摘要：分析城市軌道交通直流系統(tǒng)設(shè)置框架保護(hù)的原因及動(dòng)作原理，闡述直流框架保護(hù)電流保護(hù)、電壓保護(hù)及鋼軌電位限制裝置動(dòng)作配合關(guān)系，了解直流系統(tǒng)框架保護(hù)應(yīng)急處理程序。

關(guān)鍵詞：直流框架保護(hù) 鋼軌電位限制 處理程序

1 概述

在地鐵直流牽引供電系統(tǒng)中，為了給機(jī)車提供直流1500V電源，每個(gè)牽引降壓變電所內(nèi)有兩個(gè)整流機(jī)組，將電壓等級(jí)為35kV的交流電源轉(zhuǎn)換為直流1500V電源送到直流母排，直流母排通過饋線斷路器向接觸網(wǎng)供電；而接觸網(wǎng)采用雙邊供電方式，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)的接觸網(wǎng)由兩個(gè)變電所供電。當(dāng)直流帶電設(shè)備對(duì)直流柜柜體發(fā)生泄漏或絕緣損壞閃絡(luò)時(shí)，基于直流設(shè)備安全供電的考量，將直流設(shè)備內(nèi)發(fā)生的短路故障迅速切除，直流系統(tǒng)設(shè)置了直流框架保護(hù)，如果發(fā)生直流開關(guān)帶電設(shè)備對(duì)直流柜柜體發(fā)生泄漏或絕緣損壞，框架保護(hù)動(dòng)作切斷直流開關(guān)，防止故障點(diǎn)以外的部位受牽連，確保設(shè)備安全。

2 框架保護(hù)原理

框架保護(hù)分為電流型框架保護(hù)和電壓型框架保護(hù)兩種。直流牽引供電設(shè)備內(nèi)部絕緣材料一旦失去功效，便可能危及人身安全，為防止人身傷害事故發(fā)生，可將直流系統(tǒng)框架泄漏保護(hù)裝置安裝在牽引降壓變電所內(nèi)，該保護(hù)主要包括反映直流泄漏電流的過電流保護(hù)以及反映接觸電壓的過電壓保護(hù)，而過電壓保護(hù)還作為鋼軌電位限制裝置的后備保護(hù)與車站的鋼軌電位限制裝置相配合。MB型直流開關(guān)柜·框架泄漏保護(hù)·電流元件：直流開關(guān)柜柜底安裝有絕緣墊，從而保證直流開關(guān)柜與大地絕緣。將低阻抗電流繼電器兩端分別與直流開關(guān)柜柜體和系統(tǒng)地相連接，當(dāng)柜體對(duì)地故障泄漏電流大于整定值（80A）時(shí)，繼電器發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，從而保證人和設(shè)備的安全。MB 型直流開關(guān)柜·框架泄漏保護(hù)·電壓元件：在直流牽引系統(tǒng)中，由于運(yùn)行和短路電流，回流軌和框架接地系統(tǒng)之間可能會(huì)產(chǎn)生泄露電壓。因此，在回流軌與框架接地系統(tǒng)之間安裝一個(gè)限壓裝置，可以防止過高泄露電壓的產(chǎn)生。90V報(bào)警；150V跳閘。電壓型框架保護(hù)判斷整流器負(fù)極與整流機(jī)組外殼之間的電壓，當(dāng)測(cè)量的電壓值大于定值時(shí)判斷為外殼帶電，保護(hù)跳開所有整流機(jī)組的交流進(jìn)線開關(guān)和直流進(jìn)出線開關(guān)。框架保護(hù)一旦電壓型動(dòng)作后，本所的直流牽引系統(tǒng)全部跳閘，并閉鎖本所斷路器；電流型動(dòng)作后閉鎖本所斷路器，與本所相鄰的牽引所的直流饋線開關(guān)也會(huì)跳閘，并閉鎖鄰所開關(guān)的重合閘。

3 鋼軌電位限制裝置保護(hù)原理

在直流牽引系統(tǒng)中，由于操作電流和短路電流的存在，可能會(huì)引起回流回路和大地間產(chǎn)生超過安全許可的接觸電壓。在此情況下，就需要在回流回路與大地間裝設(shè)一套鋼軌電位限制裝置，檢測(cè)的是鋼軌和地之間的電壓。以限制運(yùn)行軌電位，避免超出安全許可的接觸電壓的發(fā)生。當(dāng)發(fā)生超出安全許可的接觸電壓時(shí)，此鋼軌電位限制裝置就將鋼軌與大地快速短接，從而保證人員和設(shè)施的安全。

