地鐵直流系統(tǒng)框架保護及其故障應(yīng)急處理分析

汪喜賀

地鐵直流系統(tǒng)框架保護及其故障應(yīng)急處理分析

汪喜賀

（中國鐵建電氣化局集團有限公司北方工程有限公司，山西 太原 030000）

針對城市軌道交通框架保護設(shè)置、應(yīng)急處理、后續(xù)故障的闡述及分析，改善了框架保護動作后故障應(yīng)急處理，提出預(yù)防框架保護動作發(fā)生的一些具體措施，結(jié)合整定原則，分析各設(shè)備之間的動作電壓設(shè)置和動作時間相互配合關(guān)系及其投入運行模式的合理性，為判斷、分析、處理運行中出現(xiàn)的直流疑難故障奠定理論基礎(chǔ)，力求最大限度保證安全供電，并對框架保護的設(shè)計提出合理建議。

直流框架保護；應(yīng)急處理；故障分析；合理建議

直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)計為不接地系統(tǒng)，牽引所內(nèi)的直流設(shè)備和供電接觸網(wǎng)絡(luò)均采用絕緣安裝。分析直流框架保護、故障處理方法、配合關(guān)系，對確保直流牽引供電系統(tǒng)安全可靠運行具有重要作用。

1 框架保護裝置及原理分析

1.1 框架保護裝置

城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中，每個牽引降壓變電所設(shè)有兩個整流機組（整流變、整流器），把電壓等級為33 kV的交流電轉(zhuǎn)換成直流1 500 V電源送到直流開關(guān)柜母排，再由饋線斷路器（211、212、213、214）送給上網(wǎng)隔離開關(guān)，為接觸軌供電，而接觸軌采用雙邊供電方式為相鄰的2個區(qū)間的機車供電。

廣州地鐵六號線首期電流型和電壓型框架保護的整定值分別如下。

過電流保護整定為：>35 A時啟動。

過電壓保護整定為：>直流95 V時報警，≥直流 130 V，延時1 s后啟動跳閘。

框架保護一旦電壓型動作后，本所的直流牽引系統(tǒng)全部跳閘，并閉鎖本所斷路器。而電流型動作后閉鎖本所斷路器，與本所相鄰的牽引所的直流饋線開關(guān)也會跳閘，并閉鎖鄰所開關(guān)的重合閘。因此，本文重點分析電流型框架保護動作原因及故障應(yīng)急處理程序及方法。地鐵直流牽引供電系統(tǒng)特種保護工作原理如圖1所示。如圖1所示，直流框架保護裝置主要在直流設(shè)備正極對設(shè)備外殼發(fā)生短路時起動，對應(yīng)斷路器快速跳閘，切除故障區(qū)域，使供電設(shè)備免遭損壞。直流框架保護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，用于檢測外殼與大地之間的泄漏電流。電壓測量元件用于測量設(shè)備結(jié)構(gòu)外殼與直流設(shè)備負極之間的電壓，一端接于負及小母線，另一端接設(shè)備結(jié)構(gòu)外殼。

圖1 地鐵直流牽引供電系統(tǒng)特種保護工作原理圖

1.2 框架保護原理分析

電流型框架保護：直流系統(tǒng)正常運行狀態(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，所以保護裝置不動作；當設(shè)備絕緣性能降低時，電源正極對外殼放電，產(chǎn)生泄漏電流，當達到整定值 （80 A，以鄭州地鐵1號線為例）時，電流型框架保護裝置動作，本所的直流系統(tǒng)斷路器全部跳閘，并閉鎖本所斷路器、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：當框架柜體與直流柜正極發(fā)生短路故障時，電壓檢測元件在負極與外殼之間檢測到電壓，外殼與地之間的小電阻可忽略不計，因為鋼軌與負極相連，所以所監(jiān)測到的電壓相當于鋼軌與地之間的電壓，當電壓達到90 V時，系統(tǒng)報警，大于150 V時，本所的直流系統(tǒng)斷路器全部跳閘，并閉鎖本所斷路器。

2 框架保護動作分析

電壓型框架保護與鋼軌電位限制裝置動作分析及配合關(guān)系：電壓型框架保護與鋼軌電位限制裝置都是檢測鋼軌對地電位的，不同的是電壓型框架保護的作用是保護直流設(shè)備安全，動作于跳閘，切除直流絕緣泄漏或短路故障；鋼軌電位限制裝置的作用是降低鋼軌對地電壓，保護站車之間工作人員和上下車乘客以及線路巡視人員的人身安全，不動作于跳閘，牽引直流系統(tǒng)回路不受影響，列車正常運行。

鋼軌電位限制裝置采用三段式保護，電壓型框架保護采用兩段式保護，一段作用于報警，二段作用于跳閘。以廣州地鐵六號線為例進行如下說明：①當電位大于90 V時，軌電位裝置延時800 ms動作，將鋼軌與大地短接來降低電位差；大于95 V時電壓型框架保護延時1 500 ms報警，為防止快速瞬變的電壓引起接觸器頻繁動作，讓鋼軌電位限制裝置連續(xù)動作3次，如果電位仍然大于整定值，則接觸器合閘不再斷開。②鋼軌電位大于150 V時，軌電位裝置無延時永久合閘；如果軌電位仍然大于150 V，則電壓型框架保護經(jīng)過1 000 ms延時，保護跳閘，斷開直流系統(tǒng)所有斷路器。 ③鋼軌電位大于600 V時，軌電位裝置內(nèi)部晶閘管快速導(dǎo)通，將鋼軌與地短接，鉗制鋼軌電位，同時將合閘指令發(fā)送至接觸器，接觸器無延時永久合閘。框架電壓保護即刻動作，動作結(jié)果同上所述。

