關于提升框架絕緣和框架保護可靠性的思考

周小紅 四川管理職業學院

成都地鐵供電系統已安全運營8年多，供變電專業就如何提升設備質量、運行管理、隊伍建設等專業核心問題不斷探索和積累經驗。

在運營中，直流牽引系統中的框架絕緣在一次安裝質量、二次設計等方面也暴露出不少問題，也因框架絕緣不佳或二次元件缺陷，發生過電流型框架保護誤動作的事件。框架保護動作后，中斷行車最短時間也在5-10分鐘，這對地鐵的正常運營影響極大。因此框架保護必須滿足可靠性的要求，針對既有線框架保護誤動情況，減少保護動作對電力設備的可靠運行及列車運行安全具有重要意義。

一、框架保護的原理及動作后對運營的影響

（一）框架保護的原理。框架保護有電流型和電壓型兩種。在成都地鐵有線中，電流保護元件采用的是低阻抗繼電器，其作用是可檢測直流設備由外殼至接地網的故障泄漏電流，電壓元件采用的是RM4施耐德控制繼電器，RM4控制繼電器一端接整流機組外殼，另一端接整流器負極來測量電壓值是否大于定值，如果檢測到電壓高于150V時經過1500ms的延時后發了報警信號，當檢測到電壓超過200V并延時500ms后直流開關發出分閘脈沖命令，本站內所有直流開關跳閘并聯跳本所相同區間的直流開關設備。

（二）框架保護動作后對運營的影響。電流型框架保護測到泄露電流達到80A整定值以后，電流型框架保護動作，對本所的6個直流斷路器開關柜和2個35kV整流變壓器進線柜以及相鄰2個供電分區的雙邊供電左右線直流開關，共12個開關柜迅速跳閘，并且在既有線中，必須由人工就地復歸電流繼電器才可將本所整流變、直流斷路器投入，恢復正常供電。電壓型框架保護動作后，為了保護直流牽引系統本所的所有直流開關全部跳閘，并閉鎖本所相應的斷路器。

綜上所述，框架保護動作時，會影響該供電區內接觸網斷電，影響行車。因此，框架保護是重要不可缺少的保護裝置，如果框架保護動作恢復供電時間比較長，所以應考慮軌電位等諸多因素引起的誤動作使框架保護動作。

二、框架保護可靠性不高的分析

根據成都地鐵既有線運行過程中框架保護原理以及框架保護動作故障處理經驗，可得出造成框架保護可靠性不高的原因主要有以下幾點：

（一）框架電流方向的判斷問題。由于在成都地鐵1/2號線中，設計之初未充分考慮現場的運行工況，電流型框架保護元器件不能分辨反方向（地到框架在到地）電流。當發生接觸網對地短路故障時，特別是在近端，產生過大的地中電流，框架絕緣下降或多點直接接地后，造成電流型框架保護誤動作是因為過大的地中電流形成框架反向電流通路。

（二）電流型框架保護問題是選擇性方面。在本所直流牽引系統中整流器、負極柜、直流開關柜、上網隔離開關柜只共同設置了兩套電流型框架保護裝置。如果其中一臺裝置正極對外殼放電時，達到定值（80A），這時電流型框架保護就會動作，迅速跳本所的35kV整流柜和相應的直流進出線斷路器，還會聯跳相鄰區段供電分區的直流斷路器。因保護動作選擇性不強，影響范圍過大并且會造成行車中斷。

（三）框架電流繼電器抗震動干擾的問題 。在運營期間，由于列車運行造成震動可能造成框架電流繼電器接點瞬移，導致框架電流繼電器誤動作，對運營造成較大影響。

（四）框架電流元件無預警功能的問題。框架電流監測及出口采用的為框架電流繼電器，保護出口為硬接點方式，無法對泄漏電流進行實時監控并反應，由于設置的框架電流告警值為80A，當系統有80A以下的較大泄漏電流時無法進行實時反應監控，對80A以下的較大框架電流無法進行處理及預防，運行管理存在盲區。

三、提升框架保護可靠性的整改及建議

結合上述所述，提出以下建議：

（一）提升框架電流型框架保護的準確性。電流框架保護設備是采用框架回路串入小電阻分流器，在經變送電器轉換后傳送給可PLC控制器，經PLC精確計算后，發出告警或動作指令，避免現有電流繼電器震動或反向電流造成的誤動作，并可實時監控直流牽引系統的泄漏電流，同時分別在直流開關柜和上網隔離開關柜設置泄漏檢測元件，用于定位故障范圍，提高故障處理效率。

（二）提升框架電流保護的選擇性。在成都1、2號線框架保護設置情況及現有條件下，可增加一套電流元件用于兩臺整流器和負極柜的監測保護，直流開關柜和上網隔離開關柜由現有電流元件監測保護，電壓型框架保護配置及范圍不變。目前，香港地鐵機場快線、荃灣線、深圳地鐵1號線延伸線均設置兩套電流框架保護，運行效果良好。

四、總結與展望

直流牽引供電系統運行的穩定性取決于框架絕緣和框架保護，在目前成都地鐵直流牽引供電系統中，框架絕緣和框架保護主要存在故障影響范圍大，不具備電流方向判定功能等具體問題，針對既有線所存在的問題，提出了以下改造方案：

1.在牽混所直流牽引設備安裝完畢后，品保護環節必須得加強，嚴格卡控施工的工藝對框架絕緣的影響。

2.增加現有直流開關柜、整流器柜、負極柜及上網隔開柜的絕緣板厚度，提高設備絕緣性能，并且嚴格把控設備使用的固定螺栓，均應使用絕緣螺栓，提升整體絕緣水平。

3.利用絕緣玻璃膠對直流設備固定螺栓進行封堵，防止粉塵對設備框架絕緣的影響。

4.對整流器柜及負極柜框架電流的監測可以再增加一套電流型框架保護元件以減少故障影響范圍，提高故障定位準確性，并針對直流開關柜的電流型框架保護元件設置延時。

5.電流型框架保護元件由原有電流繼電器改為小電阻分流器，增加對泄露電流方向的判定，避免反向雜散電流造成框架保護誤動作情況；

通過以上改進方案，可有效提高框架絕緣性能及框架保護的可靠性，對整個直流牽引供電系統運行提供可靠保障。