簡(jiǎn)析跨座式單軌交通接地漏電保護(hù)和列車(chē)GR故障的關(guān)系

謝紅霞

摘 要：以重慶軌道交通較洞線(xiàn)為例，介紹跨座式單軌交通牽引供電系統(tǒng)64D接地漏電保護(hù)和列車(chē)GR的原理，并簡(jiǎn)單分析64D接地漏電保護(hù)和列車(chē)GR的保護(hù)范圍及相互之間的保護(hù)配合，從而總結(jié)64D接地漏電保護(hù)裝置和列車(chē)GR的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：跨座式單軌；64D；接地漏電保護(hù)；GR

1重慶軌道交通較洞線(xiàn)牽引供電系統(tǒng)概況

跨座式單軌，即列車(chē)跨座于軌道梁之上行駛，走行軌道只有一條，而非傳統(tǒng)鐵路和地鐵的兩條平行鋼軌。目前，重慶軌道交通國(guó)內(nèi)已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通線(xiàn)路中僅有的兩條跨座式單軌城市交通線(xiàn)路較洞線(xiàn)和機(jī)場(chǎng)線(xiàn)。與全國(guó)所有軌道交通線(xiàn)路一樣，其直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為不接地系統(tǒng)，對(duì)直流供電設(shè)備采用絕緣對(duì)地安裝，與地鐵正極接觸網(wǎng)供電、負(fù)極走行軌回流的方式不同的是，單軌走行軌不具備回流的功能，而是單獨(dú)設(shè)置專(zhuān)用的負(fù)極接觸網(wǎng)作為回流通路。因此，跨座式單軌接地漏電保護(hù)裝置與其他軌道交通線(xiàn)路相比，具有明顯不同的特點(diǎn)。

2、設(shè)置接地漏電保護(hù)裝置和列車(chē)GR的必要性

如果列車(chē)在行駛過(guò)程中發(fā)生絕緣故障，導(dǎo)致列車(chē)車(chē)體框架帶電，列車(chē)到站后容易因列車(chē)與站臺(tái)之間的跨步電壓對(duì)上下車(chē)的乘客造成觸電傷害。為了確保乘客的安全，在正線(xiàn)所有車(chē)站軌道梁負(fù)極接觸網(wǎng)側(cè)都安裝了列車(chē)框架接地裝置（車(chē)站接地板），使?？寇?chē)站的列車(chē)可靠接地。為了檢測(cè)列車(chē)車(chē)體是否帶電，在車(chē)體與負(fù)極之間串聯(lián)GR回路，一旦GR繼電器電壓達(dá)到100V，列車(chē)GR故障燈亮。為了有效地切除接觸網(wǎng)的短路故障，保證直流設(shè)備的正常工作和乘客安全，在正線(xiàn)各牽引變電所的直流負(fù)極母線(xiàn)安裝64D接地漏電保護(hù)裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)64D保護(hù)）。

3、接地漏電保護(hù)的原理及引起保護(hù)動(dòng)作的原因

重慶軌道交通較洞線(xiàn)，接觸網(wǎng)的額定電壓為DC1500V，允許偏差為DC1000-1800V，剛性接觸網(wǎng)布置于走行軌道兩側(cè)，正極接觸網(wǎng)向列車(chē)供電，負(fù)極接觸網(wǎng)回流，車(chē)輛通過(guò)橡膠輪胎在軌道梁上運(yùn)行。

3.1接地漏電保護(hù)裝置原理

重慶單軌系統(tǒng)每座牽引所內(nèi)設(shè)一臺(tái)接地漏電保護(hù)裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)64D保護(hù)，它一段接到1500V直流母線(xiàn)負(fù)極側(cè)，另一段通過(guò)接地電阻（R=5Ω）接入大地。當(dāng)接觸網(wǎng)供電線(xiàn)或者車(chē)輛控制系統(tǒng)絕緣受到傷害而車(chē)體帶電時(shí)，而形成的泄漏電流在接地電阻R上壓降達(dá)到170V時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，如在接地電阻R上形成的壓降達(dá)到200V時(shí)，接地保護(hù)裝置動(dòng)作，跳閘本所五臺(tái)直流饋線(xiàn)斷路器，并向左右鄰所直流上網(wǎng)饋線(xiàn)發(fā)聯(lián)跳。

