单位文秘网 2022-02-19 08:14:13 点击: 次
【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:
?誗 城轨牵引供电系统供电运行模式的基础知识;
?誗 35kV中压供电网络运行工况基础知识;
?誗 400V低压供电系统工况及负荷切换基础知识;
?誗 DC1500V直流供电系统工况基础知识;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 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;
?誗 电能质量监测系统结构、运行、操作的教学和训练;
?誗 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;
?誗 变电站继电保护校验和整组传动试验的教学和训练;
?誗 测试及试验仪器的使用教学和训练;
?誗 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:
?誗 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。
?誗 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。
?誗 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。
?誗 报警功能:事件报警、报警事件打印和报警列表查询和筛选功能。
?誗 系统权限管理功能:使用权限、功能权限和控制权限管理。
?誗 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:
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
?誗 看图方法、符号意义等讲解
?誗 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,变电所设备平面布置图。
(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)110kV及35kV系统正常运行方式
(c)故障运行方式
?誗 主变电所故障:
— 单台变压器故障
— 单回110kV进线故障;
— 110KV GIS故障;
— 35kV分段母线故障;
?誗 环网故障运行方式:
— 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;
— 进线电缆故障。
?誗 直流1500V侧故障方式
a. 正常运行方式:
b. 车辆段故障运行方式
c. 任一个牵引变电所故障
— 单台整流机组故障时的要求与一所故障相同;
— 相邻变电所开关分闸显示与说明;
— 故障变电所开关分闸、越区开关合闸显示与说明;
— 相邻所开关恢复合闸,实行越区供电。
(5)以多媒体视频录播采集片段方式演示值班员交接班、设备巡视、倒闸操作技能、维修人员高压设备停电检修作业等实际标准工作。
2.1.3 主要变电设备介绍
(1)介绍变电一次设备特点、构造、功能:包括35kV开关柜、直流开关柜、400V开关柜、变压器、交直流电源柜及UPS、整流机柜、钢轨电位限制装置柜、控制信号柜等。
(2) 介绍变电二次设备的特点、原理、构造、功能,主要为保护设备:
A) 35kV进线、出线保护:包括纵联差动保护、过流保护、零序过流保护;
B) 35kV母联断路器:包括过流保护、零序过流保护、差动保护;
C) 整流机组:包括牵引变压器电流速断保护、牵引变压器过流保护、牵引变压器零序过流保护 、牵引变压器温度保护、整流器二极管保护等;
D) 直流馈线:包括大电流脱扣保护(断路器本体保护)、di/dt&ΔI保护、过电流保护、接触网热过负荷保护、双边联跳保护等;
E) 框架泄漏保护
F) 400V进线母联保护
(3)介绍说明供电设备的三种控制形式(远控、手动、站控)
(4)介绍主要设备的控制联锁条件
2.1.4 继电保护、自动装置配备介绍及动作配合
(1)介绍说明继电保护、自动装置的配置情况
(2)模拟当发生故障时,继电保护及自动装置的动作情况
?誗 110KV线路故障后,继电保护动作情况及35KV母联断路器自投情况;
?誗 主变压器故障后,继电保护动作切除故障变压器后35KV母联断路器自投情况;
?誗 35KV电缆故障,断路器跳闸及自动装置动作情况;
?誗 整流机组故障后,继电保护动作使两侧断路器跳闸动作情况;
?誗 当直流馈线故障后,自动重合闸装置的动作原理(自动判别瞬时或永久性故障);
3、教学软件总体结构图
教学软件总体结构图如下:
3.6 检测试验装备及工器具
配置必要的检测试验设备,主要包括继电保护测试仪、直流保护测试装置、回路直流电阻测试仪、绝缘电阻测试装置、工频耐压测试装置、开关特性测试仪、数字高压表、直流高压发生器、大功率升压电源、直流信号源等; 检测试验装备满足35kV开关柜、整流器、DC1500V开关柜、交直流电源、各类保护测控装置、信号控制屏的测试试验任务。
主要试验功能如下:
1)35kV开关柜应满足的试验要求:交流耐压试验;断路器主触头的分合闸同期性、合闸时触头的弹跳试验;直流电阻测试;绝缘电阻测试;工频耐压测试等。
2)1500V开关柜应满足的试验要求:交流耐压试验;直流电阻测试;框架绝缘电阻测试;工频耐压测试等。
3)400V开关柜:交流耐压试验;直流电阻测试;绝缘电阻测试;工频耐压测试;分级负荷自切、自复测试等。
4)继电保护及自动装置:35kV两段母线失压自切、自复功能测试;差动保护测试;双边联跳测试;开关逻辑闭锁测试;变压器超温跳闸测试;直流保护测试;电压电流保护性能测试;重合闸和备用电源自投测试等;
4)交直流电源及UPS:双电源切换;蓄电池充放电测试;充电装置电压、电流值调整测试;绝缘电阻测试;接地电阻测试;直流接地告警测试;工频耐压测试等。
5)PSCADA信号控制屏及网开关控制屏:测量、信号、控制测试;通信网络运行状态及通信测试;保护定值修改、切换、压板投退测试;信息显示、报警测试;历史信息查询、存储测试等。
3.7 教室分布
根据实际现场场地条件按高压室、低压室、控制室和多媒体培训仿真室依次展开的教室,教室之间应留有互通的电缆沟,并预留与信号系统的接口。
平面布置图如下图:
4. 结语
城轨供电实训基地可以包含教学、演练、测试三大模块,可以模拟正常的供电系统交接班、设备巡视、倒闸操作技能、高压设备停电检修作业所有步骤,并可对标准化操作步骤逐步评判对错,符合情景化的教学、演练、自测及考核等多样的培训模式,即可进行设备基础认知,又可开展实训协作演练;从可持续发展的角度看,加强专业性实训基地的建设势在必行。■
作者简介:楚树桥(1984-),男,河北邢台人,石家庄铁道学院2006级自动化专业本科毕业生,主要从事铁道供电方面的技术研究。
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