城市轨道交通牵引供电实训系统

19#教学培训实现3.1变电所综合自动化3.1.1系统总述电力监控与数字采集（SCADA）系统的作用是保证调度人员在控制中心对供电系统中的主变电所、牵引供电系统及供配电系统的供电设备运行状态进行监视、控制及数据采集，直观了解所有运行设备的工作状况，使供电系统安全、可靠地经济运行oSCADA系统主要作用有以下3个方面：1）对供电系统安全运行状态进行在线监控地铁供电系统正常运行时，通过调度管理人员对电网的电压、潮流、负荷、设备运行状态及工况指标的监视和控制，保证供电质量和用户的用电要求。2）对供电系统运行实现经济调度在实现对供电系统安全监控的基础上，通过SCADA系统实现电网的经济调度，达到降低损耗、节约电能的目的。3）对供电系统运行实现安全分析和事故处理在系统发生事故之前、之后或事故时的信息进行及时采集、及时分析和处理，缩小事故范围。提供事故处理对策和相应的监控手段，以使事故性地未然，及时处理事故或故障，以减少事故的损失。本方案中的应用软件是开放性的，用户在遵循操作规则的前提下，可根据运营的要求，修改、增扩系统监控对象和应用画面。用户画面窗口具有平滑缩放功能，缩放时画面上的各设备动态符号相对位置保持不变，且是全图。用户画面定义时具有拷贝功能，且有询问是“相同”还是“不同”对象拷贝的功能。应用软件具有带数据库定义的图形编辑工具。各种图形符号在定义时具有平滑缩放功能。各种图形符号在定义后，自动检测电气连接的正确性，并给出提示信息。各种记录（操作、警报）可根据用户要求，按站名、对象、性质、时间等项目进行检索。程控的定义和执行应包含逻辑判断功能，只有当定义的条件满足时，才能执行后续操作。系统所有对象定义后，系统能自动检测应定义而未定义的对象所在。应用软件具有在线修改、增扩功能，且自动刷新控制中心所有计算机。变电所综合自动化软件站控主单元，采用通用性强的实时多任务操作系统。支持软件满足IEC1131-3的规定。配置综合测试和诊断软件包，可诊断所内各种设备故障，故障标志到模块级。维护软件应具有良好的开放性，支持用户二次开发。软件系统运行可靠。3.1.2系统结构考虑到地铁变电所中压成套设备（含继电保护装置）、直流成套设备、低压成套设备、配套设备（温控箱、控制器）及排流柜、自用电源屏等，不是由一家设备厂商提供，不可能采用同一种网络。为此，此变电所SCADA网络结构采用混合型，即成套电气设备采用总线型结构，配套电气设备等采用星型结构，混合型网络结构图，如下图所示。750Y开关柜图3-1网络结构3.1.3系统功能变电所综合自动化系统用于变电所各种设备的控制、监视、联动、联锁、闭锁功能，自动投切，电流、电压、功率、电度采集功能。重要设备之间不仅利用二次回路实现硬线的联动、联锁、闭锁，还利用综合自动化软件完成上述功能，实现逻辑判断、计算、继电器等功能。系统功能如下所示：（1）控制信号盘主要功能1）通信功能实现与电力监控系统的远程通信。向电力监控系统控制中心主机或当地维护计算机传送变电所操作、事故、预告等信息；接收电力监

控系统控制中心主机或当地维护计算机下发的控制命令。通过变电所实训室内通信网络，完成与各间隔单元的接口功能并进行规约处理，实施对间隔单元的数据采集与控制输出。与变电所便携式维护计算机及人机界面的通信功能。2）集中监控功能配置人机界面:以汉字菜单及对话框方式，实现人机对话及变电所实训室内集中监控管理。■PH**-l^f曽Fi4d!LE4■mmc£»heif・oe個週賂址erm«4jf>-**lc*F"：■PH**-l^f曽Fi4d!LE4■mmc£»heif・oe個週賂址erm«4jf>-**lc*F"：mikhJ|n-ETwvfmv-KJCtTMi图3-2集中监控人机界面FJ4IL14P.9JFiIOI鈕*ikfilfdMA控制功能:接收电力监控系统控制中心主机或当地维护计算机的控制命令，对变电所实训室内被控对象进行集中控制，远方遥控和变电所实训室内集中控制操作之间设操作切换闭锁，同一被控设备只允许由一个远方控制端对其实施遥控。