周安義

0 引言

上海地鐵作為城市軌道交通發(fā)展最早的城市之一，其牽引供電系統(tǒng)采用DC 1500 V系統(tǒng)向接觸網(wǎng)供電。在地鐵運行線路中，發(fā)生了很多由于鋼軌電位升高，直流框架保護動作，從而導致大面積停電的事故，因此，深刻分析引起框架保護動作原因，調(diào)整好框架保護和車站斷路器裝置動作配合關系顯得尤為重要。

1 直流系統(tǒng)框架保護的作用

為保護直流設備的安全，及時切除直流設備內(nèi)的各種短路故障，直流系統(tǒng)設置了直流框架保護，一旦發(fā)生直流開關帶電設備對直流柜柜體發(fā)生泄漏或絕緣損壞，框架保護動作，使有關直流開關跳閘斷電，有效切斷故障，從而保護設備安全。

2 直流框架保護分類及原理

直流框架保護按動作類型分為電流型和電壓型2種。

2.1 框架保護原理

電流型框架保護主要檢測設備外殼對地的電流。電壓型框架保護檢測的是設備外殼對直流設備負極之間的電壓，由于小電阻可以忽略不計；設備外殼可認為直接接地，鋼軌是和直流設備負母排相連的，所以電壓型檢測的電壓相當于鋼軌和地之間的電壓。

2.2 框架保護動作特性

（1）直流系統(tǒng)正常運行時，設備絕緣良好，電流型框架保護電流回路電流為零，裝置不動作。

（2）當直流設備絕緣發(fā)生變化，設備對柜體外殼放電或短路時，電流回路電流達到整定值（約大于 80 A），電流型框架保護動作，向交直流開關發(fā)出跳閘命令，該所6個直流柜和2個35 kV整流變壓柜同時跳閘，并聯(lián)跳相鄰2個牽引變電所向本區(qū)段雙邊供電的饋線開關，共12個開關柜跳閘。

（3）由于在城市軌道交通牽引供電直流系統(tǒng)中，直流設備和鋼軌都是采用絕緣法安裝，其作用是減少雜散電流的泄漏途徑，減少雜散電流對鋼軌、鋼筋等金屬體的電化學腐蝕，鋼軌對地的絕緣電阻是隨著絕緣材料的性能變化的，所以電流型框架保護的電流回路的電阻是不確定的，當電阻很大時，可能會造成電流回路檢測值達不到動作值的要求，從而設備發(fā)生絕緣下降而電流型框架保護沒動作的情況，而電壓型框架保護就是為了彌補該缺陷，當電壓型框架保護裝置檢測到設備外殼對負極電壓大于95 V時發(fā)出報警信號，大于150 V時向交直流開關發(fā)出跳閘命令，聯(lián)跳本所和相鄰2個牽引變電所的12個開關柜。

3 車站斷路器

3.1 車站斷路器保護原理

車站斷路器一端接鋼軌，一端接變電所接地網(wǎng)，檢測鋼軌和地之間的電壓。通過等電位連接，使人處于等電位狀態(tài)，降低觸電危險。

為了降低車體與地之間的接觸電壓和跨步電壓，上海地鐵一般在車站設有車站斷路器，當鋼軌對地電位超標時，可將鋼軌與變電所接地母排連接在一起來達到抑制鋼軌電位的目的。

3.2 車站斷路器的動作特性

當供電分區(qū)沒有車輛行駛時，牽引直流系統(tǒng)運行正常情況下，鋼軌對地電位為零；當供電分區(qū)有車輛行駛或接觸網(wǎng)發(fā)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，危及在鋼軌上行走人員的安全。當鋼軌電位達到一定值時，車站斷路器迅速動作，將鋼軌與接地網(wǎng)短接，從而降低了鋼軌電位，保護了在鋼軌上行走人員的安全。

