摘要：城市轨道交通供电系统的安全性、稳定性直接影响地铁路网运营安全。由于系统持续带电运行，相关岗位人员的实操训练、应急处置及联动作业培训等受到很大限制。建立一套还原真实操作环境、模拟供电系统故障处置及应急联动作业的城市轨道交通供电系统多工种联动实训系统对提升关键岗位人员的业务能力有着重大现实意义。本文以上海地铁为例，从需求分析、系统构建、系统仿真等方面，研究一套完整的轨道交通供电系统多工种联动实训平台的构建。
1.功能分析
1.1.系统定位分析
实训系统应具备地铁变电系统的一切主要结构特征和设备类型，可以开展所有的典型操作及相关岗位联动作业，但又不能只是地铁变电系统的局部复制，必须突出变电系统的结构特点和作业难点，同时还应配套功能扩展升级和教学管理功能。
1.2.实训对象需求分析
按照地铁岗位设置及分工，变电系统主要涉及的岗位为电力调度员、变电巡检人员；其中，上海地铁采用路网集中控制运行模式，电力调度员又分为线网电力调度员和线路电力调度员。对电力调度而言，供电系统运行方式调整是其核心岗位能力，尤其在出现大面积失电等紧急情况下，如上海地铁2007年曾发生因上级电网原因导致三条线路三个110KV主变电站同时失电，调度员能否及时有效地调整系统运行方式，将失电范围缩减到最小，对地铁路网运营起到决定性作用。这要求电力调度员对系统一次结构、运行方式、联络开关闭合逻辑等具有极高的掌握度。
随着无人值守、智能巡检等模式的发展，变电巡检人员的能力要求更多向运修一体化方向发展，实训上必须侧重于检修及应急处置能力的培养，尤其是对牵引直流供电设备、关键位置微机保护继电器、直流电源设备等的故障处置和应急抢修能力。
值得一提的是，行车调度员与电力调度员的联动作业是地铁路网运营应急处置中的常见情况，因此实训系统应预留与相关行车实训系统的接口，以实现对行车调度员开展牵引负荷能力下降、触网失电等情况下的行车组织调整的相关培训。
1.3.实训形式分析
针对电力调度员的实训，应构建类似中央集控及线路控制中心级的轨道交通电力系统SCADA操作环境，系统应涵盖地铁供电系统的所有典型结构，如上海地铁供电系统中的110KV环网、35KV环网、三级降压、二级降压等重要典型结构，突出运行方式调整的重点及难点。
针对变电巡检人员的实训，应构建一个涵盖地铁供电系统典型变电站结构的实训环境，以便开展所有重要变电设备及部件的操作、测试、试验、更换、排故等作业培训。
电力调度员实训平台与变电巡检实训平台间应建立通讯联系，实现远程与就地控制模式，以开展更贴近生产实际的培训。
2.系统构建
2.1.一次系统选型
一次系统选型必须包含地铁路网供电系统的所有结构特点，以上海地铁为例，供电系统中包含110KV-35KV-10KV-0.4KV三级降压结构、110KV-35KV-0.4KV二级降压结构以及110KV环网、35KV环网，甚至个别线路出现三级降压和二级降压并存。因此，选型必须满足实训内容能覆盖所有供电系统运行调整方式，但是，实训系统结构不一定要照搬路网所有线路，可以将需要纳入的一次结构进行整合，例如图2.1所示。
2.1 上海地铁电力调度实训平台35KV环网区域连接图
2.2.变电站选型
变电巡检实训平台主要实现变电站内设备的操作、维护、检修等作业的实训功能。平台应包含地铁路网所有典型变电站结构及重要的变电设备。
一方面，对于认知类的实训，可通过设置模拟屏等设备，使学员掌握主变电站、混合变电站、牵引变电站、降压变电站等的内部结构及在变电系统中的位置及作用。
另一方面，对于操作类的实训需求，必须配置各类重要的一次、二次设备，尽可能构成完整的变电站结构，实现设备间的联动及中央和就地间的联系。但实际构建中可能受到现实条件限制，以上海地铁为例，变电巡检实训平台是以原2号线张江高科站的牵引和降压站为基础，进行结构化整合改造，形成了类似牵引降压混合变电站的结构，并与电力调度实训平台间实现中央及就地控制模式，具体一次结构如图2.2所示。
图2.2 上海地铁变电巡检实训平台一次接线图
2.3.仿真电力系统的控制模式
实训系统的控制模式应按三级管理（线网、线路中央、变电所）、四级控制（线网中心、线路中央、变电所、设备就地）的原则进行设计，实现远方、就地控制权限。就地包括变电所级中央信号屏及设备级就地（由变电检修实训平台实现）；远方包括OCC SCADA、CIOS、N-PSCADA。就地的控制权限直接通过实训变电站现场设备的切换硬开关实现，控制权限高；远方的控制权限通过电力调度平台通过软件实现，控制权限低。由此，能够在实训时让电力调度及变电巡检学员获得更真实的联动作业感受。
2.4.集控模式下的线网级指挥平台
