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1、框架保护介绍一、直流系统为什么要设置框架保护为保证牵引供电系统安全运行和接触网的安全供电，有效切除供电系统的各种故障，供 电系统都成功采用2 次继电保护系统，快速有效的切断各类故障点，防止扩大停电范围，同 时最大限度的改变供电运行方式，例如退出故障牵引所，解除联跳信号，利用牵引大双边供 电，可以及时恢复接触网供电，以保证地铁的正常运行不受影响。而直流框架保护的设置是 由于直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏闪络时，原有的直流保护起不到应 有的作用，而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
2、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。而直流系统的短路电流 非常大，正、负极短路时的短路电流可达几万安培，对直流设备将造成严重危害。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。二、直流框架保护动作原理直流框架保护以动作类型分为电流型、电压型两种。2.1 电流型框架保护、电压型框架保护原理：电流型框架保护主要检测设备外壳对地的电流; 电压型框架保护检测的是设备外壳对直流设 备负极之间的电压，设备外壳通过小电阻接地2.2 电流型框架保护、电压
3、型框架保护动作特性(1) 直流系统正常运行情况下，设备绝缘良好，电流型框架保护电流回路电流为零，装置动 作。(2) 当直流设备绝缘发生变化，设备对柜体外壳放电或短路时，电流回路电流达到整定值， 电流型框架保护动作，向交直流开关发出跳闸命令，本所所有直流柜和2个35KV整流变柜 同时跳闸，并联跳相邻2个牵引变电所各2个向本区段双边供电上下行开关。(3) 由于在城市轨道交通的牵引供电直流系统中，直流设备和钢轨都是采用绝缘法安装，其 作用是减少杂散电流的泄漏途径，减少杂散电流对钢轨、钢筋等金属体的电化学腐蚀，钢轨 对地的绝缘电阻是随着绝缘材料的性能变化的，所以电流型框架保护的电流回路的电阻是不 确定
4、的，当电阻很大时，可能会造成电流回路检测值达不到整定值的要求，从而设备发生绝 缘下降而电流型框架保护没动作的情况，所以电压型框架保护就是为了弥补这个缺陷，当电 压型框架保护装置检测到设备外壳对负极电压超过整定值时，大于90发出报警信号，大于 150V时向交直流开关发出跳闸命令，联跳本所和相邻2个牵引变电所的开关柜。 框架保护适用于直流设备的正极对机柜外壳(与大地相连)或接触网对架空地 线短路时的情况。如图所示，在正常无短路状态下，钢轨(负极)与地的绝缘良好，几乎没有漏电流通过F20 点，当故障1发生时，即直流设备的正极对机柜外壳短路时，故障电流If1由正极通过F20 点，经泄漏电阻R1回流至负
5、极，框架保护检测位于F20点的机柜外壳对地的漏电流If1，超 过整定值则迅速动作。通常，在地和负极之间还安装一个排流柜，当排流柜投入运行时，其 等效电阻值远小于R 1，If1大大增加，这样，即使钢轨(负极)与地的绝缘非常良好，泄漏 电阻R 1非常大，由于排流柜提供了漏电流If1的通道，大大提高了框架保护动作的灵敏性。（整流柜、负极柜）（正极柜r馈线柜）鑑蠶缆DO 500H+母排DC1 500心母排正极闸刀框架连接线F21lt/l T负极闸刀（车站短路器柜）I1DC 1 500 #+母排F：罕直流开关 丫 :A触网闸刀流正.U图1:牵引供电系统框架保护当故障4发生时，即接触网与架空地线发生短路时
6、，出故障i此时框架保护故障乞发生时电位差迅速变得很大,框较小，检测F20点漏电流常无短路状态下,外壳和负极之间电位差很小测外壳和点较远，故漏电鉅煜 间的电位差。在毎保护可以迅速动作。而对于正极对机柜外壳短路的情况，若未投入排流柜，钢轨（负极） 与地的绝缘亦很好，漏电流可能不足以启动框架保护，但电压检测元件则可使之迅速动作。 通常，电流检测元件作为框架保护的主保护，电压检测元件作为后备保护。框架保护动作的结果是：迅速跳开本站内所有的直流开关、交流侧进线开关及邻所向本区段供电的直流开关，并需由人工复归后方可重新合上开关；*777W/必和I达站图二：杂散电流排流原理图可选参数整定地电位苏艮制装置与电