3 電流型框架保護故障處理

3.1 故障處理原則

本著“先通后復(fù)”原則，框架保護動作后，造成接觸網(wǎng)上下行四個供電區(qū)停電，在運營期間必將造成全線列車中斷行車，因此電調(diào)必須盡快恢復(fù)接觸網(wǎng)供電，減少停電時間，恢復(fù)列車運營。

電流型框架保護動作（有時伴隨饋線開關(guān)保護動作）后，可采取如下措施：①復(fù)歸框架保護動作信號，拉開故障所饋線隔離開關(guān)。②電調(diào)遠動分開故障所四個饋線刀閘，合上饋線無保護動作的開關(guān)相對應(yīng)的越區(qū)刀閘2113或2124。③先合上相鄰故障所無其他保護動作的相應(yīng)饋線開關(guān)恢復(fù)供電。最后對有保護的（△、、/）動作的開關(guān)進行試送電。電調(diào)遠動合上相鄰所聯(lián)跳饋線開關(guān)越區(qū)供電后報行調(diào)組織行車。④如果故障變電所為有人值班，電調(diào)命令值班員把饋線開關(guān)211、212、213、214柜內(nèi)的F12小開關(guān)打分位，如果值班員不能確認F12小開關(guān)，可將柜內(nèi)的F10、F11、F12同時打分位，以防故障所再次發(fā)生框架保護動作聯(lián)跳相鄰所，必要時合上故障所軌電位。⑤如果故障所為無人值班，電調(diào)可命令相鄰牽引所的值班員把對應(yīng)饋線開關(guān)柜內(nèi)的F13小開關(guān)打分位，以防故障所再次發(fā)生框架保護動作聯(lián)跳相鄰所，必要時合上相鄰所軌電位。⑥越區(qū)供電成功后組織變電及接觸網(wǎng)人員故障搶修，搶修完畢后恢復(fù)故障所熱備用。

3.2 值班員處理原則

變電所值班員應(yīng)按以下應(yīng)急處理步驟進行處理，服從電調(diào)指揮，在站控PC機或者模擬屏上確認報警信號等有關(guān)記錄，到負極柜確定信號是否同PC機相同，注意觀察保護動作類型，跳閘開關(guān)，將情況及時通報相關(guān)人員。

電流型保護動作后，框架保護主跳所與雙邊供電的鄰所開關(guān)同時跳開，同時也閉鎖本所直流系統(tǒng)開關(guān)，鄰所開關(guān)可以通過主控系統(tǒng)遠程控制合閘。如果由于某種原因不能遠程控制合閘，可以人為解除聯(lián)跳，斷開主跳所饋線柜211、212、213、214，斷開每個饋線柜聯(lián)跳發(fā)送控制電源F12，解除鄰所閉鎖信號恢復(fù)單邊供電。

框架動作本所人員記錄有關(guān)事件信號，再在負極柜上按復(fù)位。可以通過主控系統(tǒng)遠程控制鄰所開關(guān)合閘，恢復(fù)單邊供電。不能遠程控制鄰所開關(guān)合閘時，斷開主跳所饋線柜211、212、213、214，斷開每個饋線柜聯(lián)跳發(fā)送控制電源F12，解除鄰所閉鎖信號恢復(fù)單邊供電。

對于被聯(lián)跳所，可以通過主控系統(tǒng)遠程控制或站控PC機直接進行合閘。如果合閘失敗，可通過打下211、212、213、214小車F13，解除聯(lián)跳信號后，恢復(fù)單邊供電。

4 結(jié)語

綜上所述，針對直流框架保護動作后需現(xiàn)場操作“復(fù)位按鈕”或本所（鄰所）的“聯(lián)跳轉(zhuǎn)換開關(guān)”，可在設(shè)計聯(lián)絡(luò)時增加遙控功能，使復(fù)位操作可由電調(diào)通過綜合自動化系統(tǒng)進行遙控復(fù)位，由電調(diào)進行恢復(fù)供電操作，節(jié)省值班人員現(xiàn)場復(fù)位的時間，待值班人員到達后再對故障原因進行排查。經(jīng)過上述優(yōu)化后，可大大提高框架保護動作的恢復(fù)供電速度，真正實現(xiàn)變電所無人值班。

［1］呂意.直流框架保護與鋼軌電位限制裝置的配合與應(yīng)用［J］.鐵道勘測與設(shè)計，2012（3）：55-58.

［2］劉建華，李艷，劉旭.框架保護與鋼軌電位限制裝置保護的研究［J］.城市軌道交通研究，2015（10）：53-56.

［3］張華英.地鐵直流牽引供電系統(tǒng)保護配合的探討［J］.電氣化鐵道，2001（3）：7-9.

U231.8

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.018

2095－6835（2020）12－0045－02

汪喜賀（1983—），男，吉林長春人，本科學(xué)歷，工程師，研究方向為地鐵供電系統(tǒng)。

〔編輯：王霞〕