曹振豐，陸　斌

（上海應用技術大學軌道交通學院，上海201418）

0　引言

近年來，全國軌道交通運營里程持續(xù)增加，各地鐵公司對變電專業(yè)的運維保障人員要求也在逐漸提高。為了使牽引供電專業(yè)學生盡可能建立起城市軌道交通供電系統(tǒng)運維的整體概念及滿足日常教學和實訓要求，地鐵公司缺少相關的具有操作功能的綜合實習實訓設備，因此需要一個具備實際場景和操作功能的變電所綜合實訓系統(tǒng)。

本文提出的城市軌道交通變電所綜合實訓系統(tǒng)是基于實際運行的地鐵牽引降壓混合所而設計的，該系統(tǒng)包含了模擬牽引變電所、模擬降壓所、模擬直流饋線及牽引網、變電所綜合自動化系統(tǒng)、故障模擬系統(tǒng)，主要用于本科實驗教學，該系統(tǒng)有助于學生理解和掌握城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)一次設備以及繼電保護、控制、測量、信號等自動化設備的工作原理、功能使用、維護操作、故障排查等專業(yè)技術[1]。本系統(tǒng)也可作為地鐵變電檢修、維護保障人才的培訓設備，培養(yǎng)“倒閘操作熟練、故障判斷處理準確、檢修技術過硬”的綜合技術維保人員。

1　變電所綜合實訓系統(tǒng)構成

實際運行的變電所的設備主要有35 kV開關柜、整流變壓器、整流器柜、直流開關柜和綜合自動化設備。變電所主要是監(jiān)視、測量全部設備的運行情況，具有對高壓電氣設備（如斷路器，變壓器和避雷器）的絕緣和狀態(tài)監(jiān)視及變電站二次設備的繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波等功能。當供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護和故障錄波等能電氣參數采集，并迅速切除故障及恢復操作。

基于實際運行的變電所的基本功能，將變電所綜合實訓系統(tǒng)實訓系統(tǒng)進線設計為兩路35 kV進線，一路35 kV出線、一路35 kV母聯(lián)、一臺整流變壓器、一臺配電變壓器。構成上主要由實驗模擬系統(tǒng)、故障模擬系統(tǒng)、DC1500V保護測控系統(tǒng)、交直流供電系統(tǒng)及后臺監(jiān)控系統(tǒng)等組成，原理圖如圖1所示。該系統(tǒng)可以模擬實現變電所監(jiān)視數據采集與處理、控制與倒閘操作、顯示、故障的預警與報警等功能。

圖1　城市軌道交通綜合實訓系統(tǒng)原理圖

1.1　實驗模擬系統(tǒng)

實驗模擬系統(tǒng)主要由交直流表、屏控轉換開關、分合閘按鈕、電流繼電器、中間繼電器、交流空氣開關、指示燈等組成，可模擬現場實際運行的一次設備的控制操作回路，方便實驗人員在操控臺和后臺監(jiān)控系統(tǒng)進行人工模擬操作。

1.2　故障模擬系統(tǒng)

故障模擬系統(tǒng)主要由交流空氣開關、滑線變阻器、自鎖型故障按鈕和安全監(jiān)控裝置組成，可模擬產生現場跳閘的故障量。

1.3　交直流供電系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由380 V市電以及為保障控制設備可靠運行的UPS供電系統(tǒng)所組成。UPS電源系統(tǒng)主要包括UPS電源設備，微機控制單元、饋線柜、交流配電系統(tǒng)等硬件以及相關軟件組成。其中，AC380V用來模擬系統(tǒng)的兩路35 kV進線以及為UPS電源系統(tǒng)供電，UPS電源系統(tǒng)作為一級負荷，主要為弱電設備系統(tǒng)供電，并且為交流供電系統(tǒng)在事故狀態(tài)下的分合閘、微機保護、自動控制等操作提供電源。

1.4　后臺監(jiān)控系統(tǒng)

后臺監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于客戶/服務器（Client/Server）體系結構的開放式系統(tǒng)，系統(tǒng)由服務器系統(tǒng)（Server）和客戶機系統(tǒng)（Client）組成[2]。實訓系統(tǒng)配置兩臺后臺服務器，通過服務器建立兩個基于TCP/IP協(xié)議的局域網，利用其中一個局域網對所有測控裝置進行綜合控制。其中，另一個局域網可以根據需要選擇配置一些學員學習機，學員機可通過服務器對實訓系統(tǒng)的測控裝置進行操作。后臺監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是監(jiān)控各種運行工況，數據進行分析、判斷，開關設備、重合閘及自投裝置等的控制操作[3]。后臺監(jiān)控系統(tǒng)結構框圖如圖2所示。

圖2　后臺監(jiān)控系統(tǒng)結構框圖

后臺監(jiān)控系統(tǒng)主要由服務器系統(tǒng)和客戶機系統(tǒng)構成。服務器主要是對測控裝置輸入/輸出的數據維護和數據處理，并響應客戶機的請求向客戶機傳送格式化的數據信息?？蛻魴C主要顯示用戶界面（圖形、圖表、聲音等）。

