电压型框架保护与轨电位装置的配合分析和调整探讨

电压型框架保护与轨电位装置的配合分析和调整探讨

巩宁

（徐州地铁运营有限公司  江苏徐州  221000）

摘要：框架保护是轨道交通直流牵引供电系统的重要保护，钢轨电位限制装置是每个车站必备的保护装置，两者缺一不可。电压型框架保护与钢轨电位限制装置虽然测量值基本相同，但两者的作用不同。在地铁线路运行中，由于电压型框架保护和钢轨电位限制装置动作配合上存在问题，导致电压型框架保护误动作，影响列车正常运行。本文将通过对电压型框架保护和钢轨电位限制装置的原理及作用分析，探讨两者动作配合及调整的可行性。

关键词 电压型框架保护  钢轨电位限制装置  动作配合  调整

1、 轨道交通直流牵引供电系统的构成及特点

轨道交通车辆的牵引电都采用直流供电，绝大多数电力牵引是以走行轨为供电回路的，即钢轨除了作为走行轨外，还兼作直流牵引供电系统的负极。地铁牵引系统由交流和直流两部分组成，35kV交流进线电压通过整流变压器降压、整流器整流成1500V直流电；直流电牵引电流流向为由整流器的正极（正母排）经直流高速开关、上网隔离闸刀，送至接触网，经过列车受电弓，机车机电负载，再通过钢轨，流回到整流器的负极（负母排）。

直流牵引系统与交流牵引系统的最大区别之一就是直流回流系统必须考虑“杂散电流”对结构钢筋及沿线金属管线的电腐蚀。如果轨道作为直流供电的负极不对大地作绝缘处理，那么由钢轨回流到牵引变电所的电流必有部分经大地流回牵引变电所，这部分电流因大地土壤的导电性质、地下金属管道位置的不同，可以分布很广，故称之为“杂散电流”。杂散电流多沿金属导体流动，到了回流点附近再流向钢轨流回牵引变电所，因此在回流点附近的金属管道形成了阳极区（对大地为正），发生电解腐蚀现象，损坏了金属。为了减少“杂散电流”对金属管线的腐蚀，钢轨与大地之间采取绝缘安装。牵引变电站内的直流进线柜、馈线柜、负极柜、整流器柜等直流设备的外壳在安装时也不是单独直接接地，而是通过电缆集中后与接地母排连接，实现单点接地，并采用框架保护监测绝缘水平。

2. 电压型框架保护和钢轨电位限制装置的配合分析

2.1电压型框架保护的原理及作用

框架故障保护主要由一个测量泄露电流的元件和一个电压监视元件组成。用于漏电流监测的分流器—端接地，通过隔离放大器测量漏电流在其两端产生的电压；电压监视通过隔离放大器测量回流钢轨与保护地之间的电位差，可设定报警和触发跳闸参数。在漏电流监测中，采用绝缘方式安装的直流开关设备通过一分流器后接保护地，分流器允许通过的短路电流值按可达100kA考虑。触发跳闸保护的门限值应可调。在电位差监视中，触发断路器跳闸所遵循的允许接触电压特性曲线符合相关规定；框架故障保护系统的响应比电压继电器陕得多，响应时间与被监视电压的幅度大小无关。

如果另外还有一单独的钢轨电位限制装置将运行轨与保护地短接，则电位差监视选件跳闸信号将延时产生，以使能在二者之间进行选择。一般要求所有的直流设备(包括整流器和杂散电流收集装置)机柜安装与地绝缘，通过一个分流器接地，通过采集该分流器的电流值作为框架故障保护的启动条件。

2.2钢轨电位限制装置的原理及作用

钢轨电位限制装置主要用于保护乘客和运营管理人员的安全，使他们免受存在于车体(运行轨道)和建筑物(车站、车场和梁体)之间的高接触电压的伤害。当发生超出安全许可的接触电压时，钢轨电位限制装置就将钢轨与大地短接，从而保证人员和设施的安全。

钢轨电位限制装置主要由多级电压测量元件和短路复合开关组成，短路复合开关电路由直流接触器和晶闸管并联组成。正常情况下，直流接触的触头是开断的，晶闸管元件也处于不导通状态。钢轨与大地之间的电压宜由三级独立的电压测量元件(分别用u>、u>>，和u>>>，符号代表)来检测、显示和判断。

