姜 睿

甘肅省旅游投資集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730060

0 引言

框架泄漏保護(hù)是地鐵直流牽引供電系統(tǒng)中的重要保護(hù)裝置，是檢修人員作業(yè)的安全防線[1]。文章從框架保護(hù)的原理、設(shè)置等方面進(jìn)行闡述，分析了鋼軌電位限制裝置（OVPD）投入時(shí)框架泄漏保護(hù)存在的問題。

1 框架泄漏保護(hù)的原理

框架泄漏保護(hù)又被稱為直流接地保護(hù)。在整個(gè)牽引供電系統(tǒng)中，直流設(shè)備整體對(duì)地采用絕緣安裝，經(jīng)保護(hù)接地裝置將所有直流供電設(shè)備外殼連接在一起，通過負(fù)極柜經(jīng)一點(diǎn)與接地網(wǎng)連接[2]。在直流開關(guān)柜內(nèi)，正極、負(fù)極母排采用懸浮安裝方式，若故障狀態(tài)下正極母排對(duì)設(shè)備外殼放電或造成短接時(shí)，其接地產(chǎn)生的短路電流由于受接地電阻的制約，不足以使開關(guān)本體大電流脫扣、Imax等保護(hù)動(dòng)作。此時(shí)，直流設(shè)備外殼與正極母排保持相同電位，當(dāng)人體觸碰到直流設(shè)備外殼時(shí)會(huì)有電流經(jīng)過人體形成通路，危及其生命安全，因此設(shè)置了框架泄漏保護(hù)[3]。

框架泄漏保護(hù)可以分為電壓型和電流型兩種保護(hù)。電流型框架保護(hù)是在負(fù)極柜保護(hù)接地與接地網(wǎng)之間安裝電流元件，當(dāng)正極母排發(fā)生對(duì)外殼放電或短接故障時(shí)，負(fù)極柜內(nèi)電流測(cè)量元件會(huì)檢測(cè)到有大電流流過，超過保護(hù)裝置整定值時(shí)，分別向交、直流斷路器發(fā)出跳閘指令，同時(shí)聯(lián)跳相鄰牽引變電所向本區(qū)段并聯(lián)供電的直流斷路器。電壓型框架保護(hù)是在負(fù)極母排與保護(hù)接地之間安裝電壓測(cè)量元件，測(cè)量負(fù)極與接地網(wǎng)之間的電壓值。由于負(fù)極母排是通過鋼軌回流，即等效為檢測(cè)鋼軌對(duì)地之間的電壓值，當(dāng)電壓值超過整定值時(shí)，電壓型框架保護(hù)分別向交、直流斷路器發(fā)出跳閘指令，同時(shí)聯(lián)跳相鄰牽引變電所向本區(qū)段并聯(lián)供電的直流斷路器。

當(dāng)電流型框架保護(hù)裝置故障時(shí)，會(huì)造成電流元件檢測(cè)的電流值達(dá)不到整定值的要求，使保護(hù)裝置無法啟動(dòng)。此時(shí)，電壓元件檢測(cè)到的電壓值超過整定值，分別向交、直流斷路器發(fā)出跳閘指令，同時(shí)聯(lián)跳相鄰牽引變電所向本區(qū)段并聯(lián)供電的斷路器。因此，在排流柜、鋼軌電位限制裝置（OVPD）都不投入的情況下，電壓型框架保護(hù)可以作為電流型框架保護(hù)的后備保護(hù)。

2 OVPD投入時(shí)的框架泄漏保護(hù)

當(dāng)OVPD投入使用時(shí)發(fā)生框架泄漏故障，電流型框架保護(hù)啟動(dòng)存在兩種情況。（1）鋼軌對(duì)地絕緣水平低，泄漏電阻較低時(shí)，泄漏電流通過“正極—外殼—接地網(wǎng)—鋼軌—負(fù)極”形成電流通路，電流元件啟動(dòng)，保護(hù)動(dòng)作跳閘。（2）鋼軌對(duì)地絕緣良好，鋼軌對(duì)地的泄漏電阻大，泄漏電流較小時(shí)，電流元件無法啟動(dòng)，此時(shí)，鋼軌對(duì)地電位升高，軌電位限制裝置合閘，則泄漏電流通過“正極—外殼—接地網(wǎng)—OVPD—鋼軌—負(fù)極”形成電流通路，電流元件啟動(dòng)，保護(hù)動(dòng)作跳閘。框架泄漏保護(hù)接線圖如圖1所示。

圖1 框架泄漏保護(hù)接線圖

電壓型框架保護(hù)與OVPD檢測(cè)電壓值的位置相同，只是整定值不同。鋼軌對(duì)地電壓上升時(shí)，達(dá)到OVPD電壓整定值，軌電位限制裝置動(dòng)作，接通大地與鋼軌。若OVPD拒動(dòng)后，電壓型框架保護(hù)會(huì)動(dòng)作，跳閘并切除故障。

3 框架泄漏保護(hù)存在的問題

（1）接觸網(wǎng)對(duì)架空地線短路時(shí)，假設(shè)短路故障發(fā)生在靠近A牽混所處，211開關(guān)電流元件檢測(cè)到大電流，同時(shí)鋼軌對(duì)地電位上升，框架電壓檢測(cè)元件會(huì)檢測(cè)到較高電壓值，如圖2所示。

圖2 接觸網(wǎng)對(duì)架空地線短路示意圖

正常情況下，211開關(guān)大電流脫扣保護(hù)或Imax保護(hù)動(dòng)作，跳開211開關(guān)，同時(shí)向B牽混所的213開關(guān)發(fā)送聯(lián)跳信號(hào)，跳開213開關(guān)，接觸網(wǎng)失電，切除故障。

