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高铁变电所多层次实训系统的研究与应用
陈 海 军
(广州铁路职业技术学院，广州 510430)
摘 要 ：高铁变电所是电气化铁道的核心组成部分，其专业技能可通过实训系统来提高。针对目前高铁变电所实训系统的状况，建设了3种层次的实训系统，即整体型、专项型和自主学习型系统。比较了各种实训系统的特点及应用，实现了可在真实的设备上进行演练，也可进行模拟操作，自主开发实训项目，完成技能的基础学习、难点掌握到全面提升的过程。
关键词 ：高铁； 变电所； 多层次实训系统
0 引 言
我国电气化铁路发展迅速[1]，尤其是近年来的高速铁路。而牵引供电系统[2]是高铁安全运行的重要组成部分，其中高铁变电所是供电系统的核心部分，因此探讨高铁变电所实训系统的建设有积极意义。
此词《琴趣外篇》本和嘉靖本均予收录。汲古阁本不收，毛氏于《满庭芳》题下注：“或刻苏子瞻。旧刻六首。考“北苑春风”是秦少游作，删去。”四库本《淮海词》收录此作，題下注：“或刻黄山谷。”
实际运行时，高铁变电所中涉及控制保护相关的主要设备，如测控装置、高压开关柜等设备，一般不能用于学习和培训，因为现在变电所均采取无人值班设计[3]，供电对象为一级负荷，而变电所是一个综合自动化控制系统，与一般的变电所有较大的区别，且装置具有高度的集成性和成套性，不能供培训学习进行操作、拆装和分解。但对于学员而言，需要掌握监控系统结构及技术，变电所的原理及操作，迫切需要更有效的途径，解决培训学习存在的不足之处，更好更快地掌握专业技能，以适应就业需要。
高铁牵引供电系统运行出现问题将造成不良影响[4]，供电系统中新设备新技术不断应用，对高技术专业人才需求较大，对人员素质也提出了更高的要求。对于从业人员而言，加强职业技能的培训是提高人员素质的重要途径[5]，建立基于高铁变电技术的实训系统，完善和实训相关的软件和硬件，这方面值得探讨和改进。
1 实训系统建设现状
目前国内基于一般电力系统的实训系统比较多，但关于高铁变电所的实训系统的的相关文献相对较少。现场有针对地方电力系统采用仿真培训思路的，目的是培训人员使用系统模拟完成变电所内部分操作，模拟设备故障、保护和自动装置动作的相关信息，但主要是在计算机中模拟完成部分项目，但设备有限，加上场地限制，不适合大规模培训，也有条件好的建设职业技能训练基地，但不是以高铁变电所为基础的。
利用模拟监控实验系统，培训人员可完成站内遥信、遥测、遥控、遥调以及变电所内现场操作，更改保护整定值，对设备事故、继电保护和自动装置动作的相关信息进行处理，同时，可以进行模拟操作和仿真，有条件也可以接入高压设备。
部分院校建设有以电磁型继电器为基础的继电保护实验室、传统的微机保护实验室和新型的微机保护实验室，或以牵引变电所为基础建设实训室[6]，对学习供电系统有一定意义，但均不是以高铁变电所为模板，而且高铁变电所综合自动化技术发展很快，需要新的实训系统以跟上现场发展的需要。开发多功能的实训系统，开发技能培训项目，将高铁实际应用的技术融入系统，尽快掌握电力调度、变电值班、检修和试验的技术，提高其职业技能和职业素质[7]，对高铁供电系统安全运行有积极意义。
2 建设不同层次的实训系统
上述两种实训系统成套性特征还是比较明显的，不方便接线练习和更改接线，无法深入掌握综合自动化系统的内部联系，也无法进行编程学习和网络组建。可以开发一种组合式模拟监控实验系统，更加方便学生接线、实验和自主学习，更深入地学习各部分的原理及操作，可以完成综合自动化监控系统的主要功能，其成本低，也无需高压设备，约为继电保护实训系统的一半，比模拟变电所组屏方式的投入低更多，也是高铁变电所实训系统建设的一项创新。
农村大多空巢老人没有稳定的收入来源，农作物耕种受环境因素的影响，不能成为老人每年的固定收入［1］。空巢家庭中有2个及2个以上子女的家庭几乎占100%，子女不定期给予老人物质供养和生活费用，这种供养方式不固定。而养老保险金虽然固定，但是数额却无法成为老人生活的主要经济来源，在老人患有重大疾病的情况下，虽然养老保险金数额可观，但因按月发放，无法及时提供需一次性支付的医药费用，对于没有存款且子女不在身边的老人来说十分不便。我国物价不断上涨，但空巢老人养老保险金的数额变化不大，无疑加大了老人们的生活负担。
