地鐵框架保護與鋼軌電位限制裝置原理淺析

文/湯小君、付勝華 南昌軌道交通集團有限公司 江西南昌 330000

1、概述

1.1 框架保護原理

牽引變電所內的直流供電設備采用絕緣安裝，主要包括1500V 直流開關柜、整流器柜、負極柜等。當直流設備內的1500V 正極對設備外殼發生泄漏時，如不及時切除，容易將故障擴大為1500V 正極通過設備外殼對負極間的短路事故。框架泄漏保護是專門針對直流供電設備對正極與柜體發生故障時的保護措施。其保護原理是當正極對柜體外殼發生絕緣損壞時，能及時切除故障保證系統的安全運行。（圖1）

1.1.1 電流型框架保護

電流型框架保護是通過一個電流元件檢測框架對地之間的電流，當檢測到的電流值達到整定時，電流型框架保護會啟動。

1.1.2 電壓型框架保護

電壓型框架保護是通過一個電壓保護元件檢測框架對負極之間的電壓，當檢測到的電壓達到設定值，并達到設定延時后，電壓型框架保護會啟動，框架電壓保護還與車站的鋼軌電位限制裝置相配合，作為鋼軌電位限制裝置的后備保護。

1.2 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，檢測的是鋼軌和地之間的電壓。當正極對框架泄漏發生時，如果鋼軌絕緣良好，電流型框架保護沒有啟動，并且電壓型框架保護失靈，此時鋼軌電位限制裝置檢測到的電壓為鋼軌和框架之間的電壓，通過鋼軌電位裝置三段動作閉合，使泄漏電流主要通過鋼軌電位限制裝置流入大地，而不是鋼軌對地泄漏電阻回到負極。（圖2）

當供電分區沒有車輛行駛時，牽引直流系統運行正常情況下，鋼軌對地電位為零；當供電分區有車輛行駛或接觸軌發生短路故障時，由于鋼軌對地泄漏電阻的存在，鋼軌電位快速升高到達閥值時，鋼軌電位限制裝置迅速動作，將鋼軌與接地網短接，從而降低了鋼軌對地電位。

圖1：框架保護原理圖

圖2：鋼軌電位限制裝置原理圖

2、框架保護與鋼軌電位限制裝置配置方案分析

電壓型框架保護與鋼軌電位限制裝置都是檢測鋼軌電位對地電壓，不同的是電壓型框架保護的作用是保護直流設備安全，通過跳閘（報警），切除直流絕緣泄漏或短路故障；而鋼軌電位限制裝置的作用是降低鋼軌對地電壓，保護線路上行走的人的人身安全。由于電壓型框架保護整定時間大于鋼軌電位限制裝置，正常情況下當發生鋼軌電位升高時，應有鋼軌電位限制裝置首先動作，當鋼軌電位限制裝置拒動時，電壓型框架保護動作跳閘（報警）。

結語：

框架泄露故障是地鐵供電系統中危害人生、行車最嚴重的故障，框架保護的重要性不言而喻，但由于框架保護的影響范圍過大，且頻發框架保護與軌電位裝置配合失誤導致誤動作故障，故主流經驗將電壓框架保護整定值設置大于軌電位裝置整定值，且電壓框架保護正常運行時只報警不跳閘，定位為軌電位裝置的后備保護。

另外，上網隔離開關的框架泄露故障，均有直流饋線開關柜的保護覆蓋，故框架保護不覆蓋上網閘刀；再生制動能饋裝置與中壓網和牽引網均有一次接口，為避免框架泄露故障的影響范圍進一步擴大，對再生制動能饋裝置單獨配置框架泄露保護，不納入直流開關柜框架保護范圍內。