本實訓系統(tǒng)所配置兩臺服務器，前置機作為特殊類型的客戶機，主要功能是完成實驗系統(tǒng)和繼電器、開關等數據的數據接口任務。其中一個服務器處于正常工作狀態(tài)，另一個主要用于保證測試數據實時更新。

1.5　測控保護單元

測控保護單元設置4個交流控制保護單元、1個直流控制保護單元和1個綜合測控單元。測控保護單元均具有高速網絡通信接口，不僅能在單元上觀察、修改各種參數、完成分合閘操作，還能通過通信接口向后臺機傳遞相關數據信息。對系統(tǒng)的測控保護單元設置了多種操控方式，并且可通過系統(tǒng)的后臺監(jiān)測控制系統(tǒng)來保護裝置的壓板投退及讀取、設置修改定值（控制保護單元均有多種控制方式，能實現通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)和裝置投退保護功能和讀取、修改定值功能）。測控保護單元選用支持中文的液晶顯示器，可顯示測控裝置在運行中的實時動態(tài)信息（控制保護單元面板采用液晶漢化顯示器，可顯示裝置運行動態(tài)信息等）。其具有友好的人機接口，便于對現場裝置進行遙信試驗，出口傳動試驗和遙測信號試驗等功能性測試[4]。

按以上設計，建立的城市軌道交通變電所綜合實訓系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　城市軌道交通變電所綜合實訓系統(tǒng)

2　系統(tǒng)功能

本實訓系統(tǒng)主要功能有故障模擬功能、保護功能、自動功能、控制功能、信號功能及其他功能，具體功能介紹如下。

2.1　故障模擬功能

本實訓系統(tǒng)能模擬變壓器（整流器）非電量故障、變壓器（整流器）內部短路故障、變壓器（整流器）內部短路故障、直流饋線近點短路、直流饋線遠端短路、牽引網瞬時故障和永久故障[5]。具體模擬故障信號如圖4所示。

圖4　模擬故障信號面板示意圖

2.2　保護功能

通過“模擬故障信號盤”上相應按鈕，實現對應的故障模擬，由微機保護測控裝置實現故障檢測及實驗參數設定。系統(tǒng)依據模擬的故障設計了相應的保護功能：

（1）整流變壓器過流保護、過負荷保護、本體保護；

（2）進線縱聯(lián)差動保護、速斷保護、過流保護、失壓保護；

（3）直流饋線速斷保護、電流增量保護。

2.3　控制功能

系統(tǒng)根據故障模擬及保護功能，設計了相應的控制功能：

（1）進線斷路器、變壓器、饋線斷路器的當地及遙控操作；

（2）進線隔離開關、饋線隔離開關的當地及遙控操作；

（3）保護壓板投退；

（4）保護定值區(qū)切換；

（5）重合閘投退；

（6）母聯(lián)備用電源自投投退。

2.4　信號功能

信號功能主要包括開關位置信號、保護動作信號、操作事項信號及自檢信號。

2.5　其他功能

其他功能主要是后臺數據顯示、查詢、存儲，數值修訂和故障預警及告警等功能，主要有數據庫查詢、報表查詢、事項打印、故障錄波分析、保護定值修改、語音提示報警[6]。

3　結束語

本文依照現有的實際運行的地鐵牽引變電所的基礎上，提出了城市軌道交通變電綜合實訓系統(tǒng)的設計，該實訓系統(tǒng)有助于學生熟悉35 kV中壓供電網絡運行工況、DC1 500 V直流供電系統(tǒng)工況及400 V低壓供電系統(tǒng)工況等基礎知識，熟練掌握現場操作流程，保護定值的設定及切換、設備之間的閉鎖功能、聯(lián)動功能和事故判斷及處理能力。能對監(jiān)控數據進行分析、判斷及進行相關參數設置，能根據保護裝置信號或后臺相關信息對故障進行定位及分析[7]。

本系統(tǒng)已經為軌道牽引供電專業(yè)本科生開設相關的課內實訓、課程設計和綜合實習實訓課程等實踐教學任務，學生能較好的掌握一次設備以及繼電保護、控制、測量、信號等自動化設備的工作原理，熟練地進行維護操作、故障排查等變電專業(yè)技能。

本文的工作對于地鐵變電專業(yè)學員的崗前培訓工作具有十分重要的借鑒意義。由于實際運行的地鐵變電所不允許進行實踐操作的培訓，也無法模擬實際運行中出現的故障信息及出現故障后的處理操作。該系統(tǒng)能模擬地鐵變電系統(tǒng)在實際運行中出現的故障情況，學員根據故障信息對故障設備進行故障判別、變電操作、檢修維護，培養(yǎng)學員對變電設備的實際操作技能，在就業(yè)時能直接上崗操作，減少企業(yè)培訓周期和成本，這也是本文設計該系統(tǒng)的出發(fā)點之一。