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高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验

本仿真实验是高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验按照设备认知、原理学习、数据交互、问题解决四个层次,进行层次化、难度适宜的实验教学以下欧雷小编选取实验部分环节进行说明:

1)设备认知环节:通过虚拟仿真系统对内置的现场各个设备的实物图、基本原理分析、铭牌参数进行认知学习,设计两个层次化的实验模块,实现高速铁路牵引供电系统的关键核心设备认知。依据由整体到局部的认知过程,首先整体认知“什么是牵引供电系统以及整个供电系统各部分的组成”,然后是由局部模块到细节的设备认知。电力系统部分,认知学习高压传输线、公用电网;牵引变电所部分,认知主变压器、高压断路器、隔离开关、保护和监控测试柜、电流互感器、电压互感器、避雷器等;牵引网部分,认知馈线、接触网、钢轨、腕臂及受电弓等。

2)原理学习和设计环节:根据两个层次递进的实验模块设计,使得学生对高速铁路牵引供电系统的设计和运行,可以由浅入深、分块、分步骤地进行关键技术工作原理的学习与理解。学生在高速铁路牵引供电系统设计实验模块中,针对系统的整体设计,对外部供电电源、牵引变电所、牵引网进行设计,模拟在线实际工程场景,搭建牵引供电系统。

3)数据交互验证环节:根据高速铁路线路的运营规划,所设计的牵引供电系统需要验证其合理性。在搭建牵引供电系统时的牵引变电所选址、接线方式以及设备选型的数据都将输入到牵引供电计算模块中,同时由此计算模块获得的列车用电数据进行高速铁路牵引供电系统运行实验,此牵引运行实验的目的是验证系统设计的合理性。通过牵引运行仿真时计算的电压、电流及功率判断设计的系统是否能合理的给车辆运行供电,如果不合理则返回修改设计参数,如果合理则进行继电保护和短路试验场景虚拟仿真。

4)问题解决环节:问题解决能力作为工科人才培养的重要内容,以问题为核心,发现问题、分析问题、解决问题,让学生以问题为驱动,逆向思维,在工程实践中加深理论知识的理解和掌握。高速铁路牵引供电系统模拟运行实验模块,学生可根据不同工况对设计的牵引供电系统验证其可靠性、安全性。实验内置各种限制参数,一旦出现由于参数设计不合理导致的故障报警,则记录故障结果,制定修改参数的方法,逆向思考,由结果看本质,对系统设计进行修改,达到满足实际运行要求。

2)学生交互性操作步骤说明

本实验项目分为四个功能模块(如图2.8.1),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。

高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验 

2.8.1 高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验主界面

根据知识掌握的递进性,确定实验操作先后顺序,本项目包含以下14个实验步骤:

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,如图2.8.2。

高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验 

2.8.2  高速铁路牵引供电系统示意图

步骤2:电气设备认知

学生根据层次化实验要求,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设备,模块进行认知,掌握实物、电气符号以及CAD图纸三者的对应关系,如图2.8.3~图2.8.6。

高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验 

2.8.3 牵引变电所整体场景

高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验 

2.8.4 牵引变电所主接线图

高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验 

2.8.5 电气设备实际场景

高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验 

2.8.6 电气设备三维模型及介绍

2)供电设计: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:牵引所选址

牵引所位置的确定受到供电臂长度,铁路沿线的地形和外电源基本情况影响。铁路沿线剖面图如图2.8.7所示。点击右下方“创建牵引变电所”按钮,在图中将出现橙色牵引变电所图标,由鼠标拖动可将牵引变电所放置到铁路沿线的任何位置(如图2.8.8)。

高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验 

2.8.7 线路剖面图

高速铁路牵引供电系统设计与运行虚拟仿真实验 

2.8.8 牵引所选址

.........

根据实验数据交互记录,学生需要运用现代工程和信息技术工具对实验过程中出现的问题、实验方案的最优性、实验结果可信性进行分析总结。

实验练习过程中,给予学生适当的提示,引导学生一步步完成实验。学生必须按照提示进行正确的操作才能继续实验。不限制练习次数,但练习次数将记录在考核系统中。

系统自动记录上述过程,根据操作次数、设计方案是否满足牵引供电运行要求、是否考虑了经济成本等方面进行评判,给出成绩,高于60分为合格。

 


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