3.1 鋼軌電位限制裝置動(dòng)作特性 在供電分區(qū)無車輛通行，且牽引直流系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，鋼軌對(duì)地電位是零；當(dāng)供電分區(qū)接觸網(wǎng)短路或有車輛通行時(shí)，受鋼軌對(duì)地泄漏電阻的影響，鋼軌電位被迅速抬高，在鋼軌電位達(dá)到上限值后，鋼軌電位限制裝置隨即動(dòng)作使鋼軌接地以降低鋼軌的電位，以免電位過高傷及鋼軌上的作業(yè)人員。西安地鐵主要采用接觸器、晶閘管等元件來制造鋼軌電位限制裝置。鋼軌電位>90V，裝置延時(shí)800ms后隨即動(dòng)作，使接地網(wǎng)與鋼軌連接來降低電位，裝置連續(xù)動(dòng)作3次，鋼軌電位仍大于限定值，電閘閉合后不再斷開；鋼軌電位>150V，鋼軌電位限制裝置無延時(shí)永久合閘；鋼軌電位>600V，100ms之內(nèi)晶閘管導(dǎo)通，鉗制鋼軌對(duì)地電位，同時(shí)將合閘指令發(fā)送至接觸器。

3.2 鋼軌電位限制裝置與電壓型框架保護(hù)動(dòng)作分析 雖然電壓型框架保護(hù)和鋼軌電位限制裝置都能用于鋼軌電位對(duì)地電壓的檢測(cè)，但二者在適用范圍、功能等方面也存在明顯的區(qū)別。比如電壓型框架保護(hù)是以動(dòng)作跳閘的形式應(yīng)用于直流設(shè)備的保護(hù)，跳閘后將設(shè)備短路故障以及直流絕緣泄漏故障切除，引起本所6個(gè)直流開關(guān)柜和進(jìn)線兩個(gè)35kV整流變柜跳閘，在單邊供電區(qū)間會(huì)短暫影響運(yùn)行；而鋼軌電位限制裝置不動(dòng)作跳閘就能降低鋼軌對(duì)地電壓，且不會(huì)妨礙牽引直流系統(tǒng)正常工作，既能避免鋼軌電位過高危害鋼軌上的作業(yè)人員，又可確保正常通車。

一般情況下，電壓型框架保護(hù)裝置比鋼軌電位限制裝置的整定時(shí)間長，一旦鋼軌電位急劇升高，通常整定時(shí)間較短的鋼軌電位限制裝置率先動(dòng)作，使鋼軌連接接地網(wǎng)，從而避免鋼軌作業(yè)人員的生命安全受到威脅；一旦鋼軌電位限制裝置拒動(dòng)，電壓型框架保護(hù)裝置隨即動(dòng)作于跳閘，其動(dòng)作參數(shù)包括：①鋼軌電位>90V，電壓型框架保護(hù)裝置延時(shí)1500ms后預(yù)警。②鋼軌電位>150V，電壓型框架保護(hù)裝置延時(shí)900ms發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。

4 故障舉例

注意：電壓型框架保護(hù)動(dòng)作后，只跳開本所的直流牽引系統(tǒng)的所有開關(guān)；而電流型框架保護(hù)一旦動(dòng)作后，除了本所的直流牽引系統(tǒng)全部跳閘，與該所相鄰的牽引所的部分直流饋線開關(guān)也會(huì)跳閘。以下以永寧門站為例：

如圖：若永寧門站的負(fù)極對(duì)框架的電壓升高到150V時(shí)，已經(jīng)達(dá)到框架保護(hù)的啟動(dòng)電壓，永寧門站的框架電壓型保護(hù)動(dòng)作，永寧門站的106、107、201、202、211、212、213、214開關(guān)跳閘；當(dāng)永寧門站當(dāng)框架對(duì)地故障泄漏電流大于整定值80A時(shí)，電流型框架保護(hù)動(dòng)作，永寧門站的106、107、201、202、211、212、213、214開關(guān)跳閘；同時(shí)永寧門站會(huì)同時(shí)向安遠(yuǎn)門站、小寨站發(fā)聯(lián)跳信號(hào)，安遠(yuǎn)門站的213、214開關(guān)、小寨站的211、212開關(guān)也跳閘。這樣一來，從安遠(yuǎn)門到小寨區(qū)段的接觸網(wǎng)都會(huì)停電，從而使有故障的設(shè)備與有電區(qū)域徹底隔離，保證了人身及設(shè)備的安全。