首先收集高铁变电所运行原始数据及相关资料，主要包括电气主接线，一次设备操作说明及二次接线图，测控装置原理及操作说明，变电所综合自动化系统网络连接关键设备等。分析高铁牵引供电安全监控系统的特点,研究牵引供电安全监控系统信息、组成及控制部分,对分层、分类构成安全监控系统的结构模式进行研究[8-9]，熟悉调度系统的运行方式，对监控系统实际运行出现的问题进行收集整理，研究解决方案，在设计开发实训系统时加以考虑。将高铁运行出现的各种情况及案例资料归档整理，研究典型工作任务，将工作任务具体化，在此基础上建设实训平台。
以高铁变电所为参照，构建实训系统，确定技能训练的项目，为技能训练提供真实的平台，主要采用以下3种不同层次的实践训练系统。
纳入标准：所有患者均满足临床诊断糖尿病、髋关节置换的判断指标，且患者和家属自愿签字签字认可知情同意书后内容，对医院有关伦理委员会申报以后被许可。
2.1 整体型实训系统—高铁模拟变电所实训系统
这是一套基于真实高铁变电所为模板建设的系统[10]，采用组屏的方式，缺点是成本较高，投资需数百万元。模拟系统以武广客运专线的高铁变电所应用为参照，设置了最基本的应用单元，即主变测控装置、并补测控装置、馈线测控装置、后台监控系统和电力调度系统。操作电源由直流盘供电，模拟系统主要应用于试验、培训等，监控系统可完成控制、保护、测量、信号指示等基本功能，同时可以进行保护投入退出、整定值更改、故障查询、事件记录等功能，各测控装置安装在测控屏上，测控屏屏面布置方式及监控界面与实际高铁变电所完全一样，二次接线部分与现场一致，差别在于与高压设备的连接，高压开关选用模拟断路器[11]，直接置于测控屏背后，或引出电缆至高压室的断路器(如果已安装高压断路器)。为实现遥控、遥信、摇测、遥调等远动基本功能和信息共享，需用光纤将各测控装置连接起来，实现变电所内的通信功能。
由表1可见，3种系统都可以有效地学习变电所的专业技能，但还是有区别的。第1种变电所的现场感强，教学情境逼真，初学者对变电所的感性认识大大增强，适合变电所整体性学习；第2种适合变电所难点的继电保护技能专门学习，可以更好地学习各种保护的专业技能；第3种是开放性的实训系统，各部分组合连接方便，结构清晰，适合自主深入学习和自主开发实验，包括编程、组态和网络设置等。从表1中还可以看到，单纯采用某一种实训系统都或多或少存在不足，但如果采用少量测控屏、试验台，加上第3种为主的实训系统，可以满足学习的各种需要，又弥补了各种实训系统的不足，既满足各项技能训练的需要，又可将建设成本控制在合适的范围内。
企业与科技的和谐主要包括积极与企业有关的新技术、新工艺、新材料，与社会科学技术并驾齐驱。如果企业的技术落后，跟不上社会发展的步伐，那么就不可能和谐。
2.2 专项型实训系统—继电保护实训系统
继电保护实训系统[15]是上述变电所实训系统的专项补充，主要专门针对继电保护实验设置，由于继电保护是变电所中最为复杂的技能，建设继电保护实训室就是为了解决变电所实训的难点专项。系统采用试验台的方式，也无需高压设备(用模拟断路器)，成本较上述的变电所系统低一半以上。监控主机与装置连接后，通过运行监控软件，显示主接线运行主界面。能够直观地了解各种保护测控装置的运行，系统应包含馈线保护、主变主保护、主变后备保护、电容器保护等保护测控装置模块，装置采用嵌入试验台面板布置的方式，面板预留继电保护测试仪输入端子，方便进行试验。
实际应用时，可以参考以下过程。
2.3 自主学习型系统—组合式模拟监控实验系统
由于高铁变电所采用自动化系统，是一个包括保护、监测、控制、中央信号，事件记录、通信等多种功能在内的一个综合系统，其供电方式、接线、保护、监控界面均与普通变电所不同。系统具有智能化程度高、体积小的特点。实训系统的开发需以此为基础，研究牵引供电监控系统的结构，确定变电所作业实际内容,建设供电监控系统实训平台，开发技能训练的项目，构建不同层次的实训系统。
