城市轨道交通供电实训基地设计方案研究-论文

科学论坛　

城市轨道交通供电实训基地设计方案研究　

楚树桥　科潜喝　

（中铁电气化局集团有限公司上海电气化工程分公司，上海２０００７０）　

【摘要】以建立完整的城轨供电操作培训基地为目标，提出了供电实训基地的总体设计思路，重点介绍了多媒体仿真系统，为满足城市轨道交通对　

建立标准化的综合性供电培训室奠定了基础。　

【关键词】轨道交通；供电；实训基地；设计方案　

１．引言　

随着轨道交通运营里程不断增加，地铁公司对变电专业运营维护人员　

的要求不断提高，越来青睐运营值班、维修维护综合能力较强的员工。为适　

应地铁快速发展需要，为地铁维护保障培养“倒闸操作熟练准确、事故判断　

处理娴熟、检测维修技术过硬”的维护保障人才，改变员工技能单一、缺乏　

综合技术能力的现状；加大实训基地设施设备投入，建立“变电专业实训基　

地”显得尤为重要。　

变电实训室可以满足地铁公司变电运营、维护、检修专业初级工、中级　

工、高级工、技师、高级技师的专业实践、培训等功能需要；能够进行《运行　

操作》、《低压配电》、《继电保护》、《电气试验》、《开关电器》、《直流电源》等　

课内实训、综合实训等实践教学任务；从培养学员实际操作技能出发，可大　

大缩小专业实践与企业岗位需求的距离；通过课程实验训练，可以提高学　

员轨道交通变电操作、检修、排故等实际操作技能。以培养学员实际动手能　

力，完成对变电设备和开关电器的检测、安装和维修。　

实训变电站的专业设备能够模拟实际工作场景，进行变电所设备的电　

气试验实操练习，各种设备的模拟操作，保护定值的设置及切换，３５ｋＶ、　

４００Ｖ开关柜的自切自复功能、设备之间的闭锁功能、联动功能练习，电力　

监控远动系统模拟远方操作的练习，设备常见故障的设置及排除等各种实　

操演练。　

２．实训基地主要实训内容　

各类实物设备按轨道交通供电变电所实际情况布置，组成一个具备实　

际场景和操作功能的实训变电站，从而使学员尽可能快地建立起城市轨道　

交通供电系统的整体概念；实训变电站系统可以进行技能培训的内容包　

括：　

・城轨牵引供电系统供电运行模式的基础知识；　

・３５ｋＶ中压供电网络运行工况基础知识；　

・４００Ｖ低压供电系统工况及负荷切换基础知识；　

・ＤＣ１５００Ｖ直流供电系统工况基础知识；　

・轨道交通供电系统交接班、设备巡视、倒闸操作技能、高压设备停　

电检修作业安全技术措施设置的技能、一次事故处理的技能、电力调度技　

能的教学和训练：　

・真空断路器结构、原理、操作机构的认知，真空断路器的测试、检修　

维护的教学和训练；　

・金属铠装封闭式开关柜结构认知，实际操作训练，五防机构的检修　

调整。二次回路故障处理的教学和训练；　

・直流断路器结构、原理、操作机构的认知，真空断路器的测试、检修　

维护的教学和训练；　

・成套直流开关柜结构认知，实际操作训练，二次回路故障处理的教　

学和训练；　

・杂散电流监测设备结构认知，实际操作训练，回路故障处理的教学　

和训练；　

・４００Ｖ低压成套开关柜结构认知，实际操作训练，二次回路故障处　

理的教学和训练；　

・干式变压器结构、原理的认知，干式变压器的运行、检查、维护、检　

修、试验技能的教学和训练；　

・整流柜结构、原理的认知，整流柜的运行、检查、维护、检修、试验技　

能的的教学和训练；　・交直流操作电源设备原理的认知、运行、检查、维护、检修、试验技　

能的教学和训练；　

・ＵＰＳ设备原理的认知、运行、检查、维护、检修、试验技能的教学和　

训练：　

惭３８　・电能质量监测系统结构、运行、操作的教学和训练；　

・电力综合自动化系统ＰＳＣＡＤＡ的结构、原理的认知、运行、检查、维　

护、检修、试验技能的教学和训练；　

・变电站继电保护校验和整组传动试验的教学和训练；　

・测试及试验仪器的使用教学和训练；　

