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1、地铁直流牵引供电系统框架泄漏保护与轨道电位限制装置【摘要】介绍德黑兰地铁直流牵引供电系统框架泄漏保护的设置方案。通过对牵引变电所设置一套框架泄漏保护装置及轨道电位限制装置，来保证乘客，工作人员及设备的安全。以满足直流牵引供电系统运行的安全性要求。 /1/view-12281750.htm【关键词】地铁；直流牵引供电；框架泄漏保护；轨道电位限制德黑兰地铁牵引供电系统采用交流63/20 kV两级电压，中压环网供电，直流采用750 V制式、接触轨供电方式。其优点是相比1500 V电压，可以节约15%的隧道断面，采用接触轨供电方式，较1500 V架空式运营维护量少。在地铁运营期间，为了保证乘客、工作人
2、员的人身安全及牵引变电所设备安全，通过设置框架保护和轨道电位限制装置，来实现地铁的安全运行。一、框架泄漏保护设置原因导体的直流电阻相比交流阻抗小的多，750 V直流系统若发生金属性短路，严重时短路电流瞬间可达到几万安培，对直流设备将造成严重危害，甚至发生火灾、爆炸等严重后果。采取绝缘安装方式可以极大地减少直流系统对金属外壳的短路电流，但金属外壳的绝缘安装，对工作人员的人身安全将造成极大威胁。并且绝缘安装不仅要保证直流设备外壳的对地绝缘，直流设备周围地面、设备操作把手等必须绝缘安装，引入直流设备内交流电源也必须采用隔离变压器与系统隔离。因此绝缘安装的建设费和维护费都很高。因此，德黑兰地铁采用低阻
3、抗绝缘安装法。这种方式与绝缘安装相比，建设成本有所降低。二、框架泄漏保护原理低阻抗框架泄漏保护是专为直流设备配备的正极与外壳发生故障的一种保护措施，其保护原理是当正极对外壳发生绝缘损坏时，快速切除故障，保证系统的安全运行。框架泄漏保护装置功能的实现，由直流电流继电器执行。牵引变电所的直流开关柜组列布置，负极柜与整流器柜组列布置，分别绝缘安装，两组直流设备的外壳保护接地母排，用电缆连接成一个整体，电流继电器一端接于绝缘安装的设备外壳接地母排，另一端与变电所接地网单点相连，用于检测直流设备外壳对接地网的绝缘泄漏电流。 直流系统在正常运行时，电流检测回路没有电流通过。当牵引变电所任意直流设备内正极对
4、外壳放电时，接地电流通过电流元件流入接地网，再通过钢轨与地之间的绝缘泄漏电阻回到负极。当泄漏电流超过整定值时，框架泄漏保护的电流继电器动作，迅速切除故障。电流继电器动作以后，常开点闭合，信号输入至直流柜（赛雪龙）控制测量保护模块（SEPCOS），通过SEPCOS发出跳闸命令，变压整流机组的交流进线断路器及本牵引变电所的所有直流馈线断路器跳闸，并联跳相邻牵引变电所向相同区段供电的直流馈线断路器。故障排除以后，必须人工复位框架泄漏保护，所有交流和直流断路器才能重新投入，恢复系统供电。框架保护范围及可靠性：主要保护范围为采取对地绝缘安装，一点接地的直流设备。包括整流器、直流柜和负极柜。德黑兰地铁自2
5、000年二号线开通至今，在初期发生过两次框架保护动作，故障位置均在整流器。事故原因是整流二极管反向电阻降低，导致交、直流侧发生短路，进而引起电弧对外壳放电。后期设备，二极管质量可靠，基本没有事故发生。同时，故障发生后，通过电流继电器发出跳闸闭点信号，联跳20KV变压器馈出柜、直流馈出柜和直流进线隔离柜及临近变电所向本区段供电的直流开关，可以迅速、可靠的消除故障。轨道电位限制装置的设置：由于DC 750 V 牵引供电系统采用“浮空”供电方式。即直流750 V 正极与接触轨相连，负极与走行轨轨相连，轨道钢轨采用绝缘安装方式以减少杂散电流向大地泄漏。有时钢轨对地电位较高，甚至超过安全电压。又由于列车
6、车体与走行轨可靠接触，当列车停靠车站站台时，列车与站台之间的电位差将会很大，如果超过允许范围，将危及乘客的人身安全。为此，在每座车站及车辆段的走行轨与大地之间安装两套钢轨电位限制装置。一旦走行轨与大地之间的电压超过安全值时，走行轨与大地之间自动短路，使危险电压消失，以保证乘客的安全。按照我国国家标准GB10411-89规定，在最大负载时，钢轨上任意一点对第电位差应不大于60V。德黑兰地铁由中方设计，因此钢轨电位限制装置的电压动作保护设定值为60V。钢轨电位限制装置一旦测出走行轨对地电位超出设定值，就立即动作，将钢轨和大地短接。一般其作用电压和动作时间，满足如下关系：人体耐受电压-时间特性曲线动
7、作时间/s 0.02 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5作用电压/v 940 770 660 535 480 435 395降低轨道电位的主要措施：地铁直流供电系统的走形轨，本身具有电阻，且走行轨对地做不到完全绝缘。走行轨本身如果电阻为零，在正常运行状态下，系统电压将作用于直流电动机两侧，走形回流轨将没有压降产生。因此回流轨电阻值越小，将直接降低走行回流轨压降，也减少钢轨电位限制装置动作的次数和时间，有利于延长设备的使用寿命。德黑兰地铁在设计与施工过程中。采取以下措施，一是起回流作用的走形轨选用重型轨（60kg/m），并焊接成长轨；二是钢轨接头焊接采用铝热焊，强调施工工艺和质量，
8、焊接电阻应小于5m长的回流钢轨的电阻值，以减少回流钢轨电阻；三是道岔区采用短钢轨时，则应用鱼尾板连接，并在两端跨界120mm2以上绝缘铜芯电缆。以上措施，可以有效降低轨道电阻。轨道电位限制装置保护范围：地铁正常运行下，由于行车密度增加，造成运行电流过大而引起的轨道过电压，均可以可靠动作，降低轨道电压。异常状态下，如接触轨与钢轨发生短路、直流设备发生框架泄漏故障、或者牵引变电所整流变压器二次侧交流系统发生单相接地短路时，当大电流短路故障发生，造成轨道对地电位上升，轨道保护装置因受自身接触器负荷限制及连接电缆直径小限制，接触器或电缆因电流过大而损坏。结语：框架泄漏保护的设置，主要功能是保护直流设备
9、对地放电故障，保护重点是设备。轨道电位限制装置，主要功能是限制轨道电压过高，保护重点是人员。两者如何配合，如何与大电流脱扣保护、电流变化值I保护及电流变化率di/dt等保护功能配合与整定，一直是地铁直流牵引供电系统的一个重点。根据地铁直流牵引供电系统运行情况，如何对框架泄漏保护进行优化设置，降低工程造价，保证直流系统运行的可靠性和灵活性，是技术专业人员的工作重点。参考文献1李建明.城市轨道交通供电M.四川：西南交通大学出版社出版社，2004.2朱德敏，王纯伟，赵明.框架泄漏保护装置的应用与分析J.电气化铁道， 2004（3）： 34.3丘玉蓉，田胜利.地铁直流1 500 V开关柜框架泄漏保护探讨J.电力系统自动化， 2001， 25（14）： 64.4何宗华.城市轨道交通工程设计指南M.北京：中国建筑工业出版社， 1993.
