实验简介

本实验项目分为四个功能模块12个操作步骤（如图1），模块与模块间具有知识相关性和递进性，模块之间知识由浅入深，相互关联，前面的设计由后面的运行进行验证：

 

图1 高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验操作步骤

1）设备认知 

步骤1：系统结构及基本原理认知

学生通过动画显示和语音解说了解牵引供电系统的主要组成和基本工作原理。

步骤2：电气设备认知

通过虚拟仿真3D表现形式与物理实质相结合的实验形式，首先通过鼠标的三键操作，以漫游模式，从不同角度对场景中牵引变电所的主要电气设备（电流互感器，隔离开关，避雷器，断路器，电压互感器和牵引变压器）进行认知，辨识和匹配，通过考核的形式掌握实物、电气符号以及CAD图纸三者的对应关系。

2）供电设计：结合高速铁路实际线路，学生自主选定设计输入条件，包括列车编组、发车间隔和列车速度，进行合理的高速铁路牵引供电系统设计，包括牵引所选址，外部电源选择以及牵引变压器选型。

步骤3：确定行车输入条件

进入供电设计模块，学生必须结合高速铁路实际线路及规划的运量，自主选定设计输入条件，包括列车编组、发车间隔和列车速度。输入条件的设置直接影响到牵引变压器和外部电源的选择。

步骤4：牵引所选址

牵引变电所位置的确定需要考虑供电臂长度、接触网载流量、负荷大小及分布、线路纵断面等因素。

步骤5：牵引变压器选型

学生必须了解目前高速铁路牵引供电系统牵引变压器的接线方式，根据牵引负荷情况选择变压器参数。变压器容量大小的合理性直接关系到供电能力和运行经济性。该步骤中包括三个选择，分别是对变压器的接线型式、容量以及短路阻抗参数进行设置，在这三个设置中，分别采用下拉式菜单在各菜单中分别罗列了目前在工程实际中常用的变压器接线型式、容量以及短路阻抗。

步骤6： 外部电源的选择

根据电网进线短路容量至少是牵引变压器容量的40倍以上和对电网电压等级的要求，为牵引所选取合适的外部电源。

在高速铁路牵引供电系统中除了有牵引所，还存在分区所。

3）仿真运行：这个模块的练习主要实现两个目的：一是训练学生掌握停电、送电操作票的操作顺序，这是供电运维人员需要掌握的一项基本技能，要求学生了解安全停送电知识，掌握开关操作顺序；二是通过运行仿真来对变压器容量、母线电压、列车最低电压等指标进行检验，不满足要求将返回供电设计进行设计修改，这也是对前面牵引变电所设计的验证。

步骤7：填写送电操作票和送电操作

参照左边的主接线图，根据安全送电的顺序，依次在右边的送电操作顺序图中绿色圈中填入阿拉伯数字表示正确送电顺序，必须保证送电顺序全部正确方可进行下一步操作。

依次在模拟的操作屏上，按照上一步生成的操作票操作顺序，点击相应的隔离开关或断路器，对其进行位置确定与合闸操作。

步骤8：填写停电操作票和停电操作

参照主接线图，根据安全停电的顺序，依次在右边的停电操作顺序图中绿色圈中填入阿拉伯数字表示正确停电顺序，必须保证停电顺序全部正确方可进行下一步操作。

依次在模拟的操作屏上，按照上一步生成的操作票操作顺序，点击相应的隔离开关或断路器，对其进行位置确定和停电操作。

步骤9：仿真运行

点击运行仿真按钮。在设计开始选定的列车编组、发车间隔和速度条件下，调用后台供电计算仿真程序，观察动态负荷数据：牵引变电所的输出功率，母线电压等，以此校验牵引变电所网压和容量的合理性。仿真计算结果显示在信息框中，并给出供电系统设计是否合理，如果设计不合理，学生则必须返回到供电设计模块中重新进行设计。

4）短路试验

学生要掌握影响短路电流大小的因素，了解高压短路试验中验电挂接地线的实际操作过程，通过三维动画复现短路试验的实际场景，同时掌握牵引馈线保护整定方法。此操作主要分为三个步骤：短路试验模拟、继电保护整定设置以及短路触发。

步骤10：短路试验模拟模式

需要学生了解影响短路电流大小的因素、安全断电的操作，并由此过程了解验电挂接地线的实际操作过程。本步骤中首先确定短路位置，然后进行断电操作：根据倒闸操作票，在牵引所监控屏上找到相应隔离刀闸及断路器，对其进行分闸操作。分闸后还必须在高压开关柜上悬挂警示牌。点击“验电挂地线”按钮，系统将模拟显示验电、接地及挂地线三个操作。

步骤11：继电保护整定设置

需要学生了解牵引供电系统中保护整定的原则，根据选定的外部电源、变压器技术参数和供电臂长度确定线路阻抗和短路电流范围，按牵引馈线继电保护整定原则，设定保护动作值。

步骤12：短路触发

 通过仿真计算给出短路电流，从而可以进行馈线保护校验。

这一步操作是对步骤10的逆操作，包括摘除警示牌和合闸上电。短路试验结果显示