此系统主要思路是开关柜的断路器用继电器模拟，利用低压直流电源信号模拟保护输入信号，模拟开关柜的元件均集中安装在控制板上，用电缆与笔记本电脑USB接口连接通信，用PLC编程软件编写断路器监控程序，利用组态软件进行监控界面组态[16]，利用计算机屏幕或触摸屏进行监控。可以利用控制板上的开关实现断路器的分合闸，也可利用鼠标在笔记本电脑上实现遥控，可以利用直流信号模拟过电流或欠电压，实现断路器保护动作和报警，也可在监控界面模拟过流或失压实现保护动作和报警。系统利用安装在控制板上的设备模拟了开关柜主要元件，实现了断路器当地控制、遥控监控过程，实现各类保护投退、动作值整定及自动装置动作过程，实现事故信号、预告信号功能，具备开关柜的控制和保护功能，装置综合自动化结构清晰、连接简单、组合方便，可随时拆装和组建，分组练习容易，教师指导方便，学生不但可以完成各项操作实验，而且可以学习PLC编程、触摸屏组态和PC机监控组态，可以自主研发实训项目。
为确定多港口地区港口投资的均衡，需确定投资人的投资收益函数以及投资策略空间，并模拟港口投资之间的投资博弈行为。
3 多层次实训系统的应用
3.1 实训系统比较
上述系统虽然是模拟系统，但是以武广客运专线(高铁)为参考模型，除了部分高压设备(变压器、部分高压断路器、互感器等)采用低压设备模拟外，其他二次设备，如测控屏、后台监控设备等，包括各设备布置方式，均与实际高铁变电所无异。通信系统也采用与现场一致的双光纤自愈环网结构，采用光纤连接，实现了综合自动化监控和远动系统的控制及信息共享，是实际牵引变电的浓缩系统，可以进行遥控、遥信、定值查询、修改、保护试验等项目，监控软件采用与高铁变电所一致的TA21当地监控系统[12-14]，具备高铁变电所监控系统的主要功能，具有高铁运行供电监控系统的技术和特点，属于一个整体变电所的实训系统，适合有充足资金和场地的情况下建设。
表1 不同类型实训系统比较
3.2 实训系统运用
此系统具备相应的保护功能、备用电源自动投入及重合闸功能，保护可在测控装置上整定，也可在后台监控机上整定动作值。实现保护测控装置的整定值录入、保护配置、故障报告、事件报告和自检报告查看等操作功能。实验者可模拟各种故障，校验保护动作情况，通过继电保护实验仪完成故障再现。可以方便模拟自动装置的动作条件及试验。测控装置安装在试验台上，方便开展进行分组教学和试验。为方便学习者学习操作和观察，故障模拟等输入及信号显示需在面板上合理设计及布局，在面板上设计有直观的各种短路模拟(包括图及模拟短路的按钮等)，同时也可以直接通过继电保护测试仪实际测试。主要保护均有相应的案例，提供可操作的试验步骤和方法。对于不考虑大规模投入资金进行组屏建设变电所的院校而言，试验台型式可作为一种方案考虑。
(1) 先在高铁模拟变电所实训系统学习变电所主接线、二次接线原理、断路器控制、各种信号回路识图等基本技能，对变电所整体运行有一定的理解。
(2) 然后利用继电保护实训系统，深入学习变电所的难点，即继电保护及自动装置部分，学习继电保护测试的使用，完成各项继电保护实验。
(3) 在掌握了变电所基本知识和掌握难点后，利用组合式模拟监控实验系统，学习PLC编程、界面组态、网络设置等，完成断路器控制、保护整定与设置，深入学习变电所的控制及监控技能，自主学习和开发实训项目，由掌握基本操作上升到可以设计及开发项目的更高层次，学员的思维得到升华，专业知识会打下较好的基础。
(4) 最后再重新利用高铁模拟变电所实训系统，进行各项控制、保护操作实验、故障查找及处理，加深对整个高铁变电所综合自动化的理解，专业技能得到全面的提高。
通过上述步骤，学员完成了从整体学习、难点掌握到自主编程开发实训项目的提升过程。
4 结 语