7、压型框架保护动作分析：框架保护与钢轨电位限制装置两者都是检测钢轨电位对地电压，不同的是电压型控制指令三、钢轨电位限制装置3.1 钢轨电位限制装置保护原理：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。3.2钢轨电位限制装置动作特性: 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网发生短路故障时，由于钢轨对地泄漏电 阻的存在，钢轨电位快速升高，为了保护在钢轨上行走的人身安全，当钢轨电位达到一定值 时，钢轨电位限制装置迅速动作，将钢轨与接地网短接，从而降低了钢轨电位，保护了在钢 轨上行走的人的人身安全。目前南京
8、地铁钢轨电位限制装置运用的是当今最新技术，是由晶 闸管和接触器等元件组成，(1) 当钢轨电位大于90V时钢轨电位限制装置延时800ms动作，使钢轨与地相连，降低钢轨 电位，并连续动作 3 次后钢轨电位仍然高于整定值，合闸后不再断开；当钢轨电位大于150V时钢轨电位限制装置无延时永久合闸；当钢轨电位大于600V时钢轨电位限制装置晶闸管在100ms之内导通，钳制钢轨对地电 位，向接触器发出合闸命令。运行轨疋 3.3钢轨电压 框架保护的作用是保护直流设备安全，动作于跳闸，切除直流绝缘泄漏或短路故障；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，不动作跳闸，牵 引直流系统不
9、受影响，列车正常运行。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，应有钢轨电位限制装置首先动作，使钢轨与地连通，保 证线路上人身安全，当钢轨电位限制装置拒动时，电压型框架保护动作于跳闸，具体参数如 下：当钢轨电位大于95V时电压型框架保护延时1500ms发出报警信号；当钢轨电位大于 150V时电压型框架保护将延时900ms发出跳闸信号。针对广州地铁1号线和深圳地铁4号 线发生的框架保护动作情况分析，当时均没有发生短路故障，而是由于车辆运行和其他原因 导致钢轨电位的升高，应该由钢轨电位限制装置动作，但由于钢轨电位限制装置与电压型框 架保护装置匹配存在问题，从
10、而导致电压型框架保护装置动作。四、发生直流框架保护动作后的应急处理及操作程序一旦发生直流框架保护动作，就会向交直流开关发出跳闸命令，本所所有直流柜和 2 个35KV整流变柜同时跳闸，并联跳相邻2个牵引变电所各2个向本区段双边供电上下行开 关。故障发生后，高压供电巡检和值班人员应沉着冷静，正确判断故障类型和停电影响范围， 电调也可以通过 OCC 控制中心 SCADA 工作台确认故障所保护跳闸和报警的类型，并及时 通知值班主任和行调，这里主要就高压供电巡检值班人员应急处理程序作以下介绍：（1）框架保护动作之后，值班人员应迅速尝试将故障信号复位。（2）如果复位成功，迅速通知电调，电调可以直接合上所有
11、跳闸开关。（3）如果复位不成功，供电值班人员应迅速将故障所直流开关柜侧面板处将联跳开关打到 关闭位置，解除与相邻牵引所的联跳装置，联跳装置解除后，通知电调故障牵引所的相邻2 个牵引所的跳闸开关，此时故障牵引所的相邻2个牵引所之间已经单边供电（故障牵引所退 出运行），电调确认以上动作后，应尽快进行大双边越区开关操作，由单边供电转换为大双 边供电运行方式。五、总结目前由于钢轨电位的升高与多种因素有关，钢轨电位的升高除了与供电回流系统，负回 流是否畅通有关外，还和客运车辆运行工况、轨道绝缘泄漏电阻、杂散电流防护等很多因素 有关，一旦钢轨电位升高到整定值，钢轨电位限制装置应该首先动作，只要调整好钢轨电位 限制装置和电压型框架保护时间配合关系，就可以有效避免电压型框架保护误动作情况的发 生，一方面可以有效减少由于框架保护误动作造成的大面积接触网停电，影响行车。另一方 面可以有效保护直流设备安全和线路上人的生命安全。一旦发生框架保护动作，供电人员应 立即按照事故抢修预案，按照应急处理程序及时恢复接触网供电，确保地铁正常运行。
