牵引供电实训室建设与教学研究

褚蓓蓓 孙祎英 毛晚堆

（石家庄铁道大学 河北石家庄 050043）

牵引供电实训室建设与教学研究

褚蓓蓓 孙祎英 毛晚堆

（石家庄铁道大学 河北石家庄 050043）

高校教学活动的重要组成部分是创新和实践能力的培养。牵引供电实训室是石家庄铁道大学重点发展的实践教学场所。实训室以一个标准牵引变电所为模板，包括变压器保护测控单元、断路器、隔离开关等设备。学校已依托实训室开设相关课程，对教学、科研活动的效果有很大的提升。

牵引供电 变电所 实训室

教学与实践相结合是高校教学发展的方向。高校是为社会各行业提供专业技术人才的基地。石家庄铁道大学是一所以铁道为办学特色的工科院校，每年为全国铁路交通行业输送大量的工程技术人才。为了教学内容与实际应用相结合，让学生在校园为将来从事相关工作打好基础，石家庄铁道大学建设了以培养学生实践能力为目的的铁道实训基地，牵引供电实训室即其中的一部分。

从1961年宝成铁路电气化通车发展至今，电气化铁路已经成为我国铁路的主要模式。2012年京广高铁运营，标志着我国电气化铁路已经进入国际领先行列。电力牵引是利用电能作为牵引动力，将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动机组和城市轨道交通车辆等有轨运输工具运行的一种运输形式。[1]牵引供电系统主要包括：牵引变电所、接触网、专用高压供电线路等。石家庄铁道大学牵引供电实训室以一个标准牵引变电所为模板进行建设，为本校教学、科研活动提供模拟仿真场所。

1 牵引供电实训室建设目的

（1）满足学生对现场牵引供电设备的了解。

石家庄铁道大学模拟变电所内设置了断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等设备，将理论教学变为实地、直观教学。

（2）有助于提高学生对牵引供电原理的理解。

通过实物认知、现场感知让学生更好的理解设备运行原理。

（3）增强学生操作牵引供电设备和排查故障的能力。

在现场对实物进行操作、演练增强学生实际动手能力和遇到问题解决问题的能力。

2 牵引供电系统的组成

（1）牵引供电系统由可配置的AT牵引供电单元和直供牵引供电单元组成，以一个标准牵引变电所为模板，包括部分一次设备实物和全套二次系统。

（2）AT供电模拟单元由单相接线牵引变压器，AT变、牵引网阻抗模拟部件等组成，采用集中组柜安装方式，当将AT变退出运行时，可作为直供牵引供电系统。

（3）供电电源为三相AC380V输入，从配电箱引入。

（4）一次设备配置户外真空27.5 kV断路器，27.5 kV电动隔离开关。

（5）一次模拟设备配置模拟变压器、模拟AT变、模拟线路阻抗、模拟短路阻抗、模拟断路器、模拟隔离开关、模拟电压电流互感器、模拟本体信号继电器等。

（6）二次系统配置交直流供电系统、综合自动化系统、故障模拟系统。

（7）为防止短路设置微型断路器（空开）过流保护。

3 系统组成方案

3.1 整体供电系统架构

整体系统架构如图1所示。

图1 整体系统架构

3.2 AT/直供供电模拟系统

供电系统按AT供电方式进行设计，AT变电源侧设置开关，当开关打开时，系统则变为直供方式。

牵引供电模拟系统由两路进线电源开关、模拟进线电动隔离开关、模拟跨条电动隔离开关、模拟高压断路器、模拟单相接线牵引变压器、模拟馈线断路器、模拟馈线电动隔离开关、大功率线路阻抗网络、模拟自耦变压器及柜体等组成。[2]电源由外部AC380V三相电源通过三相隔离变压器提供供电。石家庄铁道大学模拟变电所主接线图如图2所示。

其中各开关设置必要的操作闭锁逻辑。回路中断路器位置由可直接分断电流的大功率接触器接点实现，并配置相应的灯光指示，隔离开关由继电器接点实现，闭锁关系如下：

（1）进线电动隔离开关操作：对侧隔离开关分，且本侧高压断路器分，跨条隔离开关分；

（2）跨条电动隔离开关操作：一侧进线电隔及高压断路器分或另一侧进线电隔及高压断路器分；

（3）高压断路器合闸：对侧断路器分位；

（4）主变低压断路器合闸：高压断路器合位；

（5）馈线电动隔离开关操作：馈线断路器分位。

图2 石家庄铁道大学模拟变电所主接线图

3.3 交直流系统

交直流系统为牵引供电一次及二次设备提供电源，输入为三相AC380V，输出交流AC380V，AC220V，DC220V。其中断路器及电动隔离开关由独立直流电源控制。

