文：林炳城，何銘潮，陳文師丨廣州地鐵集團有限公司

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，專業(yè)人才實踐技能的培養(yǎng)需求大大增加，引入城市軌道交通新設備新技術，建設一座具備教學實訓、科研創(chuàng)新、經營創(chuàng)收等功能的仿真變電所是未來迫切的需要。仿真變電所是企業(yè)員工實戰(zhàn)演訓、技能競賽的優(yōu)質場地，也是企業(yè)員工開展科研創(chuàng)新、故障仿真、調試測試的理想平臺，更是校企合作、展示企業(yè)文化的創(chuàng)新窗口。本文研究廣州地鐵石湖仿真變電所的建設思路、系統(tǒng)設備與功能和建設成效，探索城市軌道交通新型實訓基地建設的新途徑。

目前，國內城市軌道交通供電專業(yè)實訓室在功能上多是以單體設備、“一線一設備”的方式建設，實踐項目單一，缺乏多工種聯(lián)合演練培訓、重大案例事故再現(xiàn)的場所，且缺少行業(yè)新設備新技術的應用。因此，通過統(tǒng)一規(guī)劃，建設一個系統(tǒng)性重現(xiàn)線上設備、具備新技術、功能齊全、理實一體化的仿真變電所作為綜合性實訓基地，同時引入智能運維新設備、新技術，既可以實現(xiàn)產業(yè)化輸出、展示良好的企業(yè)文化，成為公司對外展示的窗口，又可以為企業(yè)員工提供技術創(chuàng)新研究平臺、實踐技能練兵場地，提升企業(yè)員工獲得感，對于適應新形勢、新需求和新挑戰(zhàn)意義重大。

一、仿真變電所建設特點

廣州地鐵石湖仿真變電所（圖1）是具備完整模擬線上設備功能的離線變電所，既是一個系統(tǒng)性的實訓、創(chuàng)新工作室，又是一個具備新設備、新技術的綜合性實訓基地，按照“創(chuàng)新、創(chuàng)優(yōu)、創(chuàng)效”理念開展建設，具有以下四個特點：

圖1 仿真變電所

一是企業(yè)員工自主建設。石湖仿真變電所的建設充分調動企業(yè)基層員工的積極性，采用項目化管理施工，由企業(yè)員工策劃、設計，全程自主施工、調試，歷時181 天，是廣州地鐵首座具備SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)、智能運維系統(tǒng)及列車電氣化運行微縮仿真系統(tǒng)的綜合型變電所。

二是充分利用現(xiàn)有資源。建設一座離線變電所，需要大量的物資。石湖仿真變電所利用設備故障返修件、合同隨機附件進行建設，設備柜體由企業(yè)員工設計、加工，場景化的列車運行仿真系統(tǒng)由企業(yè)員工設計、建造，實現(xiàn)建設成本最大化壓縮，充分盤活設備資產。

三是按照與真實變電所1:1 的比例建造。仿真變電所以地鐵線路運行變電所為藍本建造，建設一次設備實物、全套二次設備功能，既有單體設備的完整功能，又具備設備柜之間各類聯(lián)鎖、網絡化保護控制等功能，同時也配置有電力監(jiān)控系統(tǒng)，重現(xiàn)真實變電所功能，是一個典型牽引降壓混合變電所關鍵設備柜構造的仿真供電系統(tǒng)。

四是引入新設備新技術。仿真變電所大量引入城市軌道交通行業(yè)新設備新技術，具備符合IEC 61850 的數(shù)據模型的智能化綜合監(jiān)控系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、智慧“天眼”系統(tǒng)等，是未來智能運維技術驗證、掛網應用的研究場所。