在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，漏電流在上產(chǎn)生的壓降遠(yuǎn)小于64D保護(hù)繼電器的整定值，接地電阻R上產(chǎn)生的電壓可以忽略不計(jì)，即相當(dāng)于牽引供電系統(tǒng)負(fù)極電位接近地電位。只有正極接觸網(wǎng)對(duì)地短路或者列車(chē)電控系統(tǒng)絕緣因老化、擊穿等損傷供電線(xiàn)網(wǎng)或車(chē)輛電控系統(tǒng)絕緣受到損傷形成的漏電流在R上的壓降達(dá)到64D保護(hù)的整定值時(shí)，64D保護(hù)出口，引起各牽引所饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)跳閘。如果設(shè)備是瞬時(shí)故障，會(huì)自動(dòng)重合閘。如為永久性故障，故障區(qū)間接觸網(wǎng)供電的牽引所饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)在120S時(shí)間內(nèi)自動(dòng)重合閘2次后跳閘并閉鎖，相應(yīng)接觸網(wǎng)區(qū)段失電，起到隔離故障的目的。

3.2 導(dǎo)致64D保護(hù)動(dòng)作的常見(jiàn)情況

牽引供電系統(tǒng)正常運(yùn)行：各牽引變電所通過(guò)饋電線(xiàn)路及接觸網(wǎng)向各運(yùn)行列車(chē)輸送直流電流，列車(chē)就近向牽引變電所獲取最大的牽引電流，64D保護(hù)裝置檢測(cè)到的電流、電壓均在正常范圍。

3.2.1饋電線(xiàn)短路事故

饋電線(xiàn)的正、負(fù)極板間的短路事故一般不會(huì)出現(xiàn)。唯一的事故是由于列車(chē)前端檔板出卷入了雪，雪堵塞后于正、負(fù)極的導(dǎo)電弓間由于雪的水分導(dǎo)致短路。此時(shí)接地保護(hù)裝置動(dòng)作，將變電所快速斷路器斷開(kāi)，并報(bào)警。

3.2.2饋電線(xiàn)接地事故

饋電線(xiàn)的接地事故有時(shí)會(huì)發(fā)生。如正極饋電線(xiàn)由于某些物體（導(dǎo)體）造成絕緣子絕緣不良或造成短路等。接地電流流入至各變電所的接地保護(hù)裝置，此值達(dá)到漏電預(yù)警值時(shí)，微機(jī)系統(tǒng)出預(yù)警信號(hào)；此值達(dá)到保護(hù)值時(shí)，接地保護(hù)裝置動(dòng)作，將變電所快速斷路器斷開(kāi)，并報(bào)警。此時(shí)，短路電流同時(shí)按照以下兩個(gè)回路流回負(fù)極：正極饋電線(xiàn)→大地→64D保護(hù)裝置→牽引所直流負(fù)極母線(xiàn)；正極饋電線(xiàn)→車(chē)站接地板→車(chē)站內(nèi)車(chē)體框架→GR故障燈→負(fù)極受電弓→接觸網(wǎng)負(fù)極→牽引所直流負(fù)極母線(xiàn)。此時(shí)，全線(xiàn)路各車(chē)站內(nèi)列車(chē)GR故障燈均顯示故障，而區(qū)間運(yùn)行列車(chē)GR故障燈無(wú)顯示。

3.2.3列車(chē)主線(xiàn)路、高壓輔助線(xiàn)路的短路事故

列車(chē)主線(xiàn)路、高壓輔助線(xiàn)路的短路事故極其稀少，發(fā)生事故時(shí)，當(dāng)事故點(diǎn)發(fā)生在車(chē)輛的“快開(kāi)LB”之后，車(chē)輛電控系統(tǒng)的快速斷路器LB將跳閘。當(dāng)事故點(diǎn)發(fā)生在車(chē)輛的“快開(kāi)LB”之前，則通過(guò)供電系統(tǒng)的快速斷路器將系統(tǒng)斷開(kāi)。