操作分选择－执行两步进行。同时，设有I/O模块单元。3）信息显示功能主要包括：被控对象的位置信号，各种事件信息，自检信息及动态实时主接线图，变电所实训室内各微机保护测控单元、信息采集单元等装置的运行工况等。信号显示内容有：事件时间、事件内容（汉字显示）等，以便于维护人员的故障查找。4）用户画面显示功能能动态显示变电所主接线画面和接入综合自动化系统的微机测控、保护单元、信息采集单元等装置的通信工况。5）测量量集中显示功能包括各种模拟量及脉冲量的工程值，并可对工程值转换公式进行灵活定义。6）通道切换功能站控主单元通过主、备远程通道与控制中心通信，两路通信路径互为热备用；在故障时可以自动切换通信路径，恢复正常工作，并有相关报警信息上送。7）时钟同步功能可通过软件或硬件与车站通信时钟系统对时，以同控制中心电力监控系统保持同步；并且可通过软件对时，与各间隔单元设备同步，对时精度不小于1ms,同时对于I/O信号等应附加时标上传。8）具有看门狗、自诊断、自恢复功能及系统故障诊断功能。变电所实训室内任何微机测控、保护单元、信息采集单元装置、网络接口设备、通信通道发生故障，均报警。对于牵引降压混合变电所，实现直流馈线断路器与电动隔离开关之间的软联锁。在操作选择、校核时，站控主单元按操作对象预编程的联锁条件进行操作闭锁软件判别。变电所实训室内任何事故、预告信号均发音响信号，事故、预告采用不同音响，且音响在一定的时间内自动解除，音响时间可调。盘上设置音响“投入”、“撤除”转换开关。9）系统故障诊断功能变电所实训室内任何监控单元发生故障，均报警，单个监控单元的故障，不影响整个系统的运行，故障标志达到模块级。任何监控单元的故障报警均应在变电所和控制中心监控系统设备结构图上显示并报警。3.1.4系统控制、监视、测量范围1主要控制范围1）控制开关范围牵引降压混合变电所：10KV断路器、750V直流断路器、750V牵引网电动隔离开关。2）控制种类范围继电保护整定组转换、自动装置投入-撤除、开关分合闸。2主要监视范围0.4kV以上级所有设备（含相关0.4kV断路器）运行信息、开关位置、事故信号和预告信号、自动装置投入撤除信号、开关当地/远动操作位置信号、交直流装置信号。主要测量范围：a.10KV进出线电流b.10KV母线电压C.10KV/750V整流机组10KV侧电流、有功功率、有功电度750V母线电压750V馈线电压750V馈线电流750V负极总电流直流屏直流母线电压杂散电流监测量3.1.5电力调度中心主站系统其主要功能包括：遥控、数据采集处理、显示、报警、查询等。设备安装在实训基地的调度中心培训位置。1、控制与操作功能1）遥控功能。在电力调度中心能够对实训变电站的所有可操设备进行遥控合、分操作，操作要有权限，所有操作要保存在系统日志。遥控操作包括单步操作、程序控制操作两种类型。程序控制操作要包含地铁现在应用的各种程序控制操作序列和自定义序列。2）断路器故障跳闸后的远方复归功能，能够对闭锁的保护装置进行远方复归，进行恢复送电操作。3）保护定值组管理功能。包括选择站名、设备种类、设备名称对其进行保护定值召唤、显示、保存、切换、打印等。4）保护投退功能。远方根据系统运行需要投入、退出某种保护功能。操作要保存在系统日志。5）控制闭锁功能。现场设备出现故障或不能合闸送电（如接地刀闸闭合）时，对这个设备的控制命令会被闭锁。闭锁条件可以自定义，投、退。6）遥控屏蔽功能。包括全站屏蔽、全线屏蔽、某一电压等级的屏蔽，单一开关的屏蔽。解除屏蔽要有权限，主接线图上要有标注。7）人工直数。有权限的人员可以对系统采集到的数据进行人工置数，并作出标记，区别于正常数据。8）远方维护功能。可以远方对基础设备采集量进行修改、人机界面更改、硬件参数配置。利用维护工具软件可以进行系统软件模块的启停，修改维护数据库，图形编辑、修改软件配置，处理故障等。