3.4 故障模拟系统

故障模拟盘由工业控制计算机、输出PLC控制设备、短路阻抗模拟设备和柜体等组成。故障模拟回路设置牵引变压器本体信号，并设置变压器低压母线接地、馈线近端T接地、馈线远端馈线F接地等故障设置方式，并可设置故障类型为永久或瞬间故障。

3.5 牵引供电综合自动化系统

系统根据模拟主接线配置，设置两套变压器保护测控单元、1套供电臂保护测控单元、通信管理单元、后台监控系统，实现牵引供电系统全面的继电保护、控制、信号、测量和通信功能。[3]

整体盘面布局：（1）一号主变保护测控盘；（2）二号主变保护测控盘；（3）通信及馈线保护测控盘；（4）交直流及故障模拟盘；（5）供电模拟盘。

3.6 户外一次设备

户外设置1台电动操作机构电源等级为DC220V的27.5kV真空断路器和1台电动隔离开关。通过二次电缆与综合自动化系统连接。断路器和隔离开关辅助接点串接在牵引供电系统中。

3.7 集控操作台

集控台配备监控计算机、大屏幕液晶显示器、报表打印机和网络交换机等设备。

3.8 多媒体仿真实训平台

设置满足30位学生的计算机网络环境，实现同步牵引供电模拟仿真操作演练。包括计算机、液晶显示器及网管服务器主机、多媒体牵引供电仿真培训软件等。

4 牵引供电实训室实践教学

现已依托牵引供电实训室开设了多项实践教学活动，包括设备认知、设备操作等。

4.1 认知设备

通过实践教学，让学生对变电所主要设备进行认知，增强对现场设施的直观理解。

4.2 操作设备

通过现场设备分、合操作，掌握断路器、隔离开关等设备的结构、原理、操作方法等，训练学生对现场设备的使用和故障排查能力。[4]

4.3 阅读主接线图

通过阅读主接线图，从整体了解整个变电系统的原理。

4.4 遥信变位

通过控制台操作远程遥控设备置分、合状态，掌握远程控制原理及方法。

4.5 定值整定

通过控制台软件或测控装置面板进行定值整定，对系统的各类参数进行设置，模拟各种运行模式。

5 牵引供电实训室建设意义

牵引供电实训室是石家庄铁道大学铁道实训基地二期项目，是本校重点发展的实践教学场所。首先，依托牵引供电实训室，工程训练中心开设了铁道认知实践模块和铁道知识实训课程，通过实践教学活动帮助学生认知设备，增强学生设备操作及排查故障能力，对学生创新和实践能力的培养具有非常重要的作用；其次，牵引供电实训室还服务于本校专业课程，为相关专业课程提供了现场模拟环境；再次，本校教师依托牵引供电实训室开展了多项科研活动。牵引供电实训室的建设改变了以往单一理论教学模式，丰富了教学手法，提升了科研条件，对突出本校办学特色具有重要意义。

[1]陈海军.电力牵引供变电技术[M].中国铁道出版社,2011

[2]谭文举.电气化铁道牵引变电所综合自动化解决方案[J].电气化铁道,2004,(1):5～7

[3]王亚妮.变电所综合自动化技术[M].中国铁道出版社,2011

[4]黄建敏,骆开源.具有教学培训和科研功能的模拟变电所实训基地[J].电气电子教学学报,2003,(5):58～60

Study on Construction and Teaching of Traction Power Supply Training Room

CHU Bei-bei SUN Yi-ying MAO Wan-dui
(Shijiazhuang Tiedao University Shijiazhuang Hebei 050043 China)

An important part of college teaching is the innovation and practical ability. Traction power training room is the important practice teaching sites of Shijiazhuang Tiedao University. The training room uses standard traction substation as a template, including transformer protection and control unit, circuit breaker, disconnecting switch, and so on. The university has opened related curriculums relying on the training room which will improve the effects of teaching and scientific research activities.

traction power substation training room

U224

A

1673-1816(2014)01-0090-04

2013-11-24

褚蓓蓓（1978-），女，汉，河北石家庄人，硕士，讲师，研究方向铁道信号、牵引供电。

本文系“河北省教育厅2012年高等教育教学改革研究项目”（项目编号：2012GJJG086）的研究成果。