地鐵直流系統(tǒng)中框架保護原理及處理程序

摘要：分析城市軌道交通直流系統(tǒng)設(shè)置框架保護的原因及動作原理，闡述直流框架保護電流保護、電壓保護及鋼軌電位限制裝置動作配合關(guān)系，了解直流系統(tǒng)框架保護應(yīng)急處理程序。

關(guān)鍵詞：直流框架保護 鋼軌電位限制 處理程序

1 概述

在地鐵直流牽引供電系統(tǒng)中，為了給機車提供直流1500V電源，每個牽引降壓變電所內(nèi)有兩個整流機組，將電壓等級為35kV的交流電源轉(zhuǎn)換為直流1500V電源送到直流母排，直流母排通過饋線斷路器向接觸網(wǎng)供電；而接觸網(wǎng)采用雙邊供電方式，在每個區(qū)間內(nèi)的接觸網(wǎng)由兩個變電所供電。當直流帶電設(shè)備對直流柜柜體發(fā)生泄漏或絕緣損壞閃絡(luò)時，基于直流設(shè)備安全供電的考量，將直流設(shè)備內(nèi)發(fā)生的短路故障迅速切除，直流系統(tǒng)設(shè)置了直流框架保護，如果發(fā)生直流開關(guān)帶電設(shè)備對直流柜柜體發(fā)生泄漏或絕緣損壞，框架保護動作切斷直流開關(guān)，防止故障點以外的部位受牽連，確保設(shè)備安全。

2 框架保護原理

框架保護分為電流型框架保護和電壓型框架保護兩種。直流牽引供電設(shè)備內(nèi)部絕緣材料一旦失去功效，便可能危及人身安全，為防止人身傷害事故發(fā)生，可將直流系統(tǒng)框架泄漏保護裝置安裝在牽引降壓變電所內(nèi)，該保護主要包括反映直流泄漏電流的過電流保護以及反映接觸電壓的過電壓保護，而過電壓保護還作為鋼軌電位限制裝置的后備保護與車站的鋼軌電位限制裝置相配合。MB型直流開關(guān)柜·框架泄漏保護·電流元件：直流開關(guān)柜柜底安裝有絕緣墊，從而保證直流開關(guān)柜與大地絕緣。將低阻抗電流繼電器兩端分別與直流開關(guān)柜柜體和系統(tǒng)地相連接，當柜體對地故障泄漏電流大于整定值（80A）時，繼電器發(fā)出動作信號，從而保證人和設(shè)備的安全。MB 型直流開關(guān)柜·框架泄漏保護·電壓元件：在直流牽引系統(tǒng)中，由于運行和短路電流，回流軌和框架接地系統(tǒng)之間可能會產(chǎn)生泄露電壓。因此，在回流軌與框架接地系統(tǒng)之間安裝一個限壓裝置，可以防止過高泄露電壓的產(chǎn)生。90V報警；150V跳閘。電壓型框架保護判斷整流器負極與整流機組外殼之間的電壓，當測量的電壓值大于定值時判斷為外殼帶電，保護跳開所有整流機組的交流進線開關(guān)和直流進出線開關(guān)?？蚣鼙Ｗo一旦電壓型動作后，本所的直流牽引系統(tǒng)全部跳閘，并閉鎖本所斷路器；電流型動作后閉鎖本所斷路器，與本所相鄰的牽引所的直流饋線開關(guān)也會跳閘，并閉鎖鄰所開關(guān)的重合閘。

3 鋼軌電位限制裝置保護原理

在直流牽引系統(tǒng)中，由于操作電流和短路電流的存在，可能會引起回流回路和大地間產(chǎn)生超過安全許可的接觸電壓。在此情況下，就需要在回流回路與大地間裝設(shè)一套鋼軌電位限制裝置，檢測的是鋼軌和地之間的電壓。以限制運行軌電位，避免超出安全許可的接觸電壓的發(fā)生。當發(fā)生超出安全許可的接觸電壓時，此鋼軌電位限制裝置就將鋼軌與大地快速短接，從而保證人員和設(shè)施的安全。

3.1 鋼軌電位限制裝置動作特性 在供電分區(qū)無車輛通行，且牽引直流系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定時，鋼軌對地電位是零；當供電分區(qū)接觸網(wǎng)短路或有車輛通行時，受鋼軌對地泄漏電阻的影響，鋼軌電位被迅速抬高，在鋼軌電位達到上限值后，鋼軌電位限制裝置隨即動作使鋼軌接地以降低鋼軌的電位，以免電位過高傷及鋼軌上的作業(yè)人員。西安地鐵主要采用接觸器、晶閘管等元件來制造鋼軌電位限制裝置。鋼軌電位>90V，裝置延時800ms后隨即動作，使接地網(wǎng)與鋼軌連接來降低電位，裝置連續(xù)動作3次，鋼軌電位仍大于限定值，電閘閉合后不再斷開；鋼軌電位>150V，鋼軌電位限制裝置無延時永久合閘；鋼軌電位>600V，100ms之內(nèi)晶閘管導(dǎo)通，鉗制鋼軌對地電位，同時將合閘指令發(fā)送至接觸器。

