地鐵牽引所單所供電調(diào)試中防止電壓型框架保護(hù)動作導(dǎo)致送電失敗的措施

彭兵生

摘要：本文針對地鐵牽引供電所初期調(diào)試時(shí)，在直流饋線不與接觸網(wǎng)線路連接，且直流電源負(fù)極與鋼軌（回流軌）未連接或雙邊供電鋼軌（回流軌）未接通時(shí)，直流母排帶電瞬間電壓型框架保護(hù)動作，致使送電調(diào)試失敗的問題，從直流框架保護(hù)的原理出發(fā)，提出了一種有效的解決方案，該方案已經(jīng)現(xiàn)場多次使用，收到了預(yù)想效果。

關(guān)鍵詞：地鐵供電調(diào)試；框架保護(hù)

引 言

城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)因其工況要求及地理?xiàng)l件的特殊性而采用直流電源供電模式。由于直流電源具有較強(qiáng)的電鍍、電解、電腐蝕特性，所以為保護(hù)地下及地面金屬物免遭破壞，直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為不接地系統(tǒng)。牽引所內(nèi)的直流設(shè)備和供電接觸網(wǎng)路均采用絕緣安裝，鋼軌（回流軌）通過絕緣墊與大地絕緣，以減少雜散電流的泄漏。

為了防止直流帶電設(shè)備對直流柜柜體發(fā)生泄漏或絕緣損壞，基于直流供電系統(tǒng)人身安全和設(shè)備安全考慮，將直流設(shè)備內(nèi)發(fā)生的電源泄露或短路故障迅速切除，所以在直流系統(tǒng)中特別設(shè)置了直流框架保護(hù)，即直流供電系統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)備采用框架安裝方式，利用絕緣底板使框架對地絕緣，通過低阻抗的電流元件單點(diǎn)接地，并設(shè)置電流型框架保護(hù)；采集設(shè)備框架（大地）與電源負(fù)極之間的電壓，設(shè)置電壓型框架保護(hù)；用此兩種不同類型的框架保護(hù)來共同保護(hù)人身安全和設(shè)備安全。

在單所供電初期調(diào)試送電時(shí)，由于沒有帶上接觸網(wǎng)線路供電，且直流電源負(fù)極與鋼軌（回流軌）未連接或雙邊供電鋼軌（回流軌）未接通時(shí)，由于軌地之間等效電阻較大，送電時(shí)柜體（框架）內(nèi)的電源正極對柜體（框架）之間的電容效應(yīng)使柜體（框架）瞬間帶正電，由于柜體（框架）采用一點(diǎn)接地，所以此時(shí)大地亦帶正電，此時(shí)電壓型框架保護(hù)采集到了高于定值的框架電壓，致使電壓型框架保護(hù)動作導(dǎo)致送電失敗，本文通過分析框架保護(hù)的原理，提出一有效的解決辦法。

框架保護(hù)裝置及工作原理分析

直流供電系統(tǒng)中的框架保護(hù)分為電流型框架保護(hù)和電壓型框架保護(hù)兩種，如圖1所示，框架保護(hù)裝置主要用于當(dāng)直流設(shè)備正極對設(shè)備外殼發(fā)生泄露或短路時(shí)，起動相應(yīng)斷路器跳閘，快速切除故障，使供電設(shè)備免遭損壞。它主要由電流測量元件和電壓測量元件構(gòu)成。電流測量元件一端接設(shè)備外殼，另一端接地，用于檢測框架（外殼）與地之間泄露電流；電壓測量元件用于測量設(shè)備外殼與直流電源負(fù)極之間的電壓，一端接設(shè)備框架（外殼）另一端接于電源負(fù)極。

電流型框架保護(hù)：

直流系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，直流設(shè)備外殼絕緣良好，電源正極對外殼無泄漏電流，電流檢測元件檢測不到電流，所以保護(hù)裝置不動作；當(dāng)設(shè)備絕緣性能降低時(shí)，電源正極對框架（外殼）等效絕緣電阻減小，相對絕緣距離縮短，從而引起放電，產(chǎn)生泄漏電流，當(dāng)達(dá)到整定值80A時(shí)（以蘇州地鐵4號線為例），電流型框架保護(hù)裝置動作，本所的直流系統(tǒng)斷路器全部跳閘，并閉鎖本所斷路器合閘、聯(lián)跳與本所相鄰牽引所的所有直流饋出斷路器。

電壓型框架保護(hù)：

當(dāng)框架（外殼）與直流柜正極發(fā)生高阻性穿透故障時(shí)，電流型框架保護(hù)裝置檢測到的電流遠(yuǎn)小于電流型框架保護(hù)定值而不動作，此時(shí)電壓檢測元件在框架（外殼）與負(fù)極之間將檢測到框架對電源負(fù)極的電壓（因?yàn)殇撥壗?jīng)軌地間過度電阻與地相連、鋼軌又與電源負(fù)極相連，所以所監(jiān)測到的電壓相當(dāng)于鋼軌與地之間的電壓）。當(dāng)電壓達(dá)到90V時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，大于150V時(shí)（以蘇州地鐵4號線為例），本所的直流系統(tǒng)所有進(jìn)出線斷路器（包括35kV整流變饋線）斷路器全部跳閘，并閉鎖本所斷路器合閘。

