上海城市軌道交通供電仿真實訓系統(tǒng)開發(fā)

郭尚輝

摘 要：為了滿足上海市城市軌道交通變電檢修高技能人才技能的培訓和等級考核的要求，上海市申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓中心開發(fā)了城市軌道交通供電仿真實訓系統(tǒng)。該文簡述了上海市城市軌道交通供電系統(tǒng)的基本組成和系統(tǒng)功能，介紹了城市軌道交通變電檢修高技能人才的技能要求，深入分析了上海城市軌道交通供電仿真實訓系統(tǒng)的開發(fā)原則，并且對該系統(tǒng)的組成及功能進行了詳細介紹，闡述了該仿真實訓系統(tǒng)的實用價值和現(xiàn)實意義。

關鍵詞：城市軌道交通 供電系統(tǒng) 實訓仿真系統(tǒng) 變電檢修 技能培訓

中圖分類號：U22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0024-02

目前，城軌變電檢修高技能人才的培訓實操模式是以帶隊師傅在現(xiàn)場進行講解，學員聽講解、觀看如何操作為主，很多情況下不能由學員真正地動手去操作。即使在線路非運營時段的培訓也只能進行示意性的操作，無法把實際操作的每一步都進行演練，培訓效果較差。目前大部分的地鐵公司或者培訓機構不具備實訓仿真系統(tǒng)，即使有，也只能完成部分功能的模擬培訓，無法全方位地完成城軌變電檢修高技能人才的培訓需求。

該文主要介紹了上海申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓中心開發(fā)的城市軌道交通供電仿真實訓系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對真實城軌供電系統(tǒng)，在上海地鐵龍陽路實訓基地、張江實訓變電站內(nèi)配置供電專業(yè)教學、培訓、考核設施設備，搭建城軌供電仿真實訓平臺，以滿足城軌變電檢修高技能人才各技能等級的培訓、考核功能的需要，為城軌變電檢修高技能人才提供專業(yè)實操、應急故障處理及供電系統(tǒng)仿真培訓，構成多場景、多層次的綜合培訓系統(tǒng)。

1 變電檢修高技能人才技能要求

為了保證城市軌道交通供電系統(tǒng)的正常運作，城軌變電檢修高技能人才主要從事城市軌道交通供電系統(tǒng)110 kV及以下電壓等級的變配電運行和設備檢修、調(diào)試、故障處理與維修[1-3]。

需要掌握的技能：變配電設備巡視檢查、運行參數(shù)檢測、絕緣測量、運行操作；變配電控制設備巡視檢查、運行操作；控制回路檢修、校驗；開關電纜設備故障處理；設備電氣調(diào)試；自動控制裝置檢測；直流電源設備檢修、故障處理應急處置等[4]。

由此可見，為保證變電檢修高技能人才具備上述技能，除了掌握必要的專業(yè)知識和理論知識以外，還需要對其進行科學系統(tǒng)的實訓培訓，使其掌握正確的設備使用方法及規(guī)范的設備操作流程[5]，特別是故障處理和應急處置的能力。

2 實訓仿真系統(tǒng)的開發(fā)原則和需求

實訓仿真系統(tǒng)的開發(fā)應該遵循3個基本原則。

（1）仿真系統(tǒng)須以實際應用為背景。該仿真系統(tǒng)應該能夠模擬真實的地鐵線路所使用的供電系統(tǒng)，能夠模擬各種設備的操作需求，提供專業(yè)實操、應急故障處理，實現(xiàn)多場景、多層次的環(huán)境和狀態(tài)模擬。

（2）仿真系統(tǒng)應該具有可實現(xiàn)性和易操作性。實訓方案以典型供電系統(tǒng)整體為對象，以變電所為單元，優(yōu)化配置所內(nèi)一次各電壓等級開關柜設備、電源設備等實訓設備。對現(xiàn)場無法復現(xiàn)的設備如：再生制動系統(tǒng)等，采用多媒體教學仿真軟件，通過視頻或動畫方式復現(xiàn)其設備的主要功能和檢修維護方法。

（3）仿真系統(tǒng)能夠適用于不同層次的培訓和考核需求。本實訓系統(tǒng)標準符合上海軌道交通11號線、12號線、13號線和16號線等多條線路設備的技術規(guī)格要求，內(nèi)部的元器件以及安裝工藝考慮最新技術發(fā)展要求，與最新已供貨運營的設備保持一致。

3 實訓仿真系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

本城市軌道供電仿真實訓系統(tǒng)是參照上海地鐵12號線等新線路供電設備配置情況進行開發(fā)，該系統(tǒng)包括3個子系統(tǒng)：供電單元設備實訓系統(tǒng)、變電實訓系統(tǒng)和多媒體教學仿真系統(tǒng)。

3.1.1 供電單元設備實訓系統(tǒng)

