地铁牵引供电直流设备框架保护系统改进

地铁牵引供电直流设备框架保护系统改进

苏安琪

大连地铁运营有限公司，辽宁大连   116000

摘要：随着社会发展，带动了我国各领域的进步。现阶段，在地铁牵引供电系统实际运行中，直流设备框架保护经常发生误动作，导致直流设备跳闸，中断列车供电，对地铁运营造成极大影响。介绍既有牵引供电直流设备框架保护方案和工作原理，结合牵引供电系统实际运行和维护经验，提出直流设备框架保护改进措施。对地铁某变电所直流设备框架保护系统实施改造。改造后，牵引供电系统未出现直流设备框架保护错误动作，保障了直流设备框架保护的选择性和可靠性，减少对列车运行的影响。

关键词：地铁牵引供电；直流设备；框架保护；改进

引言

地铁直流牵引供电系统是地铁供电的重要和核心部位，其安全可靠有效运行是地铁运营关注的重点。在确定直流牵引供电系统方案时，应综合分析系统的灵活性和可靠性。一方面应考虑地铁列车高密度运行的外部条件；另一方面应考虑当直流供电系统发生故障时，能迅速切除故障点，同时通过相邻牵引变电所及时恢复对地铁列车的供电。某地铁1号线南延线、2号线在直流牵引供电系统的保护设置中，均采用在整流器柜和直流开关柜分别设置框架泄漏保护的创新方案。该方案可缩小整流器柜故障框架泄漏保护动作的影响范围，提高了直流供电系统的可靠性。当遭遇框架保护时，制定倒闸程序，建立程控卡片，大大了缩短改变运行方式时间，减少对列车运行的影响。

1供电系统框架保护装置的组成

1.1设备种类及连接方法

地铁牵引供电系统的框架保护装置包括与大地绝缘安装的整流器柜体框架、上网隔离开关柜框架、直流开关柜框架和负极柜（见图1）。负极柜内设有1号接地母排、2号接地母排和负极母排；其中，1号接地母排通过电缆与整流器柜体框架连接，2号接地母排通过电缆分别与上网隔离开关柜框架和直流开关柜框架连接；框架保护装置还包括依次串联的1号框架分流器和1号电流变送器、依次串联的2号框架分流器和2号电流变送器、与所述1号接地母排和负极母排均连接的电压变送器、与1号电流变送器、2号电流变送器和电压变送器均连接的PLC控制器、以及均与PLC控制器连接的监视屏和指示灯。1号接地母排和2号接地母排通过1号框架分流器和2号框架分流器共同通过接地电缆单独接地。

图1框架保护装置示意图

1.2信号采集硬件

1号框架分流器串联1号接地母排，一路电流测量信号通过1号接地母排和1号框架分流器再经1号电流变送器采集至PLC控制器，2号框架分流器串联2号接地母排，另一路电流测量信号通过2号接地母排和2号框架分流器再经2号电流变送器采集至PLC控制器，电压测量信号通过1号接地母排和负极母排经电压变速器采集至PLC控制器，监视屏和指示灯设置于负极柜面板上。整流器柜体框架为两套，均与1号接地母排连接。

2直流设备框架保护改进措施原理

2.1增加对框架电流方向的判断

当负极与框架间绝缘电阻降低时，流过Ki的电流方向由大地流向直流开关柜外壳。负极柜中负极母线通过回流电缆连接到钢轨。由于全线钢轨相连，因此，全线所有变电所负极柜的负极母线连通。负极母线和钢轨之间没有分断开关，即使本变电所直流进线开关、直流馈线开关、整流机组开关，以及相邻变电所直流馈线开关都跳闸，仍有泄漏电流流过Ki，故障无法被切除。由于直流设备负极与钢轨相连，设备外壳与大地相通，因此，当负极绝缘电阻下降时，负极和钢轨电位限制装置导通，使杂散电流增加，抬升其他区段的钢轨电位，直流框架保护系统发出报警信号。直流设备框架保护系统主要监测正极电流泄漏。负极绝缘电阻下降不属于直流框架的保护范围，因此，系统不动作。正极与直流开关柜外壳发生短路时，框架电流由Ki流向大地；负极与直流开关柜外壳发生短路时，框架电流由大地流向Ki。因此，为了便于在直流设备框架保护系统中判断电流方向，定义电流由框架继电器指向大地为正，由大地指向框架继电器为负。通过PLC判断框架泄漏电流方向，如果电流方向为正，则电流型框架保护系统正常动作；如果电流方向为负，则仅预警，系统不跳闸。增加电流型框架保护系统电流方向的判断，可以提高保护动作的可靠性，实现绝缘状况的在线监测预警，减少电流型框架保护系统出现错误动作的可能性。

2.2运行方式

直流系统在正常运行时，电流检测回路没有电流通过。当牵引变电所任意直流设备内正极对外壳短路时，接地电流通过电流元件流入接地网，再通过钢轨与地之间的绝缘泄漏电阻（或排流柜）回到钢轨（负极）。当直流设备内正极对外壳短路时，地电位升高，电压元件会在钢轨和地之间检测到一个电压。当这个电压大于电压元件整定值时，电压元件应在整定的时间动作。当接地电流达到整定值时，框架泄漏保护的电流元件动作。如果故障发生在整流器柜和负极柜时，框架保护I1动作。当故障发生在直流柜时，框架保护I2动作。故障排除以后，必须人工复归框架泄漏保护，所有交流和直流断路器才能重新投入，恢复正常系统供电。

框架泄漏保护的电压元件由两段组成，Ⅰ段报警，Ⅱ段跳闸。因为牵引变电所设置钢轨电位限制装置，框架泄漏保护的电压元件动作时间必须延长。

2.3直流开关柜框架泄漏保护

直流开关柜框架发生框架泄漏故障，仍要联跳本所整流机组交流高压开关柜馈线断路器、直流进线断路器、直流馈线断路器，并闭锁合闸。本所开关跳闸后仍检测到有故障电流，经过延时判断联跳相邻所对应直流馈线断路器，造成故障所左右侧的两个区间停电，如果本所开关跳闸后故障切除，则不联跳相邻所开关，故障所左右侧的两个区间不停电。

2.4取消电压型框架保护

当牵引网与钢轨发生短路或牵引网与大地发生短路时，如果电流型框架保护系统因故未动作，则会造成钢轨对地电位升高，Ku检测到的电压也会升高。由于钢轨电位限制装置的电压整定值小于电压型框架保护的整定值，而且动作延时小，因此，钢轨电位升高时，钢轨电位限制装置先动作，将钢轨与大地连通，降低钢轨电位，则电压型框架保护系统不动作。负极接地后，短路电流骤增，此时，直流断路器的过流、速断保护动作，将故障点切除。因此，可以取消电压型框架保护系统。

2.5故障恢复

当把故障排除之后，进行恢复，也存在相应的闭锁关系。故障排除之后，现场首先要对框架保护继电器进行复位，然后再复位35kV交流断路器，最后复位直流断路器，顺序不能颠倒。

结语

针对地铁牵引供电直流设备框架保护系统存在的错误动作等问题，改进直流设备框架保护，保障了直流设备框架保护系统动作的选择性和正确性，既能减少直流框设备架保护的错误动作，又可降低框架泄漏电流对设备的损坏及对人员的伤害，保证了列车正常运行。这可为其他地铁牵引供电直流设备框架保护系统改造提供借鉴。

参考文献

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