地铁供电框架泄漏保护探测技术的应用

地铁供电框架泄漏保护探测技术的应用

周小龙

西安市轨道交通集团运营分公司   陕西省西安市   710082

摘要：在地铁供电中，框架保护装置基于电流型框架保护方案将保护检测单元分离，将直流开关柜和上网隔离开关柜串联引入一组电流保护模块，将整流器柜和负极柜共用一套电流保护模块，整体框架采用电压保护模块。当出现故障时能够针对性地切断连接，并能较为准确地定位故障位置，有效降低了维修排查难度，提高了维护效率，而且本实用新型构思巧妙、结构简单、使用方便，具有广泛的应用前景，适合推广应用。

关键词：地铁供电；框架泄漏保护；探测技术

1地铁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。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。

注：1-1号接地母排；2-2号接地母排；3-负极母排；4-1号框架分流器；5-1号电流变送器；6-2号框架分流器；7-2号电流变送器；8-电压变送器；9-PLC控制器；10-监视屏；11-指示灯；12-整流器柜体框架；13-上网隔离开关柜框架；14-直流开关柜框架；15-负极柜框架。

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供电系统维护技术现状

根据电力行业、铁路行业和公司区域标准，在这两种模式下，“供电系统综合维修，各管理公司供电设备维修段大门”有效，并形成了标准检查计划。检查维修和故障检查两种检查维修模式的联合运营也被认为是每个运营公司之前最有效和最普遍的检查维修方式。这两种模式可以大大减少设备故障的损失，但以下问题是不可避免的。供电系统的大部分故障是由于断路器和开关的绝缘性能降低和机械性能降低造成的。其次，检查模式和检查频率的错误选择大大缩短了设备的使用寿命。由于几个月的小检查、几年的检查以及在用设备的故障检查，设备部件的安装过于频繁，设备的磨损速度加快[1]。毕竟，设备提起来太早，没有达到自身的使用寿命。第三，在计划检修制度下，技术创新受到一定程度的抑制。工厂的维护人员将长期进行定期、定性和定性检查，以便员工按照订单的顺序进行订购，并变得更加正式，忽略技术创新。第四，即使供电设备状况不佳，也无法预测故障点进行检查，消除了安全隐患。其次，检查模式和检查频率的错误选择大大缩短了设备的使用寿命。几个月的检查、几年的检查、正在使用的设备的检查，以及设备购置设备的检查，经常是连接和拆卸的，设备磨损速度加快。毕竟，设备提起来太早，没有达到自身的使用寿命。第三，在一定限度的检查制度下，技术创新受到抑制。设备维护人员将长期进行定期、定性、定性检查，确保员工生产订单，忽视表单创新[2]。四是供电设备状况虽差，但无明显故障时无检查时间，能及时发现并排除故障隐患。当供电设备状况良好时，应进行检查和维修。定期检查是必要的。造成人力、物力的浪费，无法达到更好的检修效果。第五，需要越来越多的人力资源来维持城市线路网中大型河流工作人员的需求。维护设备对管理和维护的需求越来越大。

3框架保护装置的原理

3.1框架保护回路

（1）两套整流器柜体框架均通过电缆连接到1号接地母排，1号接地母排连接1号框架分流器后接地，1号框架分流器连接1号电流变送器，构成一路电流型框架保护；（2）上网隔离开关柜框架和直流开关柜框架均通过电缆连接到2号接地母排，2号接地母排连接2号框架分流器后接地，2号框架分流器连接2号电流变送器，构成另一路电流型框架保护；（3）电压变送器连接1号接地母排或2号接地母排，并连接负极母排，构成整体的框架电压保护。

3.2框架保护的作用

（1）整流器柜框架泄漏保护当整流器柜体框架发生框架泄漏故障时，只联跳整流机组高压开关柜馈线断路器和直流柜进线断路器，将本所整流机组退出运行并不联跳邻所，通过故障所的直流母线瞬时实现大双边供电，且列车运行的接触网不停电，不影响列车正常运行。（2）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。上述设置，可以有效地减少框架故障对地铁运营的影响，同时提高了运维的简便性和精确性。

3.3注重框架保护与轨电位的关系与配合
地铁直流电压框架保护是用来保护地铁直流设备电压正极外壳、外壳对大地绝缘损坏，可用于报警或跳闸。轨道电位限制装置两端分别接走行轨、大地用于限制走行轨对地电位，保护人身安全。当发生供电直流设备正极外壳或外壳对大地绝缘损坏时，直流框架电压保护装置内的电压元件检测设备外壳与保护接地之间的电位差，发出报警或跳闸信号。轨道电位限制装置测量的是走行轨对大地的电位差，这是杂散电流在走行轨与道床之间过渡电阻上产生的电压，该电位差到达设定值时，轨道电位限制装置将会动作。二者间的关系是，当走行轨与大地电压差超过设定值时，轨电位先动作，框架电压保护做为轨电位的后备保护。

结束语：

总之，传统的泄漏电流保护装置是将牵引供电系统中整流器柜、负极柜、直流开关柜、上网隔离开关柜等所有直流设备都框架串联引入同一个框架保护中。当电流框架泄漏保护元件动作后，本所整流机组和全所直流设备都将框架保护跳闸，同时联跳同一供电区段内邻所直流馈线柜断路器；电压框架保护在检测到泄漏电压大于电压元件整定值时，也会引起本所整流机组和全所直流设备框架保护跳闸。

参考文献：

[1]姜睿. 地铁直流牵引供电系统OVPD投入时的框架泄漏保护研究[J]. 光源与照明,2021,(06):71-72.

[2]桑梓杰,刘爱华,陈怀鑫,宋金川. 整流器交流侧框架泄漏时的框架电流保护分析[J]. 电气化铁道,2020,31(06):69-72.