5 應(yīng)急處理程序

①電調(diào)通過PC機(jī)確認(rèn)故障類型及開關(guān)動(dòng)作情況。②如果是電壓型框架保護(hù)動(dòng)作，通知值班主任、行調(diào)、發(fā)生電壓型框架保護(hù)，故障所退出運(yùn)行，故障所相對(duì)應(yīng)供電分區(qū)目前為單邊供電。要求維調(diào)立即派人到故障牽混所檢查處理故障。③如果電流型框架保護(hù)動(dòng)作，通知值班主任、行調(diào)：正線接觸網(wǎng)事故停電，停電區(qū)段；要求維調(diào)立即派人到故障牽混所檢查處理故障。④電流型框架保護(hù)動(dòng)作，要求值班員打開負(fù)極柜后門，按下柜內(nèi)電流繼電器，繼電器上的紅色按鈕復(fù)位繼電器復(fù)位，然后在直流開關(guān)柜側(cè)面板處，按下“復(fù)歸按鈕”進(jìn)行復(fù)位。⑤如果能復(fù)歸：分該所饋線上網(wǎng)隔離開關(guān)進(jìn)行越區(qū)供電。⑥如果不能復(fù)歸：要求值班員解除發(fā)至鄰所的聯(lián)跳信號(hào)，相鄰牽混所直流饋線開關(guān)將自動(dòng)重合閘，電調(diào)確認(rèn)開關(guān)動(dòng)作正常；如果沒有自動(dòng)合閘，電調(diào)則立即操作合閘，確認(rèn)開關(guān)合閘成功。⑦故障檢查完畢，可以恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，待非運(yùn)營時(shí)間恢復(fù)至正常運(yùn)行方式。

6 結(jié)論與建議

①框架保護(hù)的必要性。經(jīng)過上述對(duì)框架保護(hù)原理與故障的分析，我們可以得出以下結(jié)論：框架保護(hù)主要是保護(hù)直流牽引系統(tǒng)設(shè)備，是重要而不可缺少的。②框架動(dòng)作的影響面大，恢復(fù)時(shí)間長。為了避免其誤動(dòng)應(yīng)重點(diǎn)考慮與軌電位的保護(hù)匹配，主要考慮兩者之間的延時(shí)配合以提高系統(tǒng)保護(hù)的可靠性。③框架保護(hù)動(dòng)作分為電流型和電壓型兩種。如果是電流型框架保護(hù)動(dòng)作，故障很可能在變電所內(nèi)；電流型框架保護(hù)直接影響接觸網(wǎng)供電，應(yīng)第一時(shí)間判斷清楚故障性質(zhì)，同時(shí)在送電前一定要確認(rèn)故障區(qū)段的列車均已降弓；信息，記錄重要信息；而電壓型框架保護(hù)動(dòng)作，故障很可能在變電所外。電壓型框架保護(hù)動(dòng)作對(duì)行車基本上不造成影響，在處理時(shí)應(yīng)以優(yōu)先保行車，后處理故障為原則；發(fā)生在車輛段或末端所時(shí)應(yīng)第一時(shí)間考慮越區(qū)供電；這兩種保護(hù)動(dòng)作處理的方法是不同的，為了減少處理時(shí)間，電調(diào)必須在遠(yuǎn)方能判斷框架保護(hù)動(dòng)作的類型，至正常運(yùn)行方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]西安地鐵二號(hào)線一期工程DC1500V開關(guān)柜設(shè)備資料.

[2]于松偉，楊興山.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用[M].西南交通大學(xué)出版社，2008（01）.

[3]蔡彬彬，臧正寶，許利民.城市軌道交通工程主變電所的資源共享探討[M].價(jià)值工程，2013（16）.

作者簡介：趙欣?。?975-），女，陜西寶雞人，助理工程師，研究方向：地鐵供電。