设备的要求非常高，主要包括:WJS-11 微机型线路保护教学仿真实验装置、测试仪、四方继保自动化有限公司生产的微机线路保护装置、南瑞继保电气有限公司生产的由“单侧电源辐射线路模拟系统”和“微机线路保护屏”构成的“微机线路保护模拟系统 ”。所需的实验设备条件是大多数高校远不具备的。即便如此，文献中还是指出该校实验过程中存在着学生人数多、实验室拥挤、设备不足等共性问题。许多学校也开发了各具特色的实验装置和平台以满足教学和科研等需要 ［6-8］。
由于各高校实验设备、课程建设、师生人员等的差异性，需根据实际教学实验情况，因地制宜地开展微机保护实验。结合本校开展微机继保实验的实际情况，探讨面向本科微机继保实验的几个关键问题。
2 实验形式
当前微机继保实验有纯软件模拟方式和微机保护装置形式两种基本形式。纯软件模拟方法利用仿真平台模拟微机保护装置的工作原理和并在软件平台上显示实验结果。文献［9］提出的虚拟化微机继保实验教学平台只需一台通用微机就可实现从电力系统故障数据生成到微机保护软件模块的开发、调试及整体动作的多种实验，为微机继保实验教学平台的建设提供一种思路。但考虑到实验对象主要是初次接触该课程的本科生，大多都缺乏相关概念( 加强学生的直观认识也是开设实验课的初衷之一)，不同于面向有经验的运行人员的实验培训或科研实验，而纯软件模拟方式更趋向于理论课程内容，与现场的微机继保实现模式有很大不同，纯软件模拟方式缺乏保护装置的硬件结构、微机接线方式等内容的直观展示，不易收到具体直观的实验效果。微机继保装置已经得到了广泛应用，许多厂家和高校还开发了专门面向教学的微机保护装置，部分产品性价比已非常高。因此，在条件允许情况下，尽可能采用微机保护装置形式开展本科教学实验，有助于收到更好的实验效果。
3 实验信号源
由上位机、继保测试仪和微机继保装置组成的继保实验系统是经典的实验方式之一［10］，其中，继保测试仪提供整个实验系统的信号源，可模拟各种运行方式下的故障现象，为微机保护实验装置提供所需的开关量信号和电压、电流等模拟量信号。采用继保测试仪作为微机保护实验的信号源是常用的方法，能较好地生成所需的信号，也与电力工业现场调试方式一致。
但在面向本科的教学实验中，需考虑下面实际问题:① 尽管继保测试仪设计上日趋智能化，但毕竟要花时间去掌握和熟悉其操作，相当于还要多学习一套设备，在有限的课时内难以很好掌握，而且依靠继保测
试仪实现的故障等状况对初学者而言稍显抽象。②
当前一台继保测试仪普遍只供一台微机保护装置使用，而且每台测试仪还需配备一台电脑。继保测试仪的价格普遍不菲，若每台微机保护装置都配备相对应的继保测试仪和电脑，则实验设备建设的费用将非常巨大，尤其是现在学生人数较多而经费有限的情况下，实验平台建设难度较大。
考虑到上述的实际困难，本校微机继保平台采用一、二次系统有机结合方式，通过一次系统模型产生信号供给二次系统使用。一次系统模型为单端电源通过变压器经输电线路送到负荷，并配有对应的断路器、电流和电压互感器，其中断路器带操作回路和灯光信号指示，并配有对应的光字牌和音响，能有效提示实验场景。一次系统模型由调压器、开关、电阻器、调相器、模拟电流和电压互感器等实际设备构成，大部分设备通过合理布线，固定在实验台的内部。因此，一次系统模型只在实验台初次投入应用时需要接线和调试等操作，避免了接线复杂、维护困难等问题。实验台屏面只显示该模拟系统的示意图和相关的仪表等，电流互感器和电压互感器的连接线固定到屏面的测试孔 ，以便学生将其接线到微机保护装置中。由于配备了较多设备，该实验台体积和重量较大，但考虑主要面向本科教学实验，设备都固定在专门实验室，移动性较差并不影响平台的使用效率。