3.2.4列車(chē)主線(xiàn)路、高壓輔助線(xiàn)路的絕緣不良

此時(shí)泄漏電流通過(guò)車(chē)輛GR線(xiàn)路。GR線(xiàn)路設(shè)定工作環(huán)境是為了防止萬(wàn)一出現(xiàn)乘客觸電事故。為此GR線(xiàn)路整定值應(yīng)根據(jù)人體所能承受的值進(jìn)行整定。當(dāng)故障發(fā)生在列車(chē)受電弓∽LB間時(shí)，列車(chē)通過(guò)停站時(shí)車(chē)輛框架接地裝置，使車(chē)輛GR線(xiàn)路動(dòng)作（漏電電壓大于100V），車(chē)輛LB分?jǐn)啵换蛘咦冸娝慕拥乇Ｗo(hù)裝置動(dòng)作（漏電電壓大于200V），將變電所快速斷路器斷開(kāi)，并報(bào)警。故故障列車(chē)在區(qū)間運(yùn)行，則GR燈點(diǎn)亮，其他列車(chē)GR故障燈無(wú)顯示，車(chē)內(nèi)乘客與列車(chē)等電位，不會(huì)造成觸電事故；當(dāng)故障列車(chē)駛?cè)胲?chē)站或者車(chē)站列車(chē)發(fā)生此類(lèi)故障，短路電流同時(shí)按照以下兩種方式流回負(fù)極：正極接觸網(wǎng)→車(chē)體框架→GR故障燈→負(fù)極受電弓→接觸網(wǎng)負(fù)極→牽引所直流負(fù)極母線(xiàn)；正極接觸網(wǎng)→車(chē)體框架→車(chē)體接地刷→車(chē)站接地板→大地→64D保護(hù)裝置→牽引所直流負(fù)極母線(xiàn)。不難分析，此時(shí)在所有車(chē)站的列車(chē)GR故障燈都可以被點(diǎn)亮。

3.3 64D動(dòng)作原因排查

由以上分析可以總結(jié)出，64D保護(hù)動(dòng)作原因，主要可分為：一、直流設(shè)備、電纜接地故障。二、正極接觸網(wǎng)接地、正負(fù)極短路接地。三、列車(chē)供電回路故障。

當(dāng)出現(xiàn)64D保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致部分（或全線(xiàn)）接觸網(wǎng)失電的情況，如何迅速判斷失電原因?qū)τ诒M快恢復(fù)列車(chē)運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要，首先，失電區(qū)段的所有列車(chē)全部收弓，然后對(duì)失電區(qū)段的接觸網(wǎng)進(jìn)行試送電，如果試送電失敗，則可判斷為牽引供電系統(tǒng)方面的原因，如果試送電成功，則可判斷為列車(chē)方面的原因，此時(shí)需要對(duì)該區(qū)間列車(chē)進(jìn)行逐列排查，直至找到故障列車(chē)。

4、GR故障分析

典型GR故障分類(lèi)如以下列車(chē)GR燈點(diǎn)亮示意圖：

圖3短路電流同時(shí)按照以下兩個(gè)回路流回負(fù)極：正極接觸網(wǎng)→大地→車(chē)站接地板→車(chē)體接地刷→車(chē)體框架→GR故障燈→負(fù)極受電弓→接觸網(wǎng)負(fù)極→牽引所直流負(fù)極母線(xiàn)，正極接觸網(wǎng)→大地→64D保護(hù)裝置→牽引所直流負(fù)極母線(xiàn)。

圖4、圖5短路電流同時(shí)按照以下兩個(gè)回路流回負(fù)極：正極接觸網(wǎng)→車(chē)體框架→GR故障燈→負(fù)極受電弓→接觸網(wǎng)負(fù)極→牽引所直流負(fù)極母線(xiàn)；正極接觸網(wǎng)→車(chē)體框架→車(chē)體接地刷→車(chē)站接地板→大地→64D保護(hù)裝置→牽引所直流負(fù)極母線(xiàn)。