二、仿真變電所系統(tǒng)設備與功能

仿真變電所由設備區(qū)、智能運維展示區(qū)和地鐵列車運行演示沙盤組成。設備區(qū)共建造33kV開關柜、DC1500V 開關柜、0.4kV 開關柜、交直流屏、軌電位柜、可視化接地柜、隔離開關柜等共17 面一體化設備柜，真實再現(xiàn)城市軌道交通變電所運行生產環(huán)境。智能運維展示區(qū)與線上運行的牽混降壓混合變電所實時通訊，集成在線監(jiān)測系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、智慧“天眼”系統(tǒng)，提供全方位的電力設備智能運維方案，是變電所現(xiàn)場設備的智能運維數(shù)據集中展示中心。地鐵列車運行演示沙盤是一套列車電氣化運行微縮仿真系統(tǒng)，并與仿真變電所設備實現(xiàn)交互聯(lián)動。具體設備與功能如下：

一是面向運維的PSCADA 系統(tǒng)。在基于IEC 61850 光纖網絡化繼電保護的基礎上，石湖停車場建設面向運維的PSCADA 系統(tǒng)，不但可以更全面、更快速的實現(xiàn)常規(guī)PSCADA 系統(tǒng)數(shù)據采集、運行監(jiān)視、操作與控制功能，而且與所內IEC61850 網絡化繼電保護方案配合，可將保護配合的虛端子、二次回路、保護邏輯、通信狀態(tài)實時動態(tài)展示，實現(xiàn)二次系統(tǒng)可視化，具有運維需要的“保護信息管理、故障錄波、遠程運維、智能告警分析”等高級應用功能。

二是交直流屏。為變電所中其它供電設備的二次部分提供不間斷的、穩(wěn)定的直流電源。如為斷路器分、合閘及二次回路中的儀器、儀表、繼電保護和故障照明提供高可靠的直流電源。具備交流電源自投自復功能。

三是400V 低壓開關柜。模擬線上降壓變電所801/802/803 共三個400V 框架保護開關，具備低壓主開關自投自復邏輯測試、低壓開關柜二次原理培訓、主開關機構拆裝等多項功能，同時其一次部分負責為仿真變電所交直流屏、房間照明提供400V 供電電源，真實再現(xiàn)線上實際系統(tǒng)功能。

四是33kV 高壓開關柜。由5 面33kV 開關柜、1 面繼電保護測試屏組成，模擬地鐵33kV 環(huán)網供電功能。繼電保護裝置基于IEC 61850 網絡拓撲結構組網構成，具備繼電保護裝置校驗、網絡化保護功能測試、動力變饋線柜超溫聯(lián)跳400V 開關柜等功能。

五是直流牽引供電系統(tǒng)。由3 面直流開關、1面隔離開關柜組成，繼電保護裝置基于IEC 61850網絡拓撲結構組網，具備預防性試驗、直流開關柜保護校驗、直流開關柜二次原理、聯(lián)跳功能的理論與實操培訓等多項功能。同時，直流開關實現(xiàn)與隔離開關聯(lián)鎖功能，并為所內地鐵列車運行演示沙盤供電，實現(xiàn)線上列車牽引供電的仿真功能。

六是智能運維系統(tǒng)。石湖仿真變電所與石湖停車場智能變電所示范站實時通訊，提供全方位的電力設備智能運維方案，具有信息數(shù)字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化、系統(tǒng)一體化等特征，可自動完成線上運行變電所全景數(shù)據的采集、處理、存儲和展示。系統(tǒng)從未來城市軌道交通智能變電所的在線監(jiān)測、自我診斷、自我恢復等功能出發(fā)，研究其運行維護的“正常運行無人參與，異常情況提前告警，發(fā)生故障自動處理”的智能化目標。在線監(jiān)測系統(tǒng)通過在變電所各電壓等級設備上，安裝斷路器動作特性監(jiān)測裝置、錄波裝置、熒光光纖傳感器、直流系統(tǒng)框架絕緣監(jiān)測裝置等在線監(jiān)測設備，完成對設備運行中的核心狀態(tài)量監(jiān)測數(shù)據。通過基于IEC 61850 規(guī)約的智能變電所PSCADA 系統(tǒng)組網，并根據設備檢修規(guī)程的項目要求形成設備狀態(tài)報表，對相關狀態(tài)數(shù)據異常的設備作出報警提示，為設備狀態(tài)的檢測和不良設備的維護提供實時數(shù)據和歷史依據。智慧“天眼”系統(tǒng)是智能變電所視頻智能分析系統(tǒng)，采用固定式的超清廣角攝像頭，獲取33kV 開關室，1500V 直流開關室、400V 低壓開關室、整流變壓器室等重要供電設備的房間圖像與溫濕度，并將計算機視覺智能識別技術融入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，根據運維人員日常巡視項目要求對視頻數(shù)據流進行圖像處理、目標分析等工作，實現(xiàn)代替人工巡視的目標，實現(xiàn)設備運行工況及環(huán)境的全天候實時視頻監(jiān)視。