・电工仪器、仪表、专用工具的使用教学和训练。　

同时还可进行电力调度中心主站系统（综合监控）的培训；主要培训内　

容包括：　

・控制与操作功能：遥控、断路器故障跳闸后的远方复归、保护定值　

组管理、保护投退、控制闭锁、遥控屏蔽、人工置数、远方维护等功能。　

・数据采集与处理功能：遥信、遥测、数据处理打印、ＳＯＥ（时间顺序）　

事件记录、故障录波数据读取和统计报表功能。　

・显示功能：人机界面显示、接地状态显示、趋势显示和变电站综合　

自动化系统状态显示。　

・报警功ｔＩ：事件报警、报警事件打印和报警列表查询和筛选功能。　

・系统权限管理功能：使用权限、功能权限和控制权限管理。　

・历史数据备份与恢复功能：能够自动或手动将历史数据库中数据　

备份称文件，删除历史数据库已经备份的文件。　

３．总体设计方案　

以典型供电系统整体考虑，以变电所为单元，优化配置所内一次各电　

压等级开关柜设备、电源设备、二次保护设备、ＰＳＣＡＤＡ电力监控、通信网　

络系统、测试试验装备等实训设备，培养学员从单体设备开始到最终供电　

全套系统动手操作及维修、测试能力的快速提升。　

对现场无法复现的设备如：杂散电流腐蚀防护系统、变压器、整流器、　

动力变以及开关柜内部开关动作及灭弧过程等，运用多媒体教学仿真系统　

采用视频或动画方式复现其设备的主要功能和检修维护方法　

供电系统主接线图如下：　

Ｉ，Ｅ！　ｖ　Ｉ　章　

ｌ　…　

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图１系统主接线图　

为全面展示供电系统各种运行方式，可按照下面的供电模拟示意图　

（图２）进行设备配置；模拟两个牵引降压混合所和１个降压所，设备可有　

选择地优化配置，满足环网和非环网各种工况的演练模拟。　

３．１一次设备的配备　

从教室内引入ＡＣ３８０Ｖ（仿真主所的ＡＣ１１０ｋＶ电源），经隔离变压器　

（模拟１１０ｋＶ／３５ｋＶ降压变），接入配备的一台小容量变压器和整流器，将　

其降压整流为ＤＣ２４Ｖ（仿真现场牵引降压整流变，模拟ＤＣ１５００Ｖ电压）为　

直流设备正极柜、负极柜、轨道电位限制装置和馈线柜供电，并配备交直流　主变电所　

典受科学论坛　

图２供电模拟示意图　

电源、ＵＰＳ为一次控制回路及二次保护、监控设备供电。　

根据需求分别设置３５ｋＶ进线开关柜、３５ｋＶ馈线开关柜、３５ｋＶ母联　

柜、整流器柜、各类ＤＣ１５００Ｖ开关柜、４００Ｖ开关柜、有源滤波装置和交直　

流电源屏及ＵＰＳ。各开关柜要与既有现场设备保持一致，柜体另外配置专　

用故障模拟接口箱，箱体内可通过开关或熔断器进行各种故障模拟，在箱　

外进行分析判别故障原因。　

３．２继电保护屏的配置　

从主所的电力降压变压器开始至典型牵引变电所的直流开关柜为止，　

同种设备设置一套保护测控装置，再现现场不同设备的各种保护功能。主　

要配置情况如下：　

主所的电力降压变压器：一套完整的变压器保护装置；　

主所的馈出线路：一套光纤纵差保护、馈线保护装置；　

典型牵引变电所的进线：一套光纤纵差保护、进线保护装置；　

典型牵引变电所的出线：一套光纤纵差保护、出线保护装置；　

典型牵引变电所的整流变压器：一套温控器保护、变压器保护装置；　

典型牵引变电所的负极柜：一套完整的直流保护装置；　

典型牵引变电所的直流馈出线：一套完整的直流保护装置；　

典型牵引变电所的轨电位限制设备：一套完整的轨电位限制保护装　

置；　

满足要求的模拟断路器组（可满足控制及状态指示和遥信要求）。屏体　

另外配置专用故障模拟接口箱，箱体内可通过开关或熔断器进行各种故障　

模拟，在箱外进行分析判别故障原因。　

３．３　ＰＳＣＡＤＡ控制信号屏　

配置主备通信管理机、一台ＰＳＣＡＤＡ监控主机，将教学仿真实训基地　

配置上述的一次设备、二次保护装置、交直流信号接入电力监控系统。系统　