圖6列車(chē)在區(qū)間，短路電流按照以下一個(gè)回路流回負(fù)極：正極接觸網(wǎng)→車(chē)體框架→GR故障燈→負(fù)極受電弓→接觸網(wǎng)負(fù)極→牽引所直流負(fù)極母線(xiàn)。

通過(guò)以上典型案例分析：

1、當(dāng)故障造成1500V牽引供電系統(tǒng)正極接地時(shí)，所有車(chē)站停靠列車(chē)均可發(fā)生GR故障。

2、所有故障均不會(huì)造成區(qū)間正常列車(chē)報(bào)GR故障。

3、區(qū)間列車(chē)報(bào)GR故障，表明該列車(chē)供電系統(tǒng)存在絕緣故障；且只有該列車(chē)報(bào)GR故障，正線(xiàn)其他列車(chē)不受影響。故障列車(chē)進(jìn)站時(shí)，由于車(chē)體強(qiáng)制接地，故障發(fā)展為牽引供電系統(tǒng)正極接地，進(jìn)而引起所有車(chē)站列車(chē)GR故障及全線(xiàn)牽降所64D保護(hù)動(dòng)作。

5、接地漏電保護(hù)和GR故障的關(guān)系

64D動(dòng)作表明牽引供電系統(tǒng)發(fā)正極接地，可以是直流電纜、接觸網(wǎng)、列車(chē)故障引起；GR動(dòng)作表明列車(chē)供電回路絕緣故障或者被牽引供電系統(tǒng)正極接地故障影響。64D、GR可以相互影響。64D動(dòng)作電壓200V、GR動(dòng)作電壓100V，表明列車(chē)GR更為靈敏，存在多列車(chē)GR故障，而64D保護(hù)無(wú)任何報(bào)警現(xiàn)象。

6、接地漏電保護(hù)和GR故障總結(jié)

64D保護(hù)存在的缺點(diǎn)：1、64D保護(hù)基本無(wú)選擇性，通常故障導(dǎo)致大面積牽降所64D動(dòng)作。

2、故障多為瞬時(shí)故障，64D保護(hù)設(shè)置有重合閘2次，即使全線(xiàn)64D保護(hù)頻繁動(dòng)作，大部分區(qū)段接觸網(wǎng)可由重合閘恢復(fù)供電，能重合成功幾率很大，不利后期查找故障。3、對(duì)于頻繁的接地故障，若調(diào)整接觸網(wǎng)單邊供電縮小故障，則會(huì)降低接觸網(wǎng)供電可靠性。4、運(yùn)營(yíng)期間，即使將接觸網(wǎng)調(diào)整為單邊供電，也無(wú)法完全將故障隔離。

7、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)單軌牽引供電系統(tǒng)64D接地漏電保護(hù)和列車(chē)GR故障進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并通過(guò)分析得出，1、當(dāng)有列車(chē)GR故障，而64D保護(hù)無(wú)任何報(bào)警時(shí)，電力調(diào)度應(yīng)加強(qiáng)牽引供電系統(tǒng)監(jiān)視并做好相應(yīng)準(zhǔn)備。2、根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，64D、GR故障多為瞬時(shí)性故障，給電力、行車(chē)調(diào)度故障查找?guī)Ющy。在發(fā)生列車(chē)GR故障時(shí)，行車(chē)調(diào)度應(yīng)密切關(guān)注區(qū)間有無(wú)列車(chē)報(bào)GR故障，行車(chē)調(diào)度與電力調(diào)度間信息暢通。3、在長(zhǎng)時(shí)間全線(xiàn)64D、GR故障無(wú)法消除時(shí)，故障原因又無(wú)法明確，經(jīng)請(qǐng)示后電力調(diào)度可合理調(diào)整接觸網(wǎng)運(yùn)行方式，將接觸網(wǎng)分成若干供電區(qū)段，防止故障影響全線(xiàn)，同時(shí)也能縮小故障排查范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]跨座式單軌交通直流牽引系統(tǒng)接地保護(hù)設(shè)計(jì)，《都市快軌交通》第21卷，2012.02，周才發(fā)

（作者單位：重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司）