地鐵直流牽引供電系統框架保護與軌電位之間的匹配關系

李妍

摘要：地鐵直流牽引系統框架保護是供電系統的重要保護，本文對地鐵供電系統的框架保護及軌電位裝置進行了介紹，分析地鐵直流牽引供電系統框架保護及軌電位限制裝置的工作原理，根據廣州地鐵三號線的整定值設置，分析框架保護與軌電位限制整定值之間的匹配關系，隨著地鐵運營日期的延長，軌電位會發生變化，因此，通過調整和日常的維護校驗，能有效的防范了保護框架的誤動作，進一步，闡述框架保護與軌電位限制裝置之間配合的重要性。

關鍵詞： 地鐵供電 框架保護 軌電位 匹配關系

中圖分類號：U224.8文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

1、概述

地鐵直流牽引供電系統設備采用絕緣安裝，鋼軌通過絕緣墊與大地絕緣，以減少雜散電流。每個車站上下行分別設置一臺剛軌電位限制裝置，每個牽引所設置有框架保護系統。

地鐵直流牽引系統框架保護是供電系統的重要保護，框架保護動作后將導致總共12個斷路器的跳閘：本所所有的直流開關6個，本所33KV整流機組高壓開關2個，連跳相鄰所對故障所方向的直流開關4個。框架保護動作后斷路器不會自動重合閘，會造成接觸網大面積停電，影響客運。因此框架保護的正確動作對整個牽引供電系統來說尤為重要。鋼軌點位限制裝置用來監視鋼軌電壓并限制鋼軌電壓，保護人身安全。

2、直流牽引系統框架保護原理

地鐵直流牽引系統框架保護分為電流型保護和電壓型保護，為了防止直流牽引供電設備內部絕緣降低時造成人身危險及設備損壞，每個牽引降壓變電所內設置了一套直流系統框架泄漏保護裝置，該保護包含反映直流泄漏電流的過電流保護還有反映接觸電壓的過電壓保護。

變電所內直流牽引系統設備（包括直流開關柜、負極回流柜、整流器柜）的外殼不直接接地，對地有一定的電阻；所有設備的外殼通過電纜接在一起（簡稱為框架）經過一個分流器再接到大地。當框架對地有泄漏時，電流經過分流器流向大地，這個電流產生一個電壓，通過電流變換器轉換成電壓信號輸入到保護裝置內進行判斷，如達到保護裝置的整定值則保護輸出動作使斷路器跳閘，從而保證人身與設備的安全。

同樣，框架與負極（鋼軌）間的電壓信號，經過電壓變換器轉換成一個低電壓信號輸入保護裝置，輸入的電壓信號經過保護裝置內的程序判斷，并與事先貯存的反時限延時曲線比較；當保護單元檢測到輸入的電壓比較高，對應的框架與負極（鋼軌）之間電壓的已經達到或超過整定值時，輸出信號使斷路器跳閘。

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中（鋼軌對地為絕緣安裝），為了防止鋼軌電壓過高而對人身造成的傷害，在鋼軌與保護地之間安裝了鋼軌電位限制裝置。其功能是不斷地檢測鋼軌與保護地之間的電位差。當出現危險電壓時，則自動將鋼軌與保護地進行短接。

鋼軌電位限制裝置一般由接觸器、晶閘管回路、測量和操作回路、信號接口端子、保護裝置、防凝露加熱器、狀態顯示設備等組成?？刂圃聿捎昧碎]環控制，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，短路裝置將恢復斷開。

4、框架保護與軌電位限制整定值之間的匹配

廣州地鐵三號線牽引供電系統框架保護整定值：電流型保護為35A，當檢測到框架電流大于35A時，通過安裝在負極柜內的保護裝置S7300啟動跳閘指令，斷開相應的斷路器；電壓型保護報警值90V，跳閘值有100V/1.2s、150V/0.6s、200V/0.4s三個階段，按反時限整定。按目前的運行經驗，三號線發生的幾起框架保護動作均是電流型保護動作。

軌電位限制裝置保護定值為90V、150V、600V三個階段。第一階段：當軌電位高于90V時經過0.8s延時，軌電位直流接觸器閉合將鋼軌與大地有效短接，10s后恢復；當軌電位裝置連續動作3次，且每次動作時間間隔均小于60s，直流接觸器將閉鎖（恒定合閘）不再恢復；第二階段：當軌電位大于150V，直流接觸器將無延時永久合閘閉鎖；第三階段：當軌電位大于600V，軌電位裝置晶閘管在100ms內導通，直接將鋼軌與大地短接，然后啟動接觸器合閘，晶閘管隨即恢復高阻狀態。

框架保護電壓元件監測的是設備外殼對鋼軌之間的電壓，設備外殼通過電纜連接在一起接地，軌電位限制裝置監測的是鋼軌對地電壓，二者測量的是同一電壓值。由保護設置原則及動作影響范圍來看，框架保護的電壓型保護應作為軌電位限制裝置的后備保護，兩者之間的整定值應符合階梯關系，框架保護動作時間應長于軌電位動作時間。廣州地鐵三號線目前的匹配情況是框架保護電壓元件動作時間（1.2s）比軌電位動作時間長（0.8s），動作電壓也較高。

針對一號線曾經發生過的一起框架保護動作情況分析來看，設備未發生短路故障，是由電壓元件動作引起的框架保護動作跳閘，有可能是由于軌道瞬時出現毛刺形的電壓波形，電壓元件受到干擾而誤動作。一般情況下，當軌電位升高達到整定值時，軌電位應先動作將鋼軌與大地有效短接，當軌電位失效拒動才會啟動框架保護的電壓型保護動作，但由于當時一號線軌電位限制裝置與框架保護裝置的整定值匹配存在問題，才會導致框架保護誤動作。

2014年三號線發生一起由于直流母排對外殼放電引起的電流型框架保護動作，造成兩個供電區短時停電、電客車晚點，由于故障發生時間正是早高峰，對客運造成了很大的影響。此次故障也造成整流器柜內的多個二次元件燒毀，開關通訊中斷，增加了搶修的困難及時間?？蚣鼙Ｗo的正確動作對地鐵運營安全尤為重要。

5總結

對地鐵運營來說，框架保護一旦動作將會造成很大的影響，大面積停電、恢復供電時間較長，搶修過程中需要越區供電，存在較大風險。鋼軌電位的升高也受到很多因素的影響，地鐵運營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，一旦軌電位值達到整定值，剛軌電位限制裝置要先動作，有效短接鋼軌與大地，避免框架保護電壓元件的誤動作。因此，在已運營多年的地鐵線路直流供電系統中，要調整好框架保護裝置與軌電位限制裝置之間的整定值匹配關系，并做好剛軌電位裝置及框架保護裝置的維護校驗，有效避免由于電壓元件的誤動作而引起的不必要的大面積停電及影響客運的事件。一旦發生框架保護動作，技術人員應按照應急處理程序進行處理盡快恢復供電，保證地鐵正常運營。

參考文獻：

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

[2]鄧潤新.地鐵框架保護與軌電位的匹配[J].科技風，2011.11