任务4-1 认识轨道交通供电实训室设备

项目4实训示例虽然每个城市地铁公司的电力监控系统的设备各不相同，但是它们的工作原理与要实现的功能是相同的。本项目单元以学院实训室的设备为例，设置了四个实训课程的内容。主要提供一种方法：有了实训设备，如何将设备能够实现的功能按照教学的要求转化为可实施的实训课程。同时让学生体会到，从学校走到工作岗位不是学习的终结，而是新的学习的继续与深入。而且工作当中的学习更能够将知识与技能应用于实践，从而更能实现自身的价值。任务4-1熟悉轨道交通供电实训室设备

本节学习要点行业背景轨道交通供电实训室设备全貌相关知识1.牵引变电所一次系统图及二次设备2.PSCADA系统设备介绍3.一次系统模拟图介绍4.ISCS系统设备介绍任务实施在学院的轨道交通供电实训室，认识并熟悉一次设备与测控装置。思考与练习行业背景轨道交通供电实训室全貌。如图4-1-1所示。

图4-1-1轨道交通供电实训室全貌系统由三部分组成：

1.第一部分PSCADA系统（站级电力监控系统）1）电源柜

2）整流柜

3）负极柜

4）进线柜

5）馈线柜

6）数据管理系统（也叫综自屏）

7）轨道电位限制装置

8）直流负载柜2.第二部分轨道交通一次系统模拟图即城市轨道交通电力监控系统的IBP盘。3.第三部分ISCS系统（中央级综合监控系统）

1）服务器（1台计算机）

2）工作站（2台计算机）

相关知识

1.牵引变电所一次系统图及二次设备

本实训系统为城市轨道交通牵引供电系统，整体设备由一套牵引系统组成。其主体设备包含整流变压器、整流器柜、直流牵引柜、直流负载柜、钢轨电位限制装置、系统数据采集柜。牵引降压所设备送电工作流程：墙壁电源箱→电源柜及各控制回路→整流器柜→直流牵引进线柜→直流牵引馈线柜→直流模拟负载柜。实训系统采用大功率线性电阻来模拟牵引机车，通电后可产生额定100A的直流负载，直流参数均可通过各自的采样系统上传至采样仪表、保护装置及系统后台显示。实训室牵引变电所一次系统图如图4-1-2所示。图4-1-2实训室牵引变电所一次系统图电力监控系统的直接监控对象是二次设备。电力系统二次设备的构成是一个系统，不仅仅是装置本身，如交流直流控制回路。如图4-1-3所示为无锡地铁SCADA系统间隔设备层的二次设备。下面我们讨论的重点将是电力监控系统对二次设备数据的采集。图4-1-3无锡地铁SCADA系统间隔设备层的二次设备

2.PSCADA系统设备介绍

1）电源柜

电源柜也叫交直流屏，由交流电源和直流电源两部分组成。交流电源是由外部引入的380V的三相交流电，给变电所提供动力电源。外部电源要有两个独立的电源供电，一个主电源，一个备用电源，当主电源发生故障，备用电源继续供电。直流电源给变电所二次设备提供220V直流电，由两个整流模块和一个直流备用电源蓄电池组两部分组成。正常工作时，一个整流模块直接给二次回路供电，另一个整流模块则负责给蓄电池组充电。一旦外部电源发生停电故障，蓄电池组即由充电状态自动转成供电状态，代替整流模块给二次回路供电，使二次回路能够正常工作。电源柜如图4-1-4所示。图4-1-4电源柜（1）ER11020T整流模块：ER22010Utilitysure系列整流模块采用当代先进的电源技术和工艺，专门为各类变电站、电厂及其它直流供电场合的直流屏设计，具有高效、高功率密度、高可靠性、智能化控制和造型美观等特点。ER2210TUtilitysure系列整流模块采用智能风冷的散热方式，功率密度高，占用空间少。采用2U×4U标准设计，内置逆止二极管，组屏简单方便。整流模块型号说明如图4-1-5所示。图4-1-5ER22010T系列整流模块型号说明

整流模块实物如图4-1-6所示，上面的显示部分可以查询相关参数。

图4-1-6整流模块实物（2）电源综合测控装置/电源综合保护装置：电源综合测控装置由微处理器组成，对电源的参数进行采集和监控。电源综合测控装置实物如图4-1-7所示。

图4-1-7电源综合测控装置实物电源综合测控装置屏幕显示内容如图4-1-8所示。图4-1-8电源综合测控装置屏幕显示内容2）整流柜

整流柜设备实物如图4-1-9所示。

图4-1-9整流柜设备实物整流柜的功能是将400V的三相交流电转换为48V的直流电，相当于给牵引机车提供的1500V直流动力电源。测控装置由直流微机控制器、电压电流表和温控仪等组成。其中直流微机控制器的显示屏上显示整流设备的相关参数，温控仪是的数码管显示相关器件运行时的实时温度值，如图4-1-10所示。

图4-1-10整流柜的测控装置整流柜的一次设备由变压器和整流器组成，如图4-1-11所示。其中下半部分是三相变压器，上半部分是整流器，输出12脉波的直流电压。两台整流柜同时工作时，可以输出24脉波的直流电压给负载。

