地铁框架保护与钢轨电位限制装置原理浅析

汤小君 付胜华

【摘要】分析了地铁电流、电压型框架保护原理及动作原因，阐述电流、电压型框架保护与钢轨电位限制装置的作用及配合关系，结合地铁框架保护及钢轨电位限制装置常见故障，优化配置方案。

【关键词】电流型框架保护;电压型框架保护;钢轨电位限制装置

1、概述

1.1框架保护原理

牵引变电所内的直流供电设备采用绝缘安装，主要包括1500V直流开关柜、整流器柜、负极柜等。当直流设备内的1500V正极对设备外壳发生泄漏时，如不及时切除，容易将故障扩大为1500V正极通过设备外壳对负极间的短路事故。框架泄漏保护是专门针对直流供电设备对正极与柜体发生故障时的保护措施。其保护原理是当正极对柜体外壳发生绝缘损坏时，能及时切除故障保证系统的安全运行。 （图1）

1.1.1电流型框架保护

电流型框架保护是通过一个电流元件检测框架对地之间的电流， 当检测到的电流值达到整定时，电流型框架保护会启动。

1.1.2 电压型框架保护

电压型框架保护是通过一个电压保护元件检测框架对负极之间的电压，当检测到的电压达到设定值，并达到设定延时后，电压型框架保护会启动，框架电压

保护还与车站的钢轨电位限制装置相配合，作为钢轨电位限制装置的后备保护。

1.2钢轨电位限制装置原理

钢轨电位限制装置一端接钢轨，一端接变电所接地网，检测的是钢轨和地之间的电压。当正极对框架泄漏发生时，如果钢轨绝缘良好，电流型框架保护没有启动，并且电压型框架保护失灵，此时钢轨电位限制装置检测到的电压为钢轨和框架之间的电压，通过钢轨电位装置三段动作闭合，使泄漏电流主要通过钢轨电位限制装置流入大地，而不是钢轨对地泄漏电阻回到负极。（图2）

当供电分区没有车辆行驶时，牵引直流系统运行正常情况下，钢轨对地电位为零;当供电分区有车辆行驶或接触轨发生短路故障时， 由于钢轨对地泄漏电阻的存在，钢轨电位快速升高到达阀值时，钢轨电位限制装置迅速动作，将钢轨与接地网短接，从而降低了钢轨对地电位。

2、框架保护与钢轨电位限制装置配置方案分析

电压型框架保护与钢轨电位限制装置都是检测钢轨电位对地电压，不同的是电压型框架保护的作用是保护直流设备安全，通过跳闸（报警），切除直流绝缘泄漏或短路故障;而钢轨电位限制装置的作用是降低钢轨对地电压，保护线路上行走的人的人身安全。由于电压型框架保护整定时间大于钢轨电位限制装置，正常情况下当发生钢轨电位升高时，应有钢轨電位限制装置首先动作，当钢轨电位限制装置拒动时，电压型框架保护动作跳闸（报警）。

结语：

框架泄露故障是地铁供电系统中危害人生、行车最严重的故障，框架保护的重要性不言而喻，但由于框架保护的影响范围过大，且频发框架保护与轨电位装置配合失误导致误动作故障，故主流经验将电压框架保护整定值设置大于轨电位装置整定值，且电压框架保护正常运行时只报警不跳闸，定位为轨电位装置的后备保护。

另外，上网隔离开关的框架泄露故障，均有直流馈线开关柜的保护覆盖，故框架保护不覆盖上网闸刀;再生制动能馈装置与中压网和牵引网均有一次接口，为避免框架泄露故障的影响范围进一步扩大，对再生制动能馈装置单独配置框架泄露保护，不纳入直流开关柜框架保护范围内。

参考文献：

[1]钱清泉，高仕斌，何正友，等.中国高速铁路牵引供电关键技术[J].中国工程科学，2015（04）.

[2]王越.牵引供电系统负荷过程的建模与计算机仿真研究[D].北京交通大学，2015.