直流牵引供电系统框架保护在西安地铁的应用

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摘要介绍了直流牵引供电系统框架保护在西安地铁一、二号线的具体应用。

关键词地铁;直流牵引供电;框架泄漏保护

中图分类号：U231文献标识码： A

城市轨道交通列车，是以电力为能源的电动车组，列车在运行过程中不断地从接触网上获取电能，一个安全可靠的供电系统，是保证轨道交通安全运营的首要条件。框架保护动作跳闸，是目前危害行车安全最大的供电事故，框架保一旦动作,及时、正确恢复供电的速度将直接决定列车中断运行的时间。因此,全面、正确认识框架保护在地铁供电系统中的应用，对于迅速处理故障,恢复行车，对西安地铁的平安运营来说显得特别重要。

1 框架泄漏保护的作用

西安地铁一、二号线均采用江苏大全长江电器股份有限公司生产的MB系列金属封闭式直流开关柜。直流供电设备采用绝缘安装,当直流设备内的1500 V正极对设备外壳发生泄漏时,如不及时切除,容易造成短路电流达几万安的正极对负极间的短路事故。不仅对直流设备造成严重危害，而且也威胁到人身安全。框架泄漏保护就是当正极对柜体外壳发生绝缘损坏时,及时切除故障,保证系统的安全运行。

2 框架泄漏保护在西安地铁的设置

西安地铁一、二线的直流设备均设置有框架保护。框架泄漏保护装置由电流元件和电压元件组成。电流元件可检测直流设备由外壳至接地网的故障泄漏电流;电压元件测量直流设备外壳与直流设备负极之间的电压,一端接直流设备外壳,另一端接直流系统负极，即电流型框架保护。电压元件检测到的电压等价于钢轨和地之间的电压，即电压型框架保护。运行过程中,通过判断检测到的故障电流和电压,实现保护跳闸切除故障。西安地铁1、2号线以及国内其它地铁直流框架泄漏保护基本都采用这种设计方案。

3 框架泄漏保护在西安地铁的应用

3. 1 工作原理

⑴、若框架泄漏电流元件动作，联跳本站所有的直流断路器和牵引整流机组中压侧断路器，并闭锁本所直流馈线开关的线路测试及重合闸，同时发出联跳信号，联跳相邻牵引变电所对应馈线开关。该供电区段接触网无电，影响列车正常运行，框架泄漏电流保护元件主要侧重于牵引所内的故障。

⑵、框架电压元件设定两级电压值。若框架泄露电压元件达到第一级电压定值时，框架泄露电压元件报警功能启动，发出报警信号，但不跳闸；若框架泄露电压元件达到第二级电压定值时，框架泄露电压元件动作功能启动，发出联跳信号，联跳本站所有的直流断路器及牵引整流机组中压侧开关，但不联跳相邻牵引变电所的对应馈线开关。框架泄露电压元件主要侧重于线路上的故障，该供电区段接触网由相邻牵引所供电，自然过渡到单边供电，在一定程度上影响行车。因此,框架泄漏保护动作会造成大面积的牵引网停电,且隔离故障恢复送电时间长,是目前影响地铁运营最大的故障。

3. 2 安装概述

一般情况下,整流器是在牵引变电所直流设备中相对比较容易出现故障的设备,其故障大部分都会启动框架泄漏保护动作,造成接触网大面积停电,影响地铁运营。

西安地铁1、2号线牵引变电所1500 V直流母线采用单母线接线,整流器与直流1500 V母线正极之间的开关选用直流快速断路器,因此可通过直流进线断路器将整流器故障隔离。根据这一特点,可以为整流器独立设置一套框架泄漏保护装置。当发生整流器故障时,只需切断直流进线断路器和整流机组交流35 kV进线断路器,就不会造成直流馈线断路器跳闸和接触网的停电,可缩小事故范围,提高供电的可靠性和灵活性。

由于在框架泄漏保护装置中,电压元件测量的是外壳(地)与负极的电压,因此整流器和直流开关柜可以共用一套,并统一设置在负极柜内。框架泄漏保护装置的两套电流元件、一套电压元件都安装在负极柜内。

整流器和负极柜绝缘安装。其框架保护接地铜排经过电流元件单点接地,与牵引变电所接地铜排的连接采用1×150 mm2的接地电缆。

直流开关柜也需绝缘安装。其框架保护接地铜排先用1×150 mm2接地电缆连接到负极柜内的电流元件后,再单点接地,与变电所接地铜排的连接采用1×150 mm2的接地电缆。

在负极柜内的保护接地铜排与负极间设置框架泄漏保护电压元件。

3. 3 故障动作分析

3. 3. 1正线牵引所直流开关柜发生框架泄漏（电流型）故障

直路开关柜发生框架泄漏故障时,电流元件动作,整流机组35 kV交流进线断路器以及本牵引变电所所有直流断路器全部跳闸闭锁,同时联跳并闭锁相邻牵引变电所对应向本区段供电的直流馈线断路器。此时,故障牵引变电所解列,可通过接触网越区隔离开关实现大双边供电,但是需要当地排除故障并复归电流元件,才能恢复故障牵引变电所向接触网供电。

2013年7月7日凌晨03：52，西安地铁二号线小寨牵混所直流开关柜电流型框架保护动作，1号、2号钢轨电位限制装置三段保护动作,造成邻所4个馈线开关跳闸。现场检查中发现202开关柜内绝缘子有闪络痕迹,电调组织大双边供电，下行首班车10203次会展下行发车晚点5分钟。

3. 3. 2正线牵引所直流开关柜发生框架泄漏（电压型）故障

牵引变电所内设置钢轨电位限制装置。当钢轨对地电位超过设定值,钢轨电位限制装置将合闸,将钢轨电位钳制下来。框架泄漏保护电压元件的测量电压与钢轨电位限制装置的测量电压相同。此时电压元件仅作为钢轨电位限制装置的后备保护,其保护的对象是设备,而钢轨电位限制装置保护的对象是人。

当钢轨电位限制装置拒动后,负极与地的电位将继续升高,框架泄漏保护电压元件首先发出报警。当超过一定时限和电压值时,电压元件将发出跳闸信号,将整流机组的35 kV交流进线断路器和本牵引变电所所有直流断路器全部跳闸(但不闭锁)。

4 结语

框架泄漏保护的设置，是地铁直流牵引供电系统一个重点和难点。重点是框架保护的设置对解除因直流框架绝缘给人身和设备带来的威胁是重要而不可缺少的；难点是因为框架泄漏保护动作后影响范围大,停电面积广,恢复时间长,对列车运行造成的影响大。根据国内地铁直流牵引供电系统运行情况,通过对框架保护在西安地铁1、2号线的应用的分析，对于如何及时、准却、迅速的处理框架故障, 优化框架泄漏保护的设置,最大减小致框架泄漏保护动作的影响范围,保证直流系统运行的可靠性和灵活性。

参考文献

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