目前上海地鐵車站斷路器由晶閘管和接觸器等元件組成，屬當今最新技術。當鋼軌電位大于90 V時車站斷路器延時800 ms動作，使鋼軌與地相連，降低鋼軌電位，在連續(xù)動作3次后鋼軌電位仍然高于整定值，合閘后不再斷開；當鋼軌電位大于120 V時車站斷路器在100 ms之內(nèi)合閘；當鋼軌電位大于 240 V時車站斷路器晶閘管無延時永久導通，抑制鋼軌對地電位，向接觸器發(fā)出閉鎖命令。

4 斷路器與框架保護的配合及改進

4.1 車站斷路器與直流框架保護配合關系

牽引變電所直流1500 V設備框架對地絕緣，框架集中在一點接地，一方面框架保護監(jiān)視直流1500 V一次正極系統(tǒng)帶電部分對框架（一般正極對框架放電為電流型）泄漏，一旦牽引變電所直流電流型框架保護動作，直流框架保護裝置發(fā)出跳閘命令，該所4臺直流1500 V饋線柜開關和2臺35 kV整流變壓柜開關同時跳閘，并聯(lián)跳相鄰2座牽引變電所向該區(qū)段接觸網(wǎng)（上下行）雙邊供電的直流1500 V饋線柜開關，共10臺開關柜跳閘。另一方面監(jiān)視直流1500 V一次負極回流系統(tǒng)對地（一般負極對地電勢差為電壓型）電壓升高，鋼軌為電動列車回流系統(tǒng)的一部分，電動列車在運行中制動等可能產(chǎn)生鋼軌對地電壓升高，電壓型框架保護能防止所內(nèi)工作人員及乘客接觸過高跨步電壓。對于鋼軌對地電壓升高限制處理，車站斷路器為主保護，直流電壓型框架保護為后備保護。一旦牽引變電所直流電壓型框架保護動作，直流框架保護裝置發(fā)出跳閘命令，該所4臺裝置直流1500 V饋線柜開關和2臺35 kV整流變壓柜開關同時跳閘，共6臺開關柜跳閘。

4.2 車站斷路器與框架保護的改進

針對上海地鐵1號線和深圳地鐵4號線發(fā)生的框架保護裝置動作情況分析，當時均沒有發(fā)生短路故障，而是由于車輛運行和其他原因?qū)е落撥夒娢簧?，應該由車站斷路器動作，但由于車站斷路器與電壓型框架保護裝置匹配存在問題，從而導致電壓型框架保護裝置動作。

根據(jù)長期運行經(jīng)驗，電壓型框架保護裝置與車站斷路器具體配合參數(shù)應設置為動作于報警：車站斷路器動作電壓≥95 V，t = 800 ms，電壓型框架保護裝置動作電壓≥95 V，t = 1500 ms；動作于跳閘：車站斷路器動作電壓≥120 V，t = 100 ms，電壓型框架保護裝置動作電壓≥120 V，t = 900 ms?？蚣鼙Ｗo裝置與車站斷路器之間設置了充足的延時以保證電壓型框架保護裝置正確可靠動作。

5 結(jié)束語

目前由于車站鋼軌電位的升高除了與供電回流系統(tǒng)，負回流是否暢通有關外，還和客運車輛運行工況、軌道絕緣泄漏電阻、雜散電流防護等很多因素有關，一旦鋼軌電位升高到整定值，車站斷路器應該首先動作，只要調(diào)整好車站斷路器和電壓型框架保護裝置時間配合關系，就可以有效避免電壓型框架保護裝置誤動作。一旦發(fā)生框架保護裝置動作，供電人員應立即按照事故搶修預案，啟動應急處理程序及時恢復接觸網(wǎng)供電，確保地鐵正常運行。

[1]于松偉，楊興山，韓連祥.城市軌道交通供電系統(tǒng)設計原理與應用[M].成都：西南交通大學出版社，2008.

[2]黃德勝.地鐵牽引供電系統(tǒng)保護[J].都市快軌交通，2005（6）.

[3]城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng) GB/T10411-2005.北京：中國標準出版社.