3.2 鋼軌電位限制裝置與電壓型框架保護動作分析 雖然電壓型框架保護和鋼軌電位限制裝置都能用于鋼軌電位對地電壓的檢測，但二者在適用范圍、功能等方面也存在明顯的區(qū)別。比如電壓型框架保護是以動作跳閘的形式應(yīng)用于直流設(shè)備的保護，跳閘后將設(shè)備短路故障以及直流絕緣泄漏故障切除，引起本所6個直流開關(guān)柜和進線兩個35kV整流變柜跳閘，在單邊供電區(qū)間會短暫影響運行；而鋼軌電位限制裝置不動作跳閘就能降低鋼軌對地電壓，且不會妨礙牽引直流系統(tǒng)正常工作，既能避免鋼軌電位過高危害鋼軌上的作業(yè)人員，又可確保正常通車。

一般情況下，電壓型框架保護裝置比鋼軌電位限制裝置的整定時間長，一旦鋼軌電位急劇升高，通常整定時間較短的鋼軌電位限制裝置率先動作，使鋼軌連接接地網(wǎng)，從而避免鋼軌作業(yè)人員的生命安全受到威脅；一旦鋼軌電位限制裝置拒動，電壓型框架保護裝置隨即動作于跳閘，其動作參數(shù)包括：①鋼軌電位>90V，電壓型框架保護裝置延時1500ms后預(yù)警。②鋼軌電位>150V，電壓型框架保護裝置延時900ms發(fā)出動作信號。

4 故障舉例

注意：電壓型框架保護動作后，只跳開本所的直流牽引系統(tǒng)的所有開關(guān)；而電流型框架保護一旦動作后，除了本所的直流牽引系統(tǒng)全部跳閘，與該所相鄰的牽引所的部分直流饋線開關(guān)也會跳閘。以下以永寧門站為例：

如圖：若永寧門站的負極對框架的電壓升高到150V時，已經(jīng)達到框架保護的啟動電壓，永寧門站的框架電壓型保護動作，永寧門站的106、107、201、202、211、212、213、214開關(guān)跳閘；當永寧門站當框架對地故障泄漏電流大于整定值80A時，電流型框架保護動作，永寧門站的106、107、201、202、211、212、213、214開關(guān)跳閘；同時永寧門站會同時向安遠門站、小寨站發(fā)聯(lián)跳信號，安遠門站的213、214開關(guān)、小寨站的211、212開關(guān)也跳閘。這樣一來，從安遠門到小寨區(qū)段的接觸網(wǎng)都會停電，從而使有故障的設(shè)備與有電區(qū)域徹底隔離，保證了人身及設(shè)備的安全。

5 應(yīng)急處理程序

①電調(diào)通過PC機確認故障類型及開關(guān)動作情況。②如果是電壓型框架保護動作，通知值班主任、行調(diào)、發(fā)生電壓型框架保護，故障所退出運行，故障所相對應(yīng)供電分區(qū)目前為單邊供電。要求維調(diào)立即派人到故障牽混所檢查處理故障。③如果電流型框架保護動作，通知值班主任、行調(diào)：正線接觸網(wǎng)事故停電，停電區(qū)段；要求維調(diào)立即派人到故障牽混所檢查處理故障。④電流型框架保護動作，要求值班員打開負極柜后門，按下柜內(nèi)電流繼電器，繼電器上的紅色按鈕復(fù)位繼電器復(fù)位，然后在直流開關(guān)柜側(cè)面板處，按下“復(fù)歸按鈕”進行復(fù)位。⑤如果能復(fù)歸：分該所饋線上網(wǎng)隔離開關(guān)進行越區(qū)供電。⑥如果不能復(fù)歸：要求值班員解除發(fā)至鄰所的聯(lián)跳信號，相鄰牽混所直流饋線開關(guān)將自動重合閘，電調(diào)確認開關(guān)動作正常；如果沒有自動合閘，電調(diào)則立即操作合閘，確認開關(guān)合閘成功。⑦故障檢查完畢，可以恢復(fù)運行時，待非運營時間恢復(fù)至正常運行方式。

6 結(jié)論與建議

①框架保護的必要性。經(jīng)過上述對框架保護原理與故障的分析，我們可以得出以下結(jié)論：框架保護主要是保護直流牽引系統(tǒng)設(shè)備，是重要而不可缺少的。②框架動作的影響面大，恢復(fù)時間長。為了避免其誤動應(yīng)重點考慮與軌電位的保護匹配，主要考慮兩者之間的延時配合以提高系統(tǒng)保護的可靠性。③框架保護動作分為電流型和電壓型兩種。如果是電流型框架保護動作，故障很可能在變電所內(nèi)；電流型框架保護直接影響接觸網(wǎng)供電，應(yīng)第一時間判斷清楚故障性質(zhì)，同時在送電前一定要確認故障區(qū)段的列車均已降弓；信息，記錄重要信息；而電壓型框架保護動作，故障很可能在變電所外。電壓型框架保護動作對行車基本上不造成影響，在處理時應(yīng)以優(yōu)先保行車，后處理故障為原則；發(fā)生在車輛段或末端所時應(yīng)第一時間考慮越區(qū)供電；這兩種保護動作處理的方法是不同的，為了減少處理時間，電調(diào)必須在遠方能判斷框架保護動作的類型，至正常運行方式。

參考文獻：

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作者簡介：趙欣?。?975-），女，陜西寶雞人，助理工程師，研究方向：地鐵供電。