地鐵直流牽引供電系統(tǒng)框架保護(hù)與軌電位之間的匹配關(guān)系

李妍

摘要：地鐵直流牽引系統(tǒng)框架保護(hù)是供電系統(tǒng)的重要保護(hù)，本文對(duì)地鐵供電系統(tǒng)的框架保護(hù)及軌電位裝置進(jìn)行了介紹，分析地鐵直流牽引供電系統(tǒng)框架保護(hù)及軌電位限制裝置的工作原理，根據(jù)廣州地鐵三號(hào)線的整定值設(shè)置，分析框架保護(hù)與軌電位限制整定值之間的匹配關(guān)系，隨著地鐵運(yùn)營(yíng)日期的延長(zhǎng)，軌電位會(huì)發(fā)生變化，因此，通過調(diào)整和日常的維護(hù)校驗(yàn)，能有效的防范了保護(hù)框架的誤動(dòng)作，進(jìn)一步，闡述框架保護(hù)與軌電位限制裝置之間配合的重要性。

關(guān)鍵詞： 地鐵供電 框架保護(hù) 軌電位 匹配關(guān)系

中圖分類號(hào)：U224.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

1、概述

地鐵直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)備采用絕緣安裝，鋼軌通過絕緣墊與大地絕緣，以減少雜散電流。每個(gè)車站上下行分別設(shè)置一臺(tái)剛軌電位限制裝置，每個(gè)牽引所設(shè)置有框架保護(hù)系統(tǒng)。

地鐵直流牽引系統(tǒng)框架保護(hù)是供電系統(tǒng)的重要保護(hù)，框架保護(hù)動(dòng)作后將導(dǎo)致總共12個(gè)斷路器的跳閘：本所所有的直流開關(guān)6個(gè)，本所33KV整流機(jī)組高壓開關(guān)2個(gè)，連跳相鄰所對(duì)故障所方向的直流開關(guān)4個(gè)。框架保護(hù)動(dòng)作后斷路器不會(huì)自動(dòng)重合閘，會(huì)造成接觸網(wǎng)大面積停電，影響客運(yùn)。因此框架保護(hù)的正確動(dòng)作對(duì)整個(gè)牽引供電系統(tǒng)來說尤為重要。鋼軌點(diǎn)位限制裝置用來監(jiān)視鋼軌電壓并限制鋼軌電壓，保護(hù)人身安全。

2、直流牽引系統(tǒng)框架保護(hù)原理

地鐵直流牽引系統(tǒng)框架保護(hù)分為電流型保護(hù)和電壓型保護(hù)，為了防止直流牽引供電設(shè)備內(nèi)部絕緣降低時(shí)造成人身危險(xiǎn)及設(shè)備損壞，每個(gè)牽引降壓變電所內(nèi)設(shè)置了一套直流系統(tǒng)框架泄漏保護(hù)裝置，該保護(hù)包含反映直流泄漏電流的過電流保護(hù)還有反映接觸電壓的過電壓保護(hù)。

變電所內(nèi)直流牽引系統(tǒng)設(shè)備（包括直流開關(guān)柜、負(fù)極回流柜、整流器柜）的外殼不直接接地，對(duì)地有一定的電阻；所有設(shè)備的外殼通過電纜接在一起（簡(jiǎn)稱為框架）經(jīng)過一個(gè)分流器再接到大地。當(dāng)框架對(duì)地有泄漏時(shí)，電流經(jīng)過分流器流向大地，這個(gè)電流產(chǎn)生一個(gè)電壓，通過電流變換器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸入到保護(hù)裝置內(nèi)進(jìn)行判斷，如達(dá)到保護(hù)裝置的整定值則保護(hù)輸出動(dòng)作使斷路器跳閘，從而保證人身與設(shè)備的安全。

同樣，框架與負(fù)極（鋼軌）間的電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓變換器轉(zhuǎn)換成一個(gè)低電壓信號(hào)輸入保護(hù)裝置，輸入的電壓信號(hào)經(jīng)過保護(hù)裝置內(nèi)的程序判斷，并與事先貯存的反時(shí)限延時(shí)曲線比較；當(dāng)保護(hù)單元檢測(cè)到輸入的電壓比較高，對(duì)應(yīng)的框架與負(fù)極（鋼軌）之間電壓的已經(jīng)達(dá)到或超過整定值時(shí)，輸出信號(hào)使斷路器跳閘。

3、軌電位限制裝置原理

在利用鋼軌回流的直流牽引供電系統(tǒng)中（鋼軌對(duì)地為絕緣安裝），為了防止鋼軌電壓過高而對(duì)人身造成的傷害，在鋼軌與保護(hù)地之間安裝了鋼軌電位限制裝置。其功能是不斷地檢測(cè)鋼軌與保護(hù)地之間的電位差。當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓時(shí)，則自動(dòng)將鋼軌與保護(hù)地進(jìn)行短接。

鋼軌電位限制裝置一般由接觸器、晶閘管回路、測(cè)量和操作回路、信號(hào)接口端子、保護(hù)裝置、防凝露加熱器、狀態(tài)顯示設(shè)備等組成。控制原理采用了閉環(huán)控制，即使在輔助電源失去的情況下，也可以保持將鋼軌和大地短接，保證人身安全。一旦電源恢復(fù)，短路裝置將恢復(fù)斷開。