2、数据采集与处理功能1）遥信功能。包括开关、小车的位置信号；保护装置的启动、出口、重合等；自定义系统计算机节点工作状态等。2）遥测功能。包括变电站内各种电气设备的运行电气参数；数据格式转换功能；计算功能；多种统计功能；超量程报警检查功能等。3）数据处理打印功能。包括开关操作信息、故障信息、电流电压曲线、超限、峰谷值等。4）SOE（时间顺序）事件记录功能。可以按时间、事件源查询记录SOE事件。5）故障录波数据读取功能。6）统计报表功能。3、显示功能1）人机界面显示。2）接地状态显示。3）趋势显示。4）变电站综合自动化系统状态显示。4、报警功能1）事件报警功能，包括综控室紧急停电操作。2）报警事件打印功能。3）报警列表查询和筛选功能。5、系统权限管理功能1）使用权限管理。2）功能权限管理。3）控制权限管理。6、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。3.1.6SCADA系统复示终端SCADA系统由主站端和远端控制单元组成。远端控制单元完成各种数据的采集、终端命令的实现、信号的上送等。主站则完成整个系统的总控。包括数据的处理，遥控、遥信、遥测、遥调等。SCADA系统复示终端是能够与SCADA系统主机进行通讯并远离于主站，能够完成SCADA系统监控工作站同样的功能的远方工作站。SCADA系统复示终端部署在供电沿线的变电所、分区所以及各个检修站，以方便相关人员在任何地方都能对系统数据进行查询、操作，随时看到整条线的接线画面、各类设备的运行情况。查询SCADA系统的实时数据以及历史数据。复示终端系统功能＞复示终端系统作为SCADA系统的附属系统，可以根据实际工作的需要满足用户的基本要求和一些特殊要求。它的一些主要功能如下：＞复示系统具备SCADA系统工作站所提供的所有功能；A复示系统提供用户优先级别设置；A复示系统提供实时上网功能；＞复示系统对SCADA系统透明。即复示系统是否起用对SCADA主系统的运行不产生任何影响。SCADA主服务器具有复示终端监控进程。随时为复示子节点提供服务。复示终端系统硬件组成复示系统硬件分SCADA主机系统服务器端和远端PC端。作为远端PC公需要一台普通计算机，通过以太网连接至主工作站，可实现点对多点复示。系统主要结构如下图所示。

SCADA系统复示网络结构图3.1.6.3复示终端软件设计系统软件设计采用C/S模式，SCADA系统作为服务端，向客户端提供服务，如数据下载服务和控制信息发送等。复示节点作为客户端，显示被控站画面，并根据服务端发各站状态信息，做出相应的处理并显示出结果，客户端除非有特殊权限，一般不允许控制，只作为一个实时监视器。服务端的功能主要是后台运行，比如对客户端提供画面下载，提供节点表数据下载；接收网络报文，分析处理，并向客户端提供控制服务。服务端可以与多个客户端相连，客户端连接服务端时需输入用户名及口令，这些用户数据保存在服务端中的一个ACCESS数据库中，程序通过DAO读写数据，客户端必须通过服务端的用户口令检查后才能进行以后的操作。画面数据保存在调度端系统后台服务器SQLSERVER或SYBASE数据库中，如果客户端向服务端申请下载某个画面或者请求菶画面的控制状态数据，服务端将通过ODBC去读调度端系统后台服务器中的数据库，并将数据发送给客户端。服务端在向客户端改善控制信息时，将监听和接收局域网上广播的报文，然后根据报文内容向客户端发送控制数据包。客户端分七个部分：1）画面显示：显示当前选择或者撕开的画面。显示方式可以在缩放方式和普通显示方式间切换。2）消息显示1：显示提示信息，包括你所做的操作的结果和对话信息（聊天功能）。3）消息显示2：显示非位置遥信的发生及恢复的提示信息。4）网络操作：用户登陆、用户注册、密码修改、画面下载（断点续传，重新下载），并保存下载数据到本地。5）本地文件浏览：可以在这里查看系统已经保存在本地的下载文件，并可以看见这个文件是否下载完毕，以及最后一次下载时间，如果没有下载完，可以打开这个文件继续下载。