當(dāng)A牽混所211開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，A牽混所電壓元件會(huì)檢測(cè)到較高電壓值，軌電位限制裝置動(dòng)作接通大地和鋼軌，相當(dāng)于負(fù)極對(duì)地電位相等，電壓元件檢測(cè)不到電壓值，電壓型框架保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。B牽混所213開關(guān)在檢測(cè)到故障電流后Imax或δI保護(hù)動(dòng)作，跳開213開關(guān)，并向A牽混所211開關(guān)發(fā)送聯(lián)跳信號(hào)，由于A牽混所211開關(guān)拒動(dòng)，導(dǎo)致開關(guān)無法跳閘。此時(shí)，故障電流仍然存在，A牽混所201、202開關(guān)在檢測(cè)到故障電流達(dá)到整定值時(shí)，會(huì)跳開201、202開關(guān)，同時(shí)正極母排上所有饋線開關(guān)會(huì)反向向正極母排供電，由正極母排向故障點(diǎn)流出短路電流，在饋線開關(guān)達(dá)到其整定值全部跳開后，才能夠全部切除故障電流，將故障區(qū)段隔離。

這種情況下故障可以被切除，但是由于來電方向過多，當(dāng)故障切除后，經(jīng)過時(shí)間過長(zhǎng)，可能造成直流供電損壞、燒毀。若框架電壓保護(hù)此時(shí)能夠動(dòng)作，那么可以最快時(shí)間切除故障，防止設(shè)備損壞、燒毀。

（2）發(fā)生框架泄漏時(shí)，正常情況鋼軌對(duì)地電位升高，軌電位限制裝置動(dòng)作，將大地與鋼軌接通，為故障電流提供良好的回流通路，框架保護(hù)電流元件檢測(cè)到大電流，當(dāng)超過整定值時(shí)，框架型電流保護(hù)動(dòng)作，切除故障。

當(dāng)框架保護(hù)電流元件故障無法檢測(cè)到故障電流時(shí)，OVPD動(dòng)作，將大地與鋼軌接通，相當(dāng)于負(fù)極對(duì)地電位相等，框架保護(hù)電壓元件無法檢測(cè)到電壓值，只有有故障電流流過的開關(guān)本體保護(hù)來跳開開關(guān)，切除故障。

這種情況下，電壓型框架保護(hù)本來應(yīng)該作為后備保護(hù)來切除故障，但由于鋼軌軌電位限制裝置優(yōu)先動(dòng)作，導(dǎo)致電壓型框架保護(hù)無法動(dòng)作。依靠開關(guān)本體保護(hù)來切除故障，時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的損壞、燒毀。

（3）直流設(shè)備、接觸網(wǎng)、電纜等設(shè)備在直流系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的短路故障，電壓型框架保護(hù)都會(huì)檢測(cè)到升高的電壓值，當(dāng)達(dá)到整定值時(shí)，保護(hù)即會(huì)跳閘，切除故障。因此，電壓型框架保護(hù)缺乏選擇性，如果單從這一個(gè)保護(hù)而言，會(huì)造成誤動(dòng)作、擴(kuò)大停電范圍等問題。

（4）部分地鐵運(yùn)營(yíng)公司在直流系統(tǒng)中會(huì)投入排流柜，以降低雜散電流的危害。排流柜投入后會(huì)為框架泄漏故障的故障電流提供一個(gè)回流通路，那么在發(fā)生框架泄漏故障時(shí)，框架保護(hù)電壓元件無法檢測(cè)到電壓值，從而使電壓型框架保護(hù)失去作用。

（5）運(yùn)營(yíng)時(shí)間較久的地鐵公司，由于鋼軌對(duì)地絕緣性能降低，鋼軌與地之間的電位差值較小，當(dāng)電位差低于框架電壓的整定值時(shí)，框架電壓保護(hù)無法啟動(dòng)，電壓型框架保護(hù)因此失去保護(hù)作用。

4 結(jié)論

（1）在OVPD投入時(shí)的框架泄漏保護(hù)，由于OVPD整定值低于框架電壓的整定值，當(dāng)OVPD動(dòng)作合閘之后，將會(huì)造成框架電壓保護(hù)失去作用，后備保護(hù)存在的意義將不復(fù)存在。

（2）在OVPD投入時(shí)的框架泄漏保護(hù)，電流型框架保護(hù)裝置故障后，OVPD會(huì)動(dòng)作合閘，框架電壓保護(hù)無法啟動(dòng)，只能靠故障電流流經(jīng)的開關(guān)本體保護(hù)來切除故障，導(dǎo)致電流型框架保護(hù)無實(shí)際后備保護(hù)存在，框架電壓保護(hù)無法正常啟動(dòng)。

（3）在OVPD投入時(shí)，電壓型框架保護(hù)既不能有效切除牽混所內(nèi)發(fā)生的短路故障，也不能切除牽混所外直流設(shè)備發(fā)生的短路故障，只能夠?qū)﹄妷浩鸬奖O(jiān)測(cè)功能。

由此，建議在OVPD投入后，退出電壓型框架保護(hù)，為電流型框架保護(hù)增設(shè)一個(gè)后備保護(hù)。例如，增設(shè)一套OVPD作為后備，當(dāng)一套OVPD發(fā)生故障時(shí)，另一套OVPD啟動(dòng)，保護(hù)人身及設(shè)備安全，從而提高框架泄漏保護(hù)的可靠性。