城市軌道交通直流牽引系統框架保護及絕緣安裝分析

高須賢

摘 要：本文分析地鐵直流框架保護的重要性及原理，簡述地鐵直流框架絕緣安裝的方法。

關鍵詞：城市軌道交通 框架保護 絕緣安裝

中圖分類號：TM866 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2014）08（b）-0049-01

1 直流牽引系統為什么要設置框架保護和絕緣安裝

框架保護是直流供電系統中特有的保護類型，接觸軌為正極，走行軌為負極。電流除了從走行軌返回，還可以從大地返回，這樣的雜散電流很大，所以，直流供電系統設計為不接地系統。但是設備外殼是接地的，如果發生正極接地，正極通過設備外殼對負極間的短路電流突然增大，鋼軌與車身外殼是相連為負極的，旅客上下車將有嚴重的生命危險。框架保護實時檢測對地絕緣的直流供電設備正極與接地的柜體之間的絕緣狀況，在斷路情況下，作用于直流斷路器跳閘。直流牽引系統正或負一極接地沒有什么危害，但是兩級都接地后對直流設備影響很大，可能燒壞直流用電設備或使直流用電設備不能正常工作，因此必須進行絕緣安裝。

2 直流牽引系統框架保護原理

2.1 框架保護分為電壓框架保護和電流框架保護兩種

（1）電壓框架保護采集信號的對象是負極與設備外殼（地）之間的電位差，在車站裝設有軌電位限位裝置（短路器），如果負極對地電壓升高，即走行軌對地的電壓升高，軌電位限位裝置直接將鋼軌接地，以保證人生安全，但是，如果電壓達到整定的值，軌電位限位裝置還沒有將剛軌接地，電壓框架保護動作，所以，電壓型的框架保護相當于軌電位限位裝置的后備保護。

（2）電流框架保護采集信號的對象是設備的外殼對地的泄露電流，包括整流器柜，負極柜和直流開關柜。其主要目的是保護人生的安全。

（3）運行過程中，通過判斷檢測到的故障電流和電壓，實現保護跳閘切除故障。一般來說，牽引變電所的直流開關柜、負極柜與整流器柜絕緣安裝；并采用連接電纜將直流設備的外殼保護接地連接成一個整體，通過負極柜的電流元件與牽引變電所接地網單點相連。

3 直流牽引系統框架保護可靠性提高

在軌道交通運營幾年后，會發生框架保護誤動作的現象。目前框架保護采用低阻框架保護裝置，直流牽引供電系統如果在直流設備內發生正極對殼體的泄露，短路電流會經過殼體、地、軌-地泄露電阻或排流二極管、軌道電位限制裝置流回負極母線，這種泄露故障最初一般的短路電流都不大，但如果不及時清除，事故會逐漸發展擴大，短路電流可能由最初的幾十安培上升到幾萬安培。因此為保護直流設備設置專門保護裝置，以在泄露初期就及時快速將故障清除，同時也帶來了框架保護的高靈敏性，一旦該裝置內受潮或粉塵侵入，本所內整流機組高壓側斷路器及所有直流斷路器跳閘，并聯跳同一供電區的相鄰牽引變電所直流斷路器，并閉鎖本所、相鄰牽引變電所直流斷路器。

4 直流牽引系統設備絕緣安裝

由于地鐵牽引供電采用直流電源，當牽引電源正、負極不采取絕緣措施與大地接觸后，電流流入埋地金屬，再從埋地金屬體流出，進入大地或水中，因為電流流出部位成為陽極，則在電流流出部位發生激烈的腐蝕。鑒于地鐵結構的特殊性，為防止雜散電流對地鐵隧道結構金屬（鋼筋及預埋金屬管線等）進行腐蝕，更是為了防止正極與地產生電位差造成安全隱患，牽引系統的正、負極配電柜均采用對地絕緣安裝。

設備基礎槽鋼找平焊接完成后，對各焊點及基礎支撐進行打磨和防腐處理。焊點及基礎支撐均應先刷一次防銹漆，然后再刷兩遍富鋅漆。對于濕度較大的地下站設備間，槽鋼基礎的焊點及基礎支撐除做以上處理外，還應再刷一層封閉漆。

由于基礎表面漆層平整度誤差較大，應進行二次處理，并利用平整度儀檢測。檢測合格后，用吸塵器清理漆屑及灰塵，并用無水酒精和脫脂棉對基礎進行第一次清洗。拆除絕緣板下底面的保護膜，用濕毛巾對絕緣板進行初步清潔。待絕緣板表面干燥后，用無水酒精和脫脂棉再次對絕緣板進行清洗。

為保證設備安裝后的絕緣要求，安裝絕緣板時其外緣應超出槽鋼基礎輪廓。根據750 V直流配電系統的最小絕緣距離要求（靜態絕緣最小距離為25 mm），在絕緣板底面繪制安裝邊線。

在槽鋼基礎上表面涂刷強力膠，嚴格按絕緣板上繪制的安裝邊線把絕緣板與基礎槽鋼粘合、固定。然后，在絕緣板與基礎槽鋼粘接縫隙處涂刷封閉膠。在柜體安裝完成后，用吸塵器對配電柜內部進行二次清理，施工中遺留的金屬廢料、鐵屑及灰塵應作為重點清理對象。清理完成后，除去絕緣板上表面的保護膜，再用無水酒精對絕緣板進行二次清理。最后，用1000 V絕緣電阻表對柜體進行絕緣測試。最小絕緣阻值不得小于2 MΩ。

目前，新建地鐵工程設備安裝時，地下設備房間非常潮濕，直流設備絕緣安裝后，由于潮濕問題，絕緣值往往達不到驗收標準2 MΩ的要求。在設備帶電前，需要采用許多特別手段，如用抽濕機對變電所進行除濕，用吹風機（熱風）對絕緣板進行吹風干燥等方法進行處理。

另外在地鐵建設及運行中，會產生許多塵土和金屬微顆粒，可能會附著到絕緣板和開關柜的縫隙中，影響直流設備的絕緣。另外絕緣板絕緣性能隨著時間增長也會逐漸老化降低，這些也都是影響絕緣安裝性能降低的原因。

5 結語

框架絕緣的良好狀態是杜絕發生各種短路或者接地故障，是保護人身和設備安全的保證。在施工過程中可以用絕緣搖表對其絕緣安裝進行試驗，如有不合格的找出其原因按上述步驟進行處理，以達到體框架的對地絕緣不得小于2 MΩ（用1000 V兆歐表測）的標準。

在發電驗收時，確因（土建未交工、地下潮濕）環境惡劣條件影響，設備絕緣由安裝初期達標，到放置一段時間后，絕緣電阻暫時不能達到2 MΩ的絕緣安裝，通常采用以絕緣電阻是否達到50 kΩ（750 V）或100 kΩ（1500 V），做為是否投入臨時運行依據，根據實際運行經驗，此數值能保證安全運行。但在現場應采取加大除濕、通風力度，努力改變潮濕狀態、定期進行測試的措施，隨著運行時間延長、潮濕度改善后絕緣電阻會逐漸增加，直到達到驗收標準要求。

參考文獻

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