上海城市轨道交通供电仿真实训系统开发

郭尚辉

摘 要：为了满足上海市城市轨道交通变电检修高技能人才技能的培训和等级考核的要求，上海市申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心开发了城市轨道交通供电仿真实训系统。该文简述了上海市城市轨道交通供电系统的基本组成和系统功能，介绍了城市轨道交通变电检修高技能人才的技能要求，深入分析了上海城市轨道交通供电仿真实训系统的开发原则，并且对该系统的组成及功能进行了详细介绍，阐述了该仿真实训系统的实用价值和现实意义。

关键词：城市轨道交通 供电系统 实训仿真系统 变电检修 技能培训

中图分类号：U22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0024-02

目前，城轨变电检修高技能人才的培训实操模式是以带队师傅在现场进行讲解，学员听讲解、观看如何操作为主，很多情况下不能由学员真正地动手去操作。即使在线路非运营时段的培训也只能进行示意性的操作，无法把实际操作的每一步都进行演练，培训效果较差。目前大部分的地铁公司或者培训机构不具备实训仿真系统，即使有，也只能完成部分功能的模拟培训，无法全方位地完成城轨变电检修高技能人才的培训需求。

该文主要介绍了上海申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心开发的城市轨道交通供电仿真实训系统，该系统针对真实城轨供电系统，在上海地铁龙阳路实训基地、张江实训变电站内配置供电专业教学、培训、考核设施设备，搭建城轨供电仿真实训平台，以满足城轨变电检修高技能人才各技能等级的培训、考核功能的需要，为城轨变电检修高技能人才提供专业实操、应急故障处理及供电系统仿真培训，构成多场景、多层次的综合培训系统。

1 变电检修高技能人才技能要求

为了保证城市轨道交通供电系统的正常运作，城轨变电检修高技能人才主要从事城市轨道交通供电系统110 kV及以下电压等级的变配电运行和设备检修、调试、故障处理与维修[1-3]。

需要掌握的技能：变配电设备巡视检查、运行参数检测、绝缘测量、运行操作；变配电控制设备巡视检查、运行操作；控制回路检修、校验；开关电缆设备故障处理；设备电气调试；自动控制装置检测；直流电源设备检修、故障处理应急处置等[4]。

由此可见，为保证变电检修高技能人才具备上述技能，除了掌握必要的专业知识和理论知识以外，还需要对其进行科学系统的实训培训，使其掌握正确的设备使用方法及规范的设备操作流程[5]，特别是故障处理和应急处置的能力。

2 实训仿真系统的开发原则和需求

实训仿真系统的开发应该遵循3个基本原则。

（1）仿真系统须以实际应用为背景。该仿真系统应该能够模拟真实的地铁线路所使用的供电系统，能够模拟各种设备的操作需求，提供专业实操、应急故障处理，实现多场景、多层次的环境和状态模拟。

（2）仿真系统应该具有可实现性和易操作性。实训方案以典型供电系统整体为对象，以变电所为单元，优化配置所内一次各电压等级开关柜设备、电源设备等实训设备。对现场无法复现的设备如：再生制动系统等，采用多媒体教学仿真软件，通过视频或动画方式复现其设备的主要功能和检修维护方法。

（3）仿真系统能够适用于不同层次的培训和考核需求。本实训系统标准符合上海轨道交通11号线、12号线、13号线和16号线等多条线路设备的技术规格要求，内部的元器件以及安装工艺考虑最新技术发展要求，与最新已供货运营的设备保持一致。

3 实训仿真系统

3.1 系统组成

本城市轨道供电仿真实训系统是参照上海地铁12号线等新线路供电设备配置情况进行开发，该系统包括3个子系统：供电单元设备实训系统、变电实训系统和多媒体教学仿真系统。

3.1.1 供电单元设备实训系统

该系统可完成运行操作、低压配电、继电保护、电气试验、开关电器、交直流电源、UPS系统等课内实训，以及单元变电设备的拆装、维修以及综合布线、开关电器的检测和维修、综合实训和技能等级鉴定等实践教学任务。主要配置交直流电源系统、UPS系统、400 V开关柜、信号控制屏、继电保护屏和必要的检测试验装备及工器具。图1为供电单元设备实训系统实验室。