软件操作系统为ＵＮＩＸ或ＬＩＮＩＸ，通过专业供电监控软件实现对供电设备　

的站级监制，完成各个供电设备通讯接口转换，处理间隔层所有设备上传　

信息，实现变电所后台监控。网开关控制屏可直接通过线缆与电动隔离开　

关连接，实现开关的遥控，信号接入ＰＳＣＡＤＡ信号控制屏。信号控制屏体　

另外配置专用故障模拟接口箱，箱体内可通过开关或熔断器进行各种故障　

模拟，在箱外进行分析判别故障原因。　

３．４交直流电源及ＵＰＳ　

为保证各种设备的工作及实战演练要求，配置与现场一致的交直流　

屏，以及为保障设备可靠供电的ＵＰＳ设备。ＵＰＳ电源整合系统负责为弱电　

设备系统供电，属于重要或特别重要的一级负荷。ＵＰＳ综合电源系统包括　

ＵＰＳ电源设备、双电源切换箱、智能控制单元、智能馈线柜、ＳＴＳ等硬件设　

备和相关软件，实现对重要的负荷的不间断供电。柜体另外配置专用故障　

模拟接口箱，箱体内可通过开关或熔断器进行各种故障模拟，在箱外进行　

分析判别故障原因。　

３．５多媒体教学仿真系统　

配置触摸式一体化多功能教学机或建立网络机房，设置教师机及若干　

学员机，以多媒体软件形式展示无法复现硬件设备的主要演示功能及其设　

计和工作原理；学员可自行进行知识学习、操作演练和模拟考核。　

实训教学模拟系统采用先进的和实用的计算机应用软件对城轨的供　

电方式、变电一次设备、变电二次设备等进行教学，同时能够软件模拟全线　

的供电系统的运行方式，正常状态下的倒闸作业以及事故状态下的处理手　

段。目的是为了培训从事供电系统人员技术操作技能和供电设备维护人员　穗　

故障判断能力。通过教学和仿真软件　

的培训，使从事供电系统人员短期内　

４　了解城轨所使用的变电设备的结构、　

原理和维护方法，同时能够掌握日常　

正常操作和常见异常状态下的处理　

操作流程，使供电设备维护人员掌握　

变电所设备的操作流程和异常设备　

的处理方法。　

１、城轨变电设备计算机辅助教　

学系统　

系统采用多媒体计算机系统，应　

用视频处理技术，通过高分辨率彩色　

屏幕，来表现城轨变电设备的构成，　

并通过艺术处理，来形象地表现城轨　

变电设备的运行方式，控制操作、保　

护和自动装置配备，资料查询等内　

容。利用多媒体丰富的图形、图象及数字化处理技术，提供友好的人机界　

面，使学习者身临其境地进行实习操作，创造最佳的教学环境；通过本教学　

系统地培训，能进一步扩大知识面，提高技术水平　

２、系统功能　

２．１供电系统功能　

２．１．１知识讲解　

・看图方法、符号意义等讲解　

・一次设备看图示例讲解：向学员讲解如何利用符号和缩写来阅读　

城轨的一次设备图纸　

２．１，２城轨供电整体介绍　

分为：城轨介绍、供电概述、供电分区介绍、正常运行方式、故障运行方　

式等五部分　

（１）将建成后的城轨变电设备，进行拍照，然后将照片编辑分类、剪辑，　

通过美工处理，形成课件，向学员讲解及随机调用，从宏观上了解城轨概　

况，以使学员能对城轨变电设备有一个全面的了解。　

（２）介绍城轨供电系统的交流高中压、牵引供电系统图，介绍各电压等　

级的作用，各设备的作用，系统图及各车站变电所主接线图，变电所设各平　

面布置图。　

（３）采用图片显示及主接线图的形式，详细介绍城轨供电分区的分类　

及方式。　

（４）本项功能结合主接线图介绍系统正常和故障运行方式　

（ａ）供电分区说明；　

（ｂ）１　１０ｋＶ及３５ｋＶ系统正常运行方式　

（ｃ）故障运行方式　

・主变电所故障：　

一单台变压器故障　

单回１１０ｋＶ进线故障；　

１１０ＫＶＧＩＳ故障；　

３５ｋＶ分段母线故障；　

・环网故障运行方式：　

一主变电所解列，合上环网联络开关，提示窗显示切除ＩＩＩ类负荷的　

要求；　

一进线电缆故障。　

・直流１５００Ｖ侧故障方式　

ａ．正常运行方式：