城市軌道交通框架保護(hù)和鋼軌電位限制裝置的配合與應(yīng)用

田青 粟彪

摘 要：解析框架保護(hù)和鋼軌電位限制裝置保護(hù)的工作原理、動作特性，結(jié)合整定原則，對三種電流型框架保護(hù)配置分類進(jìn)行了比較分析。

關(guān)鍵詞：地鐵;框架保護(hù);鋼軌電位限制裝置

1 直流框架保護(hù)動作原理及特性

1.1 框架保護(hù)原理

電流型框架保護(hù)主要檢測設(shè)備外殼對地的電流，該保護(hù)可以切除絕緣安裝的直流開關(guān)柜、整流器柜和負(fù)極柜內(nèi)發(fā)生正極與框架短路故障。電流型框架保護(hù)具有電流和時間保護(hù)特性，地和直流開關(guān)柜設(shè)備框架之間測量電流作為測量變量使用。

電壓型框架保護(hù)是測量和監(jiān)視絕緣安裝的直流設(shè)備框架上的電位，當(dāng)電位差超出許可范圍時，發(fā)出跳閘信號。電壓型框架保護(hù)擁有電壓和時間的分段特性，直流負(fù)極與直流設(shè)備框架之間的測量電壓作為測量變量使用。

1.2 框架保護(hù)動作特性

（1）當(dāng)直流設(shè)備絕緣發(fā)生變化，設(shè)備對柜體外殼放電或短路時，電流回路電流達(dá)到整定值，電流型框架保護(hù)啟動，延時期間未返回，向交直流開關(guān)發(fā)出跳閘命令。

（2）在城市軌道交通的牽引供電直流系統(tǒng)中，直流設(shè)備和鋼軌都采用絕緣法安裝。鋼軌對地的絕緣電阻隨著絕緣材料性能而變化的，因此電流型框架保護(hù)電流回路的電阻是不確定的。當(dāng)電阻很大時，可能會造成電流回路檢測值達(dá)不到整定值的要求，從而設(shè)備發(fā)生絕緣下降而電流型框架保護(hù)不動作的情況，電壓型框架保護(hù)就是為了彌補(bǔ)這個缺陷。

1.3 電流型框架保護(hù)設(shè)置分類

1.3.1 牽引變電所配置1套框架保護(hù)

將牽引變電所內(nèi)的整流器柜、直流開關(guān)柜、負(fù)極柜、接觸軌隔離開關(guān)柜等設(shè)備絕緣安裝，同時將其框架連接在一起，設(shè)置1套框架保護(hù)裝置。一旦發(fā)生框架泄漏故障，本所整流機(jī)組交流側(cè)和直流側(cè)斷路器全部跳閘，同時相鄰變電所的直流饋線斷路器跳閘，造成大范圍停電。由于大雙邊供電的倒閘操作需要一定時間，該框架保護(hù)配置會對地鐵運(yùn)營造成較大影響。

1.3.2 牽引變電所配置2套框架保護(hù)

為縮小故障的跳閘范圍，直流開關(guān)柜使用1套框架保護(hù)裝置，負(fù)極柜與整流器柜共同使用1套框架保護(hù)裝置。該框架保護(hù)配置增加了投資成本，但提高了對突發(fā)事件的應(yīng)急處置效率。當(dāng)整流器柜發(fā)生框架故障時，只使本所整流機(jī)組的交、直流側(cè)斷路器跳閘，而且退出工作對相鄰牽引變電所沒有影響。

1.3.3 牽引變電所配置3套框架保護(hù)

每套整流器各設(shè)1套框架保護(hù)裝置，直流開關(guān)柜與負(fù)極柜共用1套框架保護(hù)裝置。當(dāng)單套整流器柜發(fā)生框架故障時，不影響另一套整流機(jī)組的正常運(yùn)行。在實際使用過程中，根據(jù)需要采用單套整流機(jī)組工作，或使2套整流機(jī)組均退出運(yùn)行，通過越區(qū)設(shè)備快速實現(xiàn)大雙邊供電。

1.3.4 配置框架保護(hù)裝置分類對比分析

三種框架泄漏保護(hù)配置分類的對比如表1所示。

通過比較，配置2套框架保護(hù)裝置不僅投資相對較少，而且能極大程度上提高供電系統(tǒng)的可靠性。

2 鋼軌電位限制裝置原理及動作特性

2.1 鋼軌電位限制裝置原理

鋼軌電位限制裝置一端接鋼軌，一端接變電所接地網(wǎng)，檢測鋼軌和地之間的電壓。回流線與地之間可能產(chǎn)生的接觸電壓將被低電壓限制器在極短的時間內(nèi)降低并限制在安全范圍內(nèi)。

2.2 鋼軌電位限制裝置動作特性

當(dāng)供電分區(qū)沒有車輛行駛時，牽引直流系統(tǒng)運(yùn)行正常情況下，鋼軌對地電位為零;當(dāng)供電分區(qū)有車輛行駛或接觸軌（網(wǎng)）發(fā)生短路故障時，鋼軌電位快速升高，為了保護(hù)人身安全，當(dāng)鋼軌電位達(dá)到一定值時，鋼軌電位限制裝置將鋼軌與接地網(wǎng)短接，從而降低鋼軌電位。

3 電壓型框架保護(hù)與鋼軌電位限制裝置的配合應(yīng)用

某地鐵線路電壓型框架保護(hù)與鋼軌電位限制裝置的定值對比如下表所示：

通過電壓型框架保護(hù)與鋼軌電位限制裝置的定值對比可以得知電壓型框架保護(hù)與鋼軌電位限制裝置的動作有選擇性，當(dāng)軌電位升高到一定值時由鋼軌電位限制裝置優(yōu)先動作，使鋼軌與地接通;當(dāng)發(fā)生框架泄漏故障時，電壓型框架保護(hù)比鋼軌電位限制裝置先動作或都動作。

4 結(jié)論

對三種電流型框架保護(hù)配置分類進(jìn)行對比分析，配置2套框架保護(hù)裝置較為合適，不僅投資相對較少，而且能較大程度的提高供電系統(tǒng)的可靠性，提高應(yīng)急處置效率。

直流設(shè)備外殼等效為直接接地，鋼軌與變電所直流設(shè)備負(fù)母排相連接。因此，電壓型框架檢測電壓相當(dāng)于鋼軌和地之間的電壓。軌電位限制裝置的動作電壓值比框架保護(hù)電壓值設(shè)計得低，亦可以理解為電壓型框架保護(hù)是軌電位限制裝置的后備保護(hù)措施。兩種類型保護(hù)的獨(dú)立配置及保護(hù)動作的選擇性，使得兩者保護(hù)的配合與應(yīng)用能充分確保當(dāng)軌電位升高或發(fā)生框架泄漏故障時的人身和設(shè)備安全。

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