3.1.2 变电实训系统

该系统进行运行操作、低压配电、继电保护、电气试验、开关电器、直流电源、综合自动化系统、牵引供电系统等课内实训、综合实训和技能等级鉴定的实践教学任务。按照标准牵引降压所进行布局架构，各类实物设备应在满足上海地铁最新供货标准要求前提下，充分考虑培训要求，设计能满足各种故障模拟设置、方式切换的措施，设置为黑盒方式，学员在排查时无法看到。变电实训设备按轨道交通供电变电所实际情况分区布置，组成一个具备实际场景和操作功能的实训变电站，从而使学员尽可能快地建立起城市轨道交通供电系统的整体概念。图2为变电实训系统实验室。

3.1.3 多媒体教学仿真系统

为保证良好的实训效果，在上述的实训室内还分别配置多媒体牵引供电教学仿真系统，采用一体化工业触摸屏，该系统采用动画的形式，可实现牵引供电设备工作原理、开关设备内部构造、变电所配套图纸检索、设备说明书、维修手册等内容的讲解，以及个人知识考核测试等功能。多媒体牵引供电实训软件也可组网安装于网络多媒体教室中供教师统一授课及学员考核评估。图3为多媒体教学仿真系统。

3.2 系统功能

供电仿真实训系统面向城市轨道交通应用领域，应用于城市轨道交通牵引供电系统行业深度技术培训与考核评估。系统采用动画、语音、教学视频、虚拟仿真等多媒体技术，通过电脑软件对使用人员进行牵引供电和电力配电系统供电方式、设备构造等知识讲解以及牵引供电故障模拟、设备仿真操作等方面的培训。

供电仿真实训系统总体功能包括原理教学、仿真模拟和考核评估3个部分。

3.2.1 原理教学

系统通过动画与语音结合的形式，将城轨牵引供电系统知识，运用生动、形象的方法讲解给学员，从而克服以往理论教学枯燥、乏味、效果较差等一系列缺陷。

3.2.2 仿真模拟

培训的操作主要针对全线35 kV和1500 V可遥控的开关和刀闸的操作，通过计算机模拟技术仿真，使学员可以在电脑上模拟操作，学习现场正常倒闸、故障处理等工作流程，操作界面与现有现场应用软件保持一致。

3.2.3 考核评估

教员监控管理系统主要负责组织训练与成绩考核，并对训练和考核过程进行监控。教师以任务形式编制教学、训练及考核任务。学员所有操作会被详细的记录下来，可以实现情景化的教学、演练、考核。教师可以向不同的学员发送不同的任务，也可进行统一任务训练。教员控制计算机通过网络系统与各功能模块相连。教员能够通过教员控制台完成对系统的维护、数据管理、用户管理、故障实时设置或预设、故障管理、成绩评判、成绩管理、编制考核任务、通知学员考试、实时监控等功能。

该模块可验证考核学员对牵引供电知识的掌握情况。包括练习模式和考试模式，两种模式下都能以人员、技术等级、知识面进行分类，针对学员的不同技术等级进行练习和考试，最后汇总显示考试结果，有助于了解及分析学员的学习效果。

4 结语

针对目前城轨变电检修高技能人才的培训和考核需求，上海申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心进行了城市轨道交通供电仿真实训系统的开发。该系统参照上海实际线路供电设备的配置情况，从原理设计、硬件布置、模拟仿真等环节中充分考虑仿真系统的真实性、可操作性、使用广泛性等基本原则，满足了城轨变电检修工各技能等级的培训、考核功能的需要，为轨道交通人才培训提供坚实的硬件保障。

参考文献

[1] 上海申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心.城市轨道交通概论[M].北京：中国铁道出版社，2012.

[2] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院.牵引供电系统[M].北京：中国铁道出版社，1988.

[3] 上海申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心.城市轨道交通接触网技术[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[4] 上海申通地铁集团有限公司轨道交通培训中心.城市轨道交通变配电技术[M].北京：中国铁道出版社，2012.

[5] 上海轨道交通培训中心.上岗证培训标准化文件—供电检修工[S].2015.