地铁接触网短路状态下钢轨电位和限压保护装置论述

任维维

摘要：本文将在地铁接触网的基础上，对地铁接触网短路状态下的钢轨电位进行详细分析，然后对地铁接触网短路状态下的限压保护装置的应用进行系统论述，以此为地铁接触网的运行安全和晶闸管的正确选择提供有效帮助。

关键词：地铁;接触网;短路;钢轨电位;限压保护装置

1地铁供电系统基本组成

地铁供电系统由牵引整流器、接触网、回流网、配电盘和各种保护装置组成。回流网包括轨道网和排水网。轨道用于牵引回流，当列车在特定的供电臂下运行时，利用排流网收集空闲电流，在相应的供电区域内由钢轨产生对地电位。这一隐患对工作人员和设备的安全，特别是车站和车辆段的工作人员，构成了极大的威胁。

2地铁接触网供电方式

地铁供电网的单个供电臂采用双边供电方式，即供电臂两端的整流器同时供电，整流器的正极通过馈线与机库相连，负极是通过与钢轨的反馈，使排水管网位于与鐵路走向相对应的阈值以下，起到分散电能收集的作用。在大多数情况下，散射电流很小，且排水网络未投入运行，即排水网络与整流器的负极分离。

3地铁接触网短路状态下钢轨电位保护装置对地电位和电流

3.1钢轨电位限制装置工作流程

如上图所示，在车站区域（车辆段）安装地铁OVPD保护装置，以监测轨道与排水网络（地板）之间的电位。一旦轨道地电位超过规定值，OVPD保护装置中的电路将监测点的轨道短路至地面相接，此时钳制轨道（钢轨）电位为零。当OVPD装置发现A和B之间的绝对电压超过600V时，它立即向T1和T2晶闸管发送触发脉冲。如果点A的电位高于点B的电位，则晶闸管T1启用;否则，晶闸管T2接通。通过快速导电的晶闸管可以快速闭合两点A和B，然后接触器触点闭合。晶闸管两端因短接触而恢复停止状态，这一顺序动作为人员和设备的安全提供了有效保证。

3.2钢轨电位限制装置处电位在供电网络短路时的状态

由上文可知，本文所论述的是将钢轨电位限制装置安装在车站轨行区内距离整流器位置150M的A点处的情况，其中，A、B两点的电压也可以用来表示该装置监测钢轨的对地电位。

在整流器1和整流器2的情况下，存在正-负短路和电源排流（地）正极短路的可能性和风险，即C对D和E短路，图2中的G在H和J上短路。由此可见，钢轨和接触网存在短路的可能性和风险，图2中的F点对A点短路。

3.3供电网络短路时流过OVPD装置的短路电流

经仿真试验后得出，C对D短路，C对E短路，F对A短路，G对J短路，G对H短路，其数值分别为（UA/V）185、-1463、195、-1388、-185。

处电位模拟仿真结果试验数据中，不同短路类型的A点电位超过OVPD 的动作限值，所有类型的短路型OVPD装置动作的常开触点闭合或晶闸管T2导通，A、B两点短路，短路电流通过Contactor常开触点或晶闸管T2。电阻R3被Contactor常开触点和晶闸管T2短路闭合，因此移除电阻R3并用短接线更换。通过OVPD的短路电流用IK表示。在不同类型的晶闸管短路情况下，用multisim软件模拟不同类型的晶闸管短路。

各种短路类型下短路电流模拟仿真数据分别为（IK/KA）0.12、-33.70、0.13、-7.14、-0.19，其特点为：如果C点对D点短路，F点对A点短路，短路电流方向朝下流过 Contactor的常开触点;如果G点对H点短路，则短路电流向上流过Contactor的常开触点;如果C点短路，短接于点E，流过晶闸管T2的电流最大且向上。

4钢轨电位限制装置的晶闸管最佳参数

根据测试数据，如果C点对E点短路，A点到B点的电位比下一点高。触发导电性的晶闸管T2和接触开关的时间顺序由每个参数决定，如果每个参数的值为：T1=0.005 MS，T2=10.000 MS，ton=9.995 MS。如果T2晶闸管在承受1463 V正导频电压的延迟0.005 MS后触发短路，开始向前移动直到射手的常开触点闭合。连续导通期约为10000毫秒。晶闸管的过电压电流ITSM被定义为使晶闸管在10.000ms交叉持续时间内保持向前的电流峰值。流过T2晶闸管的最大电流为33.7kA，因此负载电流itsm2=33.7kA，关断模式非重复峰值电压udsm2=1463V，反向非重复峰值电压ursm2=195V;晶闸管T1和晶闸管T2的工作过程相同。流过晶闸管T1的最大电流为130 A。因此，入口电流itsm1=130 A，非重复峰值电压udsm1=195 V的断开状态和反向非重复峰值电压m1=1463 V。

结语

OVPD保护器在电源臂的不同短路条件下工作。OVPD装置通过缩短保护点的接地电位来达到限制轨道对地电位的目的。每种形式的接触网短路都是危险的。OVPD防护装置的最小电位为185V，最高电位为1463V，这类电流对人身安全构成致命威胁。在接触网短路的情况下，决定短路电流的因素是钢轨的纵向电阻、钢轨对地的过渡电阻和变压器的容量。在正负极对地短路的情况下，上述因素对短路电流影响不大，过电压保护装置起作用。维护操作人员应按安全规程定期检查接触线正负杆之间、正极与排水网（地）之间的隔离，确保不发生极端短路故障，保证地铁接触网正常工作行。

参考文献

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[2]陈民武，赵鑫，丁大鹏， 等.城市轨道交通供电系统钢轨电位限制装置操作过电压研究[J].中国铁道科学，2017，38（6）：94-99.

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