圖2為地鐵1500V直流部分供電主接線圖，在正常運(yùn)行模式下，變電所內(nèi)直流饋線斷路器211、213、212、214，與上網(wǎng)隔開2111、2131、2121、2141對應(yīng)相連并送至接觸網(wǎng)線路；其負(fù)極柜隔開2012、2022下端均已與回流箱、鋼軌（回流軌）相連，即在線路施工完成并校驗(yàn)合格后送電，由于鋼軌對地等效電阻最小，相對于送電時(shí)柜體（框架）內(nèi)的電源正極對柜體（框架）之間的等效電容容抗效應(yīng)阻值可以忽略不計(jì)電壓型框架保護(hù)裝置所采集到的框架對電源負(fù)極電壓遠(yuǎn)小于電壓型框架保護(hù)定值，所以電壓型框架保護(hù)不會動作。

由于地鐵施工條件特殊，施工難度較大，因此，各專業(yè)施工進(jìn)度可能并不一致。在變電所所內(nèi)設(shè)備安裝調(diào)試完成后達(dá)到本所對外送電條件之前，往往地鐵線路上接觸網(wǎng)以及鋼軌（回流軌）并沒有完全施工完成。因此，此時(shí)所內(nèi)直流電源無法送到所外的線路上，尤其是直流電源負(fù)極與鋼軌（回流軌）未連接或雙邊供電鋼軌（回流軌）未接通時(shí)，鋼軌（負(fù)極）對地等效電阻最大，相當(dāng)于直流電源負(fù)極與鋼軌（回流軌）開路，相對于送電時(shí)柜體（框架）內(nèi)的電源正極對柜體（框架）之間的等效電容容抗效應(yīng)阻值不可忽略。電源正極對柜體（框架）之間的等效電容容抗與鋼軌（負(fù)極）對地等效電阻串聯(lián)并分壓1500V直流電源電壓，電壓型框架保護(hù)裝置所采集到的框架對電源負(fù)極電壓遠(yuǎn)大于電壓型框架保護(hù)定值，所以電壓型框架保護(hù)會動作，所內(nèi)相關(guān)設(shè)備跳閘，致使變電所直流部分局部送電失敗。

此時(shí)電壓型框架保護(hù)動作原理如圖3所示，

避免電壓型框架保護(hù)動作的措施

前文有述，電壓型框架保護(hù)主要側(cè)重于保護(hù)框架（大地）與鋼軌（回流軌）之間的電壓不意外升高，從而保護(hù)站車之間的人身安全和設(shè)備安全。在不帶線路送電，且直流電源負(fù)極與鋼軌（回流軌）未連接或雙邊供電鋼軌（回流軌）未接通時(shí)，由于軌地之間等效電阻較大，送電時(shí)柜體（框架）內(nèi)的電源正極對柜體（框架）之間的電容效應(yīng)使柜體（框架）瞬間帶正電，使框架電壓抬升這一問題是一定存在的。在電壓型框架保護(hù)無法且不能直接退出的情況下，直接對所內(nèi)直流設(shè)備送電必定會因電壓型框架保護(hù)動作而失敗。若要送電成功，需要設(shè)法使框架與負(fù)極之間的電壓差降低。

依據(jù)上述理論分析，筆者先后在蘇州地鐵4號線、3號線調(diào)試送電中，在負(fù)極柜內(nèi)，利用一根較細(xì)的短接線將直流負(fù)極母排與地網(wǎng)臨時(shí)短接（相當(dāng)于框架與負(fù)極短路），如圖4中所示。加接此短接線后，在送電之時(shí)可以有效的拉低框架與負(fù)極之間的壓差，電壓型框架保護(hù)不動作，送電可以一次成功。

需要說明的是，之所以強(qiáng)調(diào)用細(xì)線短接，這主要是為了使等效框架與負(fù)極（鋼軌）等電位，同時(shí)該細(xì)短線還兼顧保險(xiǎn)絲功效，一旦大電流（如母排對框架有嚴(yán)重放電、漏電）且電流值又小于電流型框架保護(hù)動作定值時(shí)，細(xì)的短線可及時(shí)熔斷，保障電壓型框架保護(hù)及時(shí)動作，從而保障人生安全和設(shè)備安全。

在接觸網(wǎng)及鋼軌（回流軌）完全安裝調(diào)試完工之后，即正式向接觸網(wǎng)路送電前應(yīng)當(dāng)將此短接細(xì)線去除，屆時(shí)是完整的供電主回路，電壓型框架保護(hù)應(yīng)恢復(fù)正常狀態(tài)，保護(hù)線路站車之間人身及設(shè)備安全。

參考文獻(xiàn)

[1]胡佳駿.直流牽引供電系統(tǒng)框架絕緣檢測方案研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品；2018.（6（下））：65-68.

[2]牛二兵.直流框架保護(hù)故障恢復(fù)方式優(yōu)化[J].電氣化鐵道；2018.（3）：48-50.

（作者單位：中國鐵建電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司）