一次系统模型主要的模拟方式介绍如下:①电源模拟。市电根据所需电压通过调压器作为系统电源输出;②短路模拟。通过可调电阻实现短路电阻的变化，并与系统电源( 由调压器控制) 实现短路电流幅值的变化;③距离保护等用到电压或电流矢量的相位关系，通过调相器根据需要灵活实现;④变压器差动模拟是难点，设定一个短路点选择开关，当选择变压器短路时，通过切换短路点选择开关使其中一侧的电流互感器短接，从而形成差动电流。
相对于继保测试仪产生的信号，本平台依靠一次系统模型产生的信号虽较为粗糙，但已经能够满足本科实验的基本要求。以后的实验发展需考虑进一步完善一次系统模型，主要包括:在当前单电源单回路的基础上发展含多端电源多回路的一次系统模型;电机继电保护是继电保护的重要内容，但电机是旋转元件，其保护特性也很复杂，如何高效地引入本科实验，也是需要进一步探讨的内容。
4 微机平台
微机平台是微机继保实验的直接载体。微机平台主要由工控机、集中控制台、打印机、和多台微机保护装置组成，工控机和微机保护装置通过 RS-485 总线进行通信。其中，微机保护装置数量可以根据学生人数和实验室规模灵活配置，本校继电保护实验室配备 5台微机保护装置。
工控机不仅可以监控整个实验过程，而且可以实现对每台微机保护装置的定值整定、程序的修改和下载等功能。
在微机保护正常运行情况下，工控机运行监控管理软件，实现“四遥”和潮流动态显示等简单的 SCADA功能，可以实时观察实验进行情况。图 1 中，1、2、5 号微机正进行变压器差动保护实验，所以主要显示变压器双端电流值;3、4 号微机正进行线路阻抗保护实验，因而主要显示三相电压、电流值。
定值整定是微机继保实验必需涉及的环节。当前微机继保装置普遍只有“↑”“↓”“←”“→”“确认”“取消”和“复位”7 个按键，输入较为麻烦，而且保护定值内容较多，即使微机继保装置采用大液晶，也需要多页显示，而实验用的微机装置很多还在使用 LED 管形式的简单显示，在微机继保装置中按键输入定值并显示很繁琐，占用较多的课程时间。因此，设计了在工控机中进行定值整定的功能，其界面如图 2 所示。实验过程中，学生可以通过键盘和鼠标很快地在工控机中输入课前算好的定值，通过网络传输到其对应的微机保护装置中，避免了在微机装置中进行不熟悉的定值输入等操作，从而节省了课堂时间，而把重点放在原理的理解和验证上。
微机继保装置已经固化了电流电压保护、距离保护和变压器保护等程序，只需将一次系统模型的信号引入微机装置，开机后即可以完成经典的微机继保实验，主要包括:三段式电流保护实验、多边形阻抗保护实验、变压器差动实验、重合闸等。
本微机平台上可以方便实现多种微机保护实验，上述功能满足一般的验证性和设计性实验教学。但在要求更高的场合，比如学生研究项目( SRP) 或微机继保综合性实验等，则需学生深入到原理的软件实现、具体编程等工作中，本微机平台具有良好的开放性和方便性，工控机中集结了针对微机装置软件开发的编程和下载程序，见图 3。不同水平阶段或不同学习阶段的的学生，可以根据自己的能力，编写不同难度的程序(可实现从指示灯运行等简单的程序到复杂的整个微机保护程序)，并通过 RS-485 总线下载到保护试验台中的微机保护装置中，微机保护装置提供一片存储空间，用以运行用户自行编写的程序。从而实现对原理的理解、软件实现到验证循序渐进的学习过程。
5 考核内容
为了克服传统“重理论考试，轻实验”的想法，将实验成绩纳入继电保护课程的成绩中，占 10% 的权重。实验过程中加强考核制度，课前检查学生的实验报告预习内容，实验结束后以签到方式检查人数。对课程内容和形式做了尝试，由于课时的限制和考虑学生实际接受能力，选择经典的实验项目作为必需完成的项目，同时也鼓励学生根据自己的理解设计实验，当学生在教学实验时间内无法完成实验时，还可以申请在开放性实验时间继续完成，并将学生自行设计的实验纳入学生的成绩考核中。
6 结 语
由于诸多因素的限制，如何在本科生中深入开展微机继保实验，是电气类专业普遍面临的难题。本文结合我校开展微机继保实验的教学实践，探讨了部分关键问题，更进一步的举措还有待在教学实验中不断积累经验并逐步完善。
