浅析城轨交通OVPD存在的问题
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摘要：分析钢轨电位限制装置的工作原理以及它和电压型框架保护的区别，讨论了钢轨电位限制装置在运行中存在的误动作、增大杂散电流、容易被烧损等缺陷，并针对钢轨电位限制装置的缺陷提出了解决问题的设想。
关键词：OVPD；框架保护；杂散电流；烧损；误动作
中图分类号：U226.1
文献标识码：A
文章编号：1009-8631（2012）05-0037-01
城市轨道交通牵引供电系统通常采用DC1500V架空接触网供电，以走行轨为回流通路。为减少杂散电流腐蚀，轨道交通建设过程中采取了较为完善的杂散电流防护措施。即直流牵引供电系统设计为不接地系统，对直流供电设备采用绝缘安装，钢轨通过绝缘垫与大地绝缘等，以减少杂散电流的泄漏。
当供电区段有列车运行或系统发生短路故障时，因钢轨作为牵引回流的通路以及钢轨与地之间过渡电阻的存在。钢轨呈现对地电位。为防止钢轨对地电位过高造成人身伤害，每个车站和车场都设有钢轨电位限制装置（ovpd）。
OVPD的电压检测及接触器主触点均接于钢轨（负极）和地之间，其整定值按人体耐受电压一时间特性曲线进行整定，当检测电压高于整定值时，钢轨电位限制装置动作，将钢轨与地短接，使钢轨与地等电位，从而保护车站旅客人身安全。为同时满足直流牵引供电系统安全可靠运行和保护乘客安全的要求。须合理选择OVPD的设备参数。实际运行中发现OVPD存在一些问题和弊端。
框架保护装置主要用于当直流设备正极对设备外壳发生短路时，起动相应断路器跳闸，快速切除故障，使供电设备免遭损坏。它主要由电流、电压测量元件组成。电流测量元件一端接设备外壳，另一端接地，用于检测设备外壳与地之间流过的故障电流；电压测量元件一端接设备外壳，另一端接于负极（相当于接钢轨），用于测量设备外壳与设备负极之间的电压，当测量到的电压大于整定值时，电压元件在设定的时间内动作，使相应的断路器跳闸，切除故障。
电压型框架保护和OVPD测量的几乎是同一个电压即钢轨与地之间的电压。这一电压的升高，可能是由于直流设备正极对设备外壳短路造成的，也可能是由于钢轨电位升高造成的，但电压型框架保护和OVPD无法区分升高的原因，如果二者无差别的动作，可能造成混乱。因为电压框架保护动作的结果更严重，可能引起联跳扩大事故范围。为保障供电系统安全，可考虑加大对二者电压监测元件整定值的级差，保证OVPD先于电压框架保护动作。如果是钢轨电位升高引起的测量电压升高，OVPD的动作消除了电位差，电压型框架保护不动作。只有在正极对设备外壳发生短路故障，电位差不能消除时才延时启动框架泄漏保护电压单元，执行跳闸操作。
在城市轨道运行初期，因钢轨对地绝缘较好，框架保护电流元件不动作，只有框架保护电压元件能反映直流设备正极与外壳之间的短路故障。地铁经过一段时间的运行之后，钢轨对地绝缘性能下降，过渡电阻减小，发生直流设备正极与外壳之间的短路故障时框架保护电流元件能够可靠动作，并作用于相应的断路器跳闸。但此时钢轨与地之间的电位差值减小，当整定值过高时，框架保护的电压元件不动作，电压框架保护失去了意义，可将其拆除。
2 OVPD为杂散电流提供通路
OVPD经常误动作，把钢轨（相当于牵引所的负极）直接接地，其后果是导致杂散电流通过地下结构钢筋后再通过OVPD流回到负极，无疑增大了杂散电流，无论对于结构钢筋还是走行轨都将导致电腐蚀加重，并且容易使杂散电流泄漏到地铁之外的大地，这是非常有害的。地铁之所以加多层防护，就是为放水和抑制杂散电流的外泄，防止给城市其他金属管道造成电腐蚀。而OVPD每次误动作接地，将这一防护系统破坏无疑。与此同时，OVPD还充当了地下结构钢筋的排流柜，显然这些并不是设置OVPD的初衷。
3 容易出现烧损现象
OVPD是先于框架保护动作的，当直流设备正极与外壳之间短路时，OVPD要承担牵引所的接地短路电流，尤其是在地下车站，这一接地短路电流相当于出口短路电流，足以使OVPD烧毁。为了避免OVPD烧损现象发生，有的做法是在主回路里增加附加电阻，但这并非良策，因为增加附加电阻相当于增加了接地电阻，无形中提高了人体的接触电位，这与保护人身安全背道而驰。
4 OVPD经常误动作
从运营实践中发现，OVPD经常误动作。据对北京地铁5号线一个地下车站运行10个月的统计，OVPD共计误动作1700余次。这并非个别现象，而是普遍现象。究其原因主要是可能引起钢轨对地电位升高的原因非常多，如电磁感应产生的高电位、列车进站电制动时的反电动势、列车运动时因牵引电机的主回路操作产生过电压等等，都会引起钢轨对地电位升高，并且无法在短时间内找到轨道电位升高的具体原因并排除，故而OVPD经常动作，给运营带来不必要的麻烦。OVPD最后只能面临两个选择：一个是增加钢轨电位限制装置的整定值，最终使其达到无用的程度；另一个选择是摘除了事，以绝后患。要解决站台上旅客的安全，只能在站台边缘设置大于1m宽的绝缘垫解决，这样似乎即保证了旅客的安全，又免去了运营的后顾之忧，节省了一次性投资，又对运营有利，可以说是一举多得。但此时还有个问题：拆除OVPD后，在隧道里巡视的人员，就会有接触钢轨触电的危险。
综上所述，设置OVPD的初衷是为了保证人身安全，但实际运行中凸显出来的增大杂散电流、容易烧损、常常误动作等各种问题和弊端不得不让我们考虑OVPD是否有存在的必要。笔者认为为了保证人身安全OVPD有它存在的意义。OVPD的问题和弊端主要是在它动作以后出现的，如果我们在OVPD的控制回路中附加一些动作条件，从而最大限度的减少OVPD误动作的次数，控制OVPD的不良影响，或许是一个有待研究的课题。