图4-1-11整流柜的一次设备3）负极柜

负极柜里的一次设备是两台隔离开关，起到接通或断开母线的作用。负极柜的实物如图4-1-12所示。

图4-1-12负极柜的实物图负极柜的测控装置为ST700组件式直流微机综合保护装置，如图4-1-13所示。

图4-1-13负极柜的测控装置负极柜里的一次设备是隔离开关，也叫负极刀，如图4-1-14所示。

图4-1-14负极柜里的隔离开关4）进线柜

进线柜的测控设备是ST700组件式直流微机综合保护装置。进线柜的实物如图4-1-15所示。

图4-1-15进线柜的实物图进线柜里的一次设备是直流断路器，直流断路器不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，当系统发生故障时还可以通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力。QDS8系列直流快速断路器适用于额定电压DC2000V及以下、额定电流4000A及以下的直流电路。QDS8系列直流快速断路器实物如图4-1-16所示。

图4-1-16QDS8系列直流快速断路器

5）馈线柜

馈线柜里的一次设备也是直流断路器，测控设备是ST700组件式直流微机综合保护装置。馈线柜的实物如图4-1-17所示。

图4-1-17馈线柜实物图6）数据管理系统

数据管理系统柜中安装的设备为通信管理机，每一个通信管理机对应着一个PSCADA子系统。点击柜面的触摸屏，可以进入到系统中，进行界面信息查询和远程操作等。数据管理系统柜实物如图4-1-18所示。

图4-1-18数据管理系统柜实物通信管理机也叫前置机，即FEP，它专门用于数据采集和协议转换。SCADA系统通过FEP接收接入系统的信息并对无关的访问进行隔离。FEP具有转换各种硬件接口、软件协议的能力，接入系统通过FEP将数据传入SCADA系统，同时SCADA系统也通过FEP向各接入系统传送有关数据。通信管理机实物前面板如图4-1-19所示。

图4-1-19通信管理机前面板通信管理机背面如图4-1-20所示。可以看到有8个LAN口，3个USB口和10个COM口，其中COM1和COM2为RS232串口，COM3到COM10为RS485串口。可见通信端口非常丰富。

图4-1-20通信管理机（背面）7）钢轨电位限制装置

钢轨电位限制装置由接触器与晶闸管并联的组合开关回路、测量和操作回路、信号接口端子、保护装置、防凝露加热器和状态显示设备等组成。采用了S7-200PLC做为系统的控制核心元件，可通过TD400C人机界面进行对短路装置的各项参数调节及故障信息显示，并由通讯模块向后台传送模拟量及数字量信号。钢轨电位限制装置柜如图4-1-21所示。图4-1-21钢轨电位限制装置柜图钢轨电位限制装置里的一次设备是晶闸管控制的接触器也叫可控硅控制器。测控装置为S7-200PLC+文本显示器（TD400C）和智能温湿度控制器。TD400C文本显示器如图4-1-22所示，可以对I段、II段和III段限位电压的整定值进行设定。

图4-1-22文本显示器（TD400C）S7-200PLC实物如图4-1-23所示，钢轨电位限制装置的所有控制功能由它来实现，即是它根据设定条件向钢轨电位限制装置发出执行命令。

图4-1-23S7-200PLC实物晶闸管控制的接触器/可控硅控制器如图4-1-24所示，它是钢轨电位限制装置的执行机构，控制着钢轨与接地系统的通断。

图4-1-24晶闸管控制的接触器

8）直流负载柜

直流负载柜里的一次设备有直流馈线回路的隔离开关/刀开关、模拟牵引机车的电阻和一些模拟故障的开关等，可以在上面进行故障的设置。直流负载柜实物如图4-1-25所示。

图4-1-25直流负载柜实物3.一次系统模拟图介绍

轨道交通一次系统模拟图模拟IBP盘。IBP盘也叫综合后备盘。IBP盘设置紧急控制按钮、状态指示灯等设备，通过控制电缆直接与各主要设备的二次端子排连接，其控制级别高于车站综合监控系统操作站。IBP盘放置在地铁车站综合控制室内，对本车站内的各种主要设备进行紧急控制与监视。轨道交通一次系统模拟图如图4-1-26所示。

图4-1-26轨道交通一次系统模拟图4.ISCS系统设备介绍

ISCS系统设备由1台服务器和2台工作站组成。模拟站级管理层的功能。如图4-1-27所示。

图4-1-27ISCS系统设备

图4-1-28所示为工作站显示器画面，在此工作站可以对变电所所有的电气设备进行远程监控。

图4-1-28工作站显示器画面图4-1-29所示为服务器显示器画面。此服务器安装的是WindowsServer2012R2网络操作系统，变电所所有电气设备的数据都要先传递到此服务器上，数据经过服务器的处理再传送给ISCS的各工作站，操作人员通过工作站的计算机对变电所设备进行监控。服务器的另外一项重要的功能就是要将数据上传至综合监控系统的中央管理层，中央管理层也可以对各变电所实行监控。实际的轨道交通监控系统中的服务器是分开使用的，一种是实时数据服务器，另一种是历史数据服务器，而且重要的服务器都使用了冗余技术，使得数据存储更加可靠。

图4-1-29服务器显示器画面

任务实施

在学院的轨道交通供电实训室，认识并熟悉一次设备与测控装置。思考与练习1.画出变电所的一次电路图，并将电路图中的器件与变电所设备柜对应起来。表4