4、框架保護(hù)與軌電位限制整定值之間的匹配

廣州地鐵三號(hào)線牽引供電系統(tǒng)框架保護(hù)整定值：電流型保護(hù)為35A，當(dāng)檢測(cè)到框架電流大于35A時(shí)，通過安裝在負(fù)極柜內(nèi)的保護(hù)裝置S7300啟動(dòng)跳閘指令，斷開相應(yīng)的斷路器；電壓型保護(hù)報(bào)警值90V，跳閘值有100V/1.2s、150V/0.6s、200V/0.4s三個(gè)階段，按反時(shí)限整定。按目前的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，三號(hào)線發(fā)生的幾起框架保護(hù)動(dòng)作均是電流型保護(hù)動(dòng)作。

軌電位限制裝置保護(hù)定值為90V、150V、600V三個(gè)階段。第一階段：當(dāng)軌電位高于90V時(shí)經(jīng)過0.8s延時(shí)，軌電位直流接觸器閉合將鋼軌與大地有效短接，10s后恢復(fù)；當(dāng)軌電位裝置連續(xù)動(dòng)作3次，且每次動(dòng)作時(shí)間間隔均小于60s，直流接觸器將閉鎖（恒定合閘）不再恢復(fù)；第二階段：當(dāng)軌電位大于150V，直流接觸器將無(wú)延時(shí)永久合閘閉鎖；第三階段：當(dāng)軌電位大于600V，軌電位裝置晶閘管在100ms內(nèi)導(dǎo)通，直接將鋼軌與大地短接，然后啟動(dòng)接觸器合閘，晶閘管隨即恢復(fù)高阻狀態(tài)。

框架保護(hù)電壓元件監(jiān)測(cè)的是設(shè)備外殼對(duì)鋼軌之間的電壓，設(shè)備外殼通過電纜連接在一起接地，軌電位限制裝置監(jiān)測(cè)的是鋼軌對(duì)地電壓，二者測(cè)量的是同一電壓值。由保護(hù)設(shè)置原則及動(dòng)作影響范圍來看，框架保護(hù)的電壓型保護(hù)應(yīng)作為軌電位限制裝置的后備保護(hù)，兩者之間的整定值應(yīng)符合階梯關(guān)系，框架保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)于軌電位動(dòng)作時(shí)間。廣州地鐵三號(hào)線目前的匹配情況是框架保護(hù)電壓元件動(dòng)作時(shí)間（1.2s）比軌電位動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)（0.8s），動(dòng)作電壓也較高。

針對(duì)一號(hào)線曾經(jīng)發(fā)生過的一起框架保護(hù)動(dòng)作情況分析來看，設(shè)備未發(fā)生短路故障，是由電壓元件動(dòng)作引起的框架保護(hù)動(dòng)作跳閘，有可能是由于軌道瞬時(shí)出現(xiàn)毛刺形的電壓波形，電壓元件受到干擾而誤動(dòng)作。一般情況下，當(dāng)軌電位升高達(dá)到整定值時(shí)，軌電位應(yīng)先動(dòng)作將鋼軌與大地有效短接，當(dāng)軌電位失效拒動(dòng)才會(huì)啟動(dòng)框架保護(hù)的電壓型保護(hù)動(dòng)作，但由于當(dāng)時(shí)一號(hào)線軌電位限制裝置與框架保護(hù)裝置的整定值匹配存在問題，才會(huì)導(dǎo)致框架保護(hù)誤動(dòng)作。

2014年三號(hào)線發(fā)生一起由于直流母排對(duì)外殼放電引起的電流型框架保護(hù)動(dòng)作，造成兩個(gè)供電區(qū)短時(shí)停電、電客車晚點(diǎn)，由于故障發(fā)生時(shí)間正是早高峰，對(duì)客運(yùn)造成了很大的影響。此次故障也造成整流器柜內(nèi)的多個(gè)二次元件燒毀，開關(guān)通訊中斷，增加了搶修的困難及時(shí)間。框架保護(hù)的正確動(dòng)作對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)安全尤為重要。

5總結(jié)

對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)來說，框架保護(hù)一旦動(dòng)作將會(huì)造成很大的影響，大面積停電、恢復(fù)供電時(shí)間較長(zhǎng)，搶修過程中需要越區(qū)供電，存在較大風(fēng)險(xiǎn)。鋼軌電位的升高也受到很多因素的影響，地鐵運(yùn)營(yíng)初期鋼軌絕緣情況較好，到后期鋼軌絕緣下降，軌電位也逐漸升高，一旦軌電位值達(dá)到整定值，剛軌電位限制裝置要先動(dòng)作，有效短接鋼軌與大地，避免框架保護(hù)電壓元件的誤動(dòng)作。因此，在已運(yùn)營(yíng)多年的地鐵線路直流供電系統(tǒng)中，要調(diào)整好框架保護(hù)裝置與軌電位限制裝置之間的整定值匹配關(guān)系，并做好剛軌電位裝置及框架保護(hù)裝置的維護(hù)校驗(yàn)，有效避免由于電壓元件的誤動(dòng)作而引起的不必要的大面積停電及影響客運(yùn)的事件。一旦發(fā)生框架保護(hù)動(dòng)作，技術(shù)人員應(yīng)按照應(yīng)急處理程序進(jìn)行處理盡快恢復(fù)供電，保證地鐵正常運(yùn)營(yíng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉保.鋼軌電位限制裝置與框架保護(hù)關(guān)系的分析[J].城市軌道交通研究，2004.6

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