每一个画面下载后只有一个副本，系统只保存最后一次下载后保存的数据。6）对话（聊天）功能：系统提供网上用户广播交流信息的功能。控制：实现接点表下载和接点表断点和事佬功能；向服务端申请控制开始，然后接收控制数据包，处理后，将结果显示在消息显示窗口1或消息显示窗口2中。系统服务器软件采用异步SOCKET通讯，端口号可设，服务器地址可以选择，所以系统可以构架多个服务端，并通过ODBC支持不同数据库。主要流程如下图。服务器软件流程图网络连接上后，客户端将向服务端发送口令数据包，服务端检查口令是否正确，如果不正确，将向客户端发送一个错误包，如果通过口令检查将发送一个确认包，并向客户端发送一个画面名称和代码包

客户端收到这个包后，将数据分解并显示在列表内。客户端收到服务端应答包将做相应处理并显示提示信息。如下图所示。客户端软件流程图3.2网络化交互式演练系统设计方案3.2.1网络化交互式演练系统交互式演练系统，通过网络技术构建；能够实现多学员间同时培训；可以在教员的监控（或干预）下使用，也可作为独立的演练系统使用。并可通过投影系统进行基础知识的讲授、学员自主学习辅导；难点、重点及操作演示。系统使用鼠标或键盘通过图形化人机界面进行交互演练；将多媒体模块、软件方式的仿真演练模块合理的配置在此系统上。配备高性能计算机设备和双屏显示设备，主屏显示虚拟变电所三维环境的实时画面，副屏显示电路根据操作而产生的实时动态变化情况，便于学员更直观的理解一次接线（主接线）和二次接线的控制原理和控制逻辑。电路原理图的动态变化表现为：以红色标示的方式在原理图画面上显示电路的实时得失电情况。图3-3示例-值班员演练台具体操作界面类似下图：rf\侏电宁Itl2X对话记录2024202B204|选择需2)”7H与对话验2号馈钱侧倒闸结束分2谑22122电动隔离开关位置21B断路器位置在2121,2122合闸按钮上挂“禁合”牌开始操作开始模拟操作IW26BL开始模扌以操作供电调度(1640:39)值班员命令編号1248号，批准时间9时32分助理值班员(16:40:45)[f值班员21B断路器为分闸位置值班员〔16:41:39)[f助理值班员分21B值班员(16:41:47)[^助理值班员开始操作值班员(16:41:52)(^助理值班员开始模拟操作助理值班员(16:42:57)[f值班员分21B㈣退岀查询电路安全运行检查对话对话物品箱手指防护供电调度提不跳过值班员倒闸操作命令记录|倒闸作业谢集上菇B命电检修诸您命令助理值班员.命令内容为：“分21B”；对话芫成以后撤消手指动作，方法为点击鼠标右键.倒闸卡片图3-4操作界面示例3.2.2系统概况本系统采用虚拟仿真软件与实物设备相结合的方式完成城轨牵引变电所值班员的实训演练，系统培训架构基于牵引供电系统的功能结构，使值班员能够按照现实的关系进行协作演练、故障处理等，符合学员各自的职业环境及作业流程。具有如下特点：采用虚拟牵引变电所与实物设备相结合的方式，既可以降低投资造价，延长实物设备的使用年限又可以使学员体验实物工作环境中的操作设备。系统构建全三维虚拟化的牵引变电所模型，可以解决不可视、不可摸、不可入等危险环境的培训问题，演练过程安全、培训效率高。系统配备的实物设备可与虚拟牵引变电所相连，这些设备具有可操作性并实时反映电力仿真的结果。能够使学员安全、准确、高效、直观的了解变电所的设备构造、标准作业流程、多用户协同配合作业、故障处理等能力。系统构建网络化综合实训室，成本低，维护管理方便；设备利用率高，一次即可进行大规模的学员协作培训。系统通过网络将各演练终端连在一起，由教员统一控制，进行故障的设置、任务下达、演练监控、考试组织及实施等工作。3.2.3系统实训功能交接班、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、训练及考核。金属铠装封闭式开关柜结构认知，实