在装置检测到的电压小于电压测量元件的整定跳闸值，钢轨电位限制装置的短路复合开关将保持开断状态。当检测到的接触电压大于或等于电压测量元件u>的阀值，则经过一段可调整的延时后，该装置短路复合开关的闭合即将钢轨与大地进行有效短接。如果检测到的接触电压大于或等于电压测量元件u>>的阀值，则该装置短路复合开关将无延时合闸。一旦检测到的接触电压大于或等于电压测量元件u>>的阀值，则复合开关将通过晶闸管元件加速合闸，直流接触器也将无延时合闸。当钢轨电位限制装置达到预先设定的连续短路次数后，该装置进入闭锁状态。

2.3框架故障保护的整定值及其与钢轨电位限制装置的配合关系

在框架保护中，框架电压配置为报警、跳闸信号，与钢轨电位限制装置之间有一个参数的配合问题。通过对二者用的电压监测元件的设定值不同(如框架故障保护：DC 110V左右；轨道电位限制装置：DC 90V左右)，当轨电位达到各自设定值后的动作延时后(框架故障保护动作延时整定约为0.7s；轨道电位限制装置延时整定约为0．5s)，由于上述二者整定值的差异，从而保证了轨电位优先动作，只有在大的故障情况下，电位差不能消除时才延时启动框架泄露保护单元，从而使本站的所有直流开关和对整流器供电的中压断路器跳闸闭锁。

考虑到框架保护元件的安装地点和测量点不同于钢轨电位装置，建议将框架保护的电压元件的动作时间比钢轨电位装置的动作时间至少延时500ms，保证有选择性操作，尽量减少对直流开关设备的不必要跳闸。

表1钢轨电位限制装置及电压型框架保护参数设定值对照表

从参数设定值对比表可看出，既有线路采用的整定值均是电压型框架保护电压整定值高于钢轨电位限制装置，动作时间也较长。钢轨电位限制装置的动作整定值U>120V左右，U>>150V左右，电压型框架动作值大于170V。

3.调整方法的探讨

根据既有线路的实际情况，结合电压型框架保护和钢轨电位限制装置的配合原则，可通过以下几个调整方法，避免电压型框架保护先于钢轨电位限制装置误动作，同时，也考虑避免电压型框架保护不起作用。

1、降低钢轨电位限制装置的电压整定值，或缩短延时。但该方法可能会造成其动作频繁，设备易损坏，不推荐采用。

2、适当调高电压型框架保护跳闸电压整定值，或适当延长动作时间。考虑到变电站内运行人员工作期间皆穿戴绝缘防护用具，其对地绝缘系数较一般乘客高，同时乘客等外来人员一般情况下无法接触到轨道交通供电牵引设备，适当调高电压型框架保护定值可以避免误动作发生，而且对设备及运行人员的人身安全不会产生很大影响。

4.结束语

钢轨电位的升高除了与供电回流系统，负回流是否畅通有关外，还和客运车辆运行工况、轨道绝缘泄漏电阻、杂散电流防护等很多因素有关，一旦钢轨电位升高到整定值，为避免电压型框架保护与钢轨电位限制装置配合不良而发生误动作，运行人员应定期对两者加量试验。在列车的正常起动及运行时,如钢轨对地电位升高，钢轨电位限制装置先动作，而框架保护不应动作。当直流设备发生框架泄漏故障，此时要求框架保护应先于钢轨电位限制装置动作。对于配合有问题的线路或车站，调整定值或在排流柜投入的前提下，取消电压型框架保护功能。一方面可以有效减少由于框架保护误动作造成的大面积停电，影响行车。另一方面可以有效保护直流设备安全和线路上人的生命安全。

参考文献

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2．丘玉蓉，田胜利.《轨道交通直流1500V开关柜框架泄漏保护探讨》.电力系统自动化，2001-7-25

3．朱德敏，王纯伟，赵明.《框架泄漏保护装置的应用与分析》.电气化铁道，2004年第3期

4．郑瞳炽，张明锐.《城市轨道交通牵引供电系统》. 中国铁道出版社.2000.4

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