該系統(tǒng)可完成運行操作、低壓配電、繼電保護、電氣試驗、開關電器、交直流電源、UPS系統(tǒng)等課內(nèi)實訓，以及單元變電設備的拆裝、維修以及綜合布線、開關電器的檢測和維修、綜合實訓和技能等級鑒定等實踐教學任務。主要配置交直流電源系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、400 V開關柜、信號控制屏、繼電保護屏和必要的檢測試驗裝備及工器具。圖1為供電單元設備實訓系統(tǒng)實驗室。

3.1.2 變電實訓系統(tǒng)

該系統(tǒng)進行運行操作、低壓配電、繼電保護、電氣試驗、開關電器、直流電源、綜合自動化系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)等課內(nèi)實訓、綜合實訓和技能等級鑒定的實踐教學任務。按照標準牽引降壓所進行布局架構，各類實物設備應在滿足上海地鐵最新供貨標準要求前提下，充分考慮培訓要求，設計能滿足各種故障模擬設置、方式切換的措施，設置為黑盒方式，學員在排查時無法看到。變電實訓設備按軌道交通供電變電所實際情況分區(qū)布置，組成一個具備實際場景和操作功能的實訓變電站，從而使學員盡可能快地建立起城市軌道交通供電系統(tǒng)的整體概念。圖2為變電實訓系統(tǒng)實驗室。

3.1.3 多媒體教學仿真系統(tǒng)

為保證良好的實訓效果，在上述的實訓室內(nèi)還分別配置多媒體牽引供電教學仿真系統(tǒng)，采用一體化工業(yè)觸摸屏，該系統(tǒng)采用動畫的形式，可實現(xiàn)牽引供電設備工作原理、開關設備內(nèi)部構造、變電所配套圖紙檢索、設備說明書、維修手冊等內(nèi)容的講解，以及個人知識考核測試等功能。多媒體牽引供電實訓軟件也可組網(wǎng)安裝于網(wǎng)絡多媒體教室中供教師統(tǒng)一授課及學員考核評估。圖3為多媒體教學仿真系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)功能

供電仿真實訓系統(tǒng)面向城市軌道交通應用領域，應用于城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)行業(yè)深度技術培訓與考核評估。系統(tǒng)采用動畫、語音、教學視頻、虛擬仿真等多媒體技術，通過電腦軟件對使用人員進行牽引供電和電力配電系統(tǒng)供電方式、設備構造等知識講解以及牽引供電故障模擬、設備仿真操作等方面的培訓。

供電仿真實訓系統(tǒng)總體功能包括原理教學、仿真模擬和考核評估3個部分。

3.2.1 原理教學

系統(tǒng)通過動畫與語音結(jié)合的形式，將城軌牽引供電系統(tǒng)知識，運用生動、形象的方法講解給學員，從而克服以往理論教學枯燥、乏味、效果較差等一系列缺陷。

3.2.2 仿真模擬

培訓的操作主要針對全線35 kV和1500 V可遙控的開關和刀閘的操作，通過計算機模擬技術仿真，使學員可以在電腦上模擬操作，學習現(xiàn)場正常倒閘、故障處理等工作流程，操作界面與現(xiàn)有現(xiàn)場應用軟件保持一致。

3.2.3 考核評估

教員監(jiān)控管理系統(tǒng)主要負責組織訓練與成績考核，并對訓練和考核過程進行監(jiān)控。教師以任務形式編制教學、訓練及考核任務。學員所有操作會被詳細的記錄下來，可以實現(xiàn)情景化的教學、演練、考核。教師可以向不同的學員發(fā)送不同的任務，也可進行統(tǒng)一任務訓練。教員控制計算機通過網(wǎng)絡系統(tǒng)與各功能模塊相連。教員能夠通過教員控制臺完成對系統(tǒng)的維護、數(shù)據(jù)管理、用戶管理、故障實時設置或預設、故障管理、成績評判、成績管理、編制考核任務、通知學員考試、實時監(jiān)控等功能。

該模塊可驗證考核學員對牽引供電知識的掌握情況。包括練習模式和考試模式，兩種模式下都能以人員、技術等級、知識面進行分類，針對學員的不同技術等級進行練習和考試，最后匯總顯示考試結(jié)果，有助于了解及分析學員的學習效果。

4 結(jié)語

針對目前城軌變電檢修高技能人才的培訓和考核需求，上海申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓中心進行了城市軌道交通供電仿真實訓系統(tǒng)的開發(fā)。該系統(tǒng)參照上海實際線路供電設備的配置情況，從原理設計、硬件布置、模擬仿真等環(huán)節(jié)中充分考慮仿真系統(tǒng)的真實性、可操作性、使用廣泛性等基本原則，滿足了城軌變電檢修工各技能等級的培訓、考核功能的需要，為軌道交通人才培訓提供堅實的硬件保障。

參考文獻

[1] 上海申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓中心.城市軌道交通概論[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

[2] 鐵道部電氣化工程局電氣化勘測設計院.牽引供電系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，1988.

[3] 上海申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓中心.城市軌道交通接觸網(wǎng)技術[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[4] 上海申通地鐵集團有限公司軌道交通培訓中心.城市軌道交通變配電技術[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

[5] 上海軌道交通培訓中心.上崗證培訓標準化文件—供電檢修工[S].2015.