高铁迅速发展，运行维护需要大量掌握高铁供电技能的人才。开发高铁变电所实训系统，完善各种类型的实训项目，可使从业人员迅速掌握高铁变电所的职业技能。上述3种层次的实训系统投入相差较大，且单纯采用某一种系统都有其不足之处，可采用少量测控屏、试验台，加上组合式模拟监控实验系统为主的实训系统建设方式，部分高压设备采用低压设备模拟，然后在资金充足时逐步完善高压设备。对于学员来说，可以在真实的设备上进行演练或进行模拟操作，开发实训项目，既掌握了技能，突破难点，又完成了自我的提升，为供电系统的安全运行奠定基础。
本研究中，研究对象年龄、冠状动脉狭窄程度的比例等情况统计使用IBM SPSS Statistics 21.0完成。
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Research and Application of Multi -level Practical Training System for High Speed Railway Substation
CHEN Haijun
(Guangzhou Railway Ploytechnic, Guangzhou 510430, China)
Abstract ： The high speed railway substation is the core component of the electrified railway，Its professional skill can be improved through training system. In view of the current status of the training system for the high speed railway substation, three levels of training systems have been built, i.e., holistic system, special system and autonomous learning system. The characteristics and application of various training systems are compared. Practice can be carried out on real equipment, and can be simulated. Training projects can be developed independently from the basic learning to the difficulties, and then to the overall improvement. The process of improving skill can be realized.
Key words ： high speed railway; substation; multilevel practical training system
中图分类号： G 71
文献标志码： A
文章编号： 1006-7167(2019)06-0222-04
收稿日期： 2018-05-18
基金项目： 广州市高校科研项目(2012A120)
作者简介： 陈海军(1971-)，男，广东茂名人，硕士，副教授，研究方向为电力系统自动化，长期从事电气化铁道技术研究与教学工作。
Tel.：15989071086;E-mail:chjun3000@163.com
常减压装置作为炼厂的龙头装置，在炼厂中占据非常重要的地位[1]，其停工有固有的一套停工步骤，但随着装置日益大型化和环保的压力，对常减压装置的停工提出了更高的要求。常减压装置停工吹扫中往往会产生大量的含油污水和废气，造成停工吹扫期间现场油污较大、异味较重，加工高硫原油的装置这方面的问题更加突出，如果处理不好停工现场恶臭味会较大[2]。严重时甚至可能造成周围环境污染，对居民安全形成影响，造成次生事件。故常减压装置在停工过程中实现密闭排，达到安全环保停工，显得尤为重要。
标签：高铁论文; 变电所论文; 多层次实训系统论文; 广州铁路职业技术学院论文;