七是列車電氣化運行微縮仿真系統(tǒng)。地鐵列車運行演示沙盤是對城市軌道交通列車電氣化運行實際場景的微縮仿真（圖2），展現(xiàn)真實系統(tǒng)功能。沙盤整體形象逼真，列車、供電設備，車站、停車場、隧道、軌道、道岔、接觸軌等結構清楚，制作精美。沙盤由仿真變電所設備區(qū)DC1500V 開關柜直流開關向接觸軌及鋼軌供電，地鐵車輛通過底部受電靴從接觸軌和鋼軌受電，在環(huán)形軌道上運行，并通過一副道岔出入車場。沙盤與仿真變電所設備實現(xiàn)交互聯(lián)動，與DC1500V 開關聯(lián)動閉鎖，可實現(xiàn)仿真模擬列車牽引供電正常運行及異?，F(xiàn)象，進行軌行區(qū)接觸軌短路導致直流開關跳閘故障仿真演練。

三、仿真變電所建設成效

石湖仿真變電所是一個具備真實設備、功能完整仿真的新型實訓基地，集教學實訓、演練競賽、調試測試、技術科研四大功能于一體。

石湖仿真變電所是實戰(zhàn)演訓、技能競賽的優(yōu)質場地，精準匹配一線實際需求，提供與現(xiàn)場1:1 模擬的設備，可開展接觸軌異物侵限導致直流開關跳閘、變壓器超溫跳閘導致低壓400V 開關自投自復等多項實戰(zhàn)化演練，是承擔技能競賽/鑒定考試，各類技術比武的理想場地，實現(xiàn)“沉浸式”體驗。

石湖仿真變電所是新產品檢驗評估的仿真實驗平臺，具備與現(xiàn)場設備類似的生產環(huán)境及先進的電力監(jiān)控系統(tǒng)，可以論證產品的性能及在實際運行環(huán)境中的運行效果，是城市軌道交通供電系統(tǒng)各類產品、備品備件軟硬件功能驗證評估、掛網測試的仿真實驗平臺。

石湖仿真變電所是校企合作的紐帶，能為各類高校城軌供電技能課程教學提供完全貼近企業(yè)現(xiàn)場工作的實訓設備，在國家大力開展產教融合的背景下，企業(yè)和學?？梢栽诮M織教師開展企業(yè)實踐、協(xié)同開展研發(fā)合作、實施校企“雙元”育人、開展教師學生職業(yè)技能競賽、建設學生實踐實訓基地等方面深度合作，實現(xiàn)互利共贏。

石湖仿真變電所是企業(yè)員工技術攻關、創(chuàng)新研究的工作室，由企業(yè)員工自主建設，具備真實系統(tǒng)的設備和功能，可以便捷地開展實際操練、故障模擬驗證、技術改造掛網測試、創(chuàng)新產品調試等項目，是生產一線企業(yè)員工開展技術攻關、小發(fā)明小創(chuàng)造項目的工作室，成為企業(yè)生產的攻關隊、創(chuàng)新項目的孵化器、技術創(chuàng)新的展示窗口，石湖仿真變電所建設適應城市軌道交通的快速發(fā)展的要求，為未來城市軌道交通供電專業(yè)新型實訓基地建設提供思路。