上海地铁采用集控模式，新增了线网电力调度岗位，构建实训平台时需根据岗位职能，建立线网级调度实训平台，仿真集成线路电力调度系统的中央级功能，实现对仿真电力系统内各个变电所供电设备的运行状态、故障情况等进行监控，并向各线路控制中心、主变/开关站、降压/牵引/混合变电所发布指令，统一指挥、协调各个线路供电系统运行。
2.5.与行车实训平台的联动
应建立典型的直流牵引接触网供电结构，与行车实训平台相联，模拟不同牵引供电模式如单边、大三边、大双边供电等情况对列车运行的影响，实现对行车调度开展牵引负荷控制与行车密度匹配的相关培训功能，以提升电力调度员与行车调度员的应急联动作业能力。
3.系统仿真
电力调度实训平台应尽可能少地配备真实SCADA设备，但变电巡检平台出于实际操作需要，必须配备相当数量的一次设备，但又不可能在实际高电压下运行，为了提升实训的真实性，必须对操作界面、运行状态、系统故障等进行仿真，这是构建变电巡检实训平台的关键和难点。
3.1.操作界面仿真
实训平台应能完全仿真供电系统实际软操作界面，主要包括：
1）主结线及开关量的实时状态显示；
2）动态潮流、频率、电压、主变油温等运行参数显示；
3）历史与实时曲线显示，事件顺序记录，故障保护动作记录；
4）越限报警及报警光字牌画面自动弹出；
5）运行参数制表打印等功能。
以上仿真内容应采用多媒体技术进行音响、色彩、闪烁等的动态图像显示，将运行状态和事故发生、演变过程直观、形象地表现出来。
3.2.系统运行仿真
1）不同运行方式下系统运行状态及切换的仿真，包括运行方式及工况的设置与存储，例如，综合运行方式涵盖多个电压等级的变电站，主变电站可以向本线相邻主变电站35KV母线送电运行，或者向其他线路35KV供电系统支援供电，上述运行方式可通过存储直接选择，同时每种运行方式下的变化则涉及正常操作仿真，包括母线倒闸操作和主变与线路投退等系统操作。
2）不同负荷状态下供电系统运行状态的仿真，包括：大负荷、支援供电等；
3）系统电压过低或过高及其有载调压调节仿真，功率因素不足及其调节仿真；
4）可根据不同运行方式任意设置24 h 的负荷曲线，并以此进行正常运行状态下的潮流计算；
5）与行车实训平台联动，仿真列车速度与行车密度等对牵引供电仿真系统负荷的影响以及牵引供电系统故障对列车供电能力的影响，并实现牵引供电设备状态以及行车运行状态相关数据的双向传输。
3.3.故障仿真
1）仿真实训变电站任何断路器跳闸，并触发仿真供电系统改变运行方式和相应断路器联动；
2）仿真线路过负荷、变压器漏油超温、PT 与CT 断线、控制回路断线、直流电源消失、压力异常、储气筒漏氮等；
3）仿真牵引系统故障，包括触网故障切换大双边、大三边供电、接触网短路及接地故障、钢轨电位限制装置的故障反应等；
4）仿真由于误操作引起的故障；
5）各种组合故障，可进行电气与非电气故障的组合。
3.4.仿真的设定与扩展
设定与扩展是为了根据实训需要，在后台对仿真系统的组成、参数、故障类型等进行编辑和设置，应涵盖以下内容：
1）修改变电站、电缆线路、断路器、闸刀等各种电气设备的名称、标号、数量及运行参数和条件；
2）修改继电保护装置整定值及联动逻辑；
3）设置设备的运行状态，实现不同种类和多重故障的组合设置；
4）为降压供电系统增加联络线路，为构成新的混合仿真系统提供基础模块。
需要强调的是，针对不同的实操内容，故障的仿真应分为软件仿真和硬件仿真两类。
4.教学管理子系统
为确保实训系统能正常开展培训、考核等教学活动，后台的教学管理子系统应具备以下主要功能：
1）课程管理（创建、编辑、修改、批量发送等）；
2）考核管理（自动评分、评分标准设置、正确率统计等）；
3）信息管理（学员培训时间、考核档案等）；
4）系统管理（参数设置、权限管理等）；
5）教学管理（班次安排、师资管理等）。
教学管理子系统主要依靠软件信息技术实现相关功能，在此不过多赘述。
5.总结
轨道交通供电系统多工种实训平台对轨道交通电力调度员、变电巡检人员及行车调度员等的岗位操作能力、应急处置能力、联动作业能力的培训具有较大的现实意义，本文提供了平台构建的一些思路和方法，希望对业内同仁能起一些借鉴作用。
参考文献：
[1]《城市轨道交通设计规范》DG/TJ08-109-2017
[2]《SCADA系统信息管理建设指导意见》（STB-GD-010302）
[3]《上海城市轨道交通工程技术标准》 DG/TJ08-2232-2017
论文作者:周丰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/18
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