浅谈地铁直流系统中框架保护原理及处理程序

浅谈地铁直流系统中框架保护原理及处理程序

艾祖雄

关键词：直流框架；保护原理；处理程序

一、地铁直流系统中框架保护原理分析

1、进行框架保护的原因

对地铁供电系统中的故障进行事先预防，能够保证整个牵引系统的安全运行，从而提升列车的运行效率。针对地铁列车运行故障预防最有效的办法就是设置保护措施，具体的方法有定时限过流保护、大电流保护、电流上升率及电流增量保护、超载荷保护、逆流保护以及直流框架保护。在实际运行过程中需要根据实际情况选择保护方案，也可以采用多种保护方案一起使用，从而提升保护效果，以便在运行过程中及时发现问题并及时解决。对地铁列车运行进行保护还可以采用改变供电运行的办法，这样就可以提供较为安全稳定的供电保障，从而满足其正常运行需求。对地铁列车进行框架保护的另一个原因就是绝缘安装的直流牵引系统存在电流泄露的风险，如果发生隐患的电流过小，那么便会引发其他保护装置的保护行为，如果漏电范围在可监测范围内，并且电压超出了设定的数值范围，那么保护装置就会自动进行保护动作，从而避免事故发生。

2、框架保护的原理

如果将框架保护按照其动作类型划分，那么直流框架保护能够分为电压型和电流型，这其中的电流型作为主要的保护方式，电压型是后备用的保护手段，不仅能够为直流电压框架提供保护，还能够为轨道电位限制装置提供保护。电流型框架保护的工作原理主要是对泄漏电流进行监测，如监测到设定范围内的泄漏电流，那么保护装置就会启动保护工作。故障发生的主要原因就是设备绝缘状态发生改变，使得泄漏电流达到设定数值，电流型框架保护所采取的措施就是切断线路开关（包括整流变高压侧开关、直流侧进、馈线开关），从而使其跳闸。电压型框架保护的工作原理主要是对设备负极及框架之间的电压进行监测，如电压值超出设定范围后就会自动采取保护措施。在列车运行过程中由于电压型框架保护设备自身的电阻值较小，因此在计算时可以计其为接地，所得的测试电压值就与轨道对地面的电压值相近。

3、轨道电位限制装置的保护原理

由于直流牵引供电系统中会同时存有短路电流及操作电流，这就会使得大地与电流回路之间存在接触电压，这样容易使电压超过规定范围，因此需要对其设置保护装置，并对接触电压进行监测，如电压超出规定值就需要实行保护动作，从而降低列车运行的危险性。一般情况下轨道电位限制装置测试到的电压超标时，所采取的动作即为让钢轨与大地之间进行迅速的短接，这个过程会使接触器合闸，进行保护列车及乘客安全。

二、地铁直流系统中框架保护的应急处理程序

地铁运行过程中一旦直流框架保护实施保护动作，就会对相关系统进行指令，指令信息首先命令高压开关柜及直流柜同时跳闸，而且跳闸会使得整个系统没有电流通过，这时就会发生停电情况，这时就给相关技术维护人员提供机会进行故障排除，并第一时间恢复电路供电，从而维持列车的正常运行。运用这种保护装置还需要配合人工巡检，需要在供电系统中设置固定的巡检位置及巡检范围，并对该区域进有规律的巡视，并且需要做到列车运行时间段内的全程监控。这样方便在发生故障时及时进行保护操作，如故障现象无法解决需第一时间进行汇报，以便尽快确定故障范围及故障情况，并做好应急处理。具体的应急处理程序如下。

1、确认故障和保护动作的类型

巡检人员在发现故障后应及时作出判断，并向上级汇报，结合工作经验及上级指示来确定故障类型。

2、电压型框架保护

待第一步程序后能够确定故障类型及保护动作的类型，如采取的保护动作为电压型框架保护动作，那么需要在直流端子柜的柜面或负极柜处找到“复位按钮”，按下后对系统进行恢复。

3、电流型框架保护

如果第一步确定保护动作类型为电流型的框架保护动作，那么巡检值班人员需要在电调指令下采取相应操作，在负极柜相应位置找到黄色复位按钮并按下，正规系统的复位按钮设置在继电器（MAS-2）上面位置。接着需要在直流端子柜的柜面处重复上述工作。

4、复位成功

待复位成功后需要第一时间通知电调室，这时电调室就会将供电系统内所有的跳闸开关进行关闭处理，如果相邻区域内也有跳闸现象，那么电调室也会恢复这部分的跳闸开关，从而结束故障处理程序。

5、复位不成功

如果进行复位操作不成功，那么就需要针对具体故障情况进行相应处理。第一步应汇报情况，并等待电调室的指令，接着需要将直流端子柜的柜面处联跳转换开关打到退出位置，及时切断与邻所之间的牵引联跳，这时相关联的同一供电臂区域就会恢复保护动作的跳闸现象，并且将原有的双边供电模式转换为单边供电模式。以上程序需要在电调室的指令下进行，待所有相关操作完成后技术工作人员需要进行大双边的越区供电动作，等待所有开关动作都能够正常运行后，复位操作即完成。

6、复位完成后

待所有动作及操作都复位完成后，技术巡检人员需要对相关区域进行重新检查，加强巡视密度，避免再次发生故障。对于故障发生区域，相关技术人员应快速找到原因，并及时修复故障，待修复设备后需要严格做好预防工作，保证供电系统正常运转。

三、框架保护动作故障预防措施

1、框架保护动作的原因分析

框架保护动作的主要原因：（1）直流系统正极、负极与框架发生短路故障；（2）框架多点接地，直流系统发生短路故障或杂散电流引起电流元件动作；（3）电压元件与轨电位限制装置配合存在问题；（4）电流元件、电压元件故障。

2、框架保护动作故障处理

直流系统正极、负极与框架发生短路故障时，首先在直流系统正极、负极分别对框架进行绝缘测试，然后在一次设备室查找故障点，故障点一般比较明显，容易查找。框架多点接地且整体绝缘出现问题时，由于外界环境变化（直流系统发生短路故障或杂散电流）原因极易导致框架保护动作。处理该类故障时应首先断开直流设备框架单点接地点连接的电缆或螺栓，然后进行框架与接地网绝缘测试，若绝缘电阻接近0，可判断框架绝缘存在问题。为缩小故障点排查范围，可将负极柜、整流器柜、直流开关柜框架连接的电缆或螺栓断开，分别将负极柜、整流器柜、直流开关柜框架对地进行绝缘测试。处理对地绝缘存在问题的框架时，应优先拆除框架对地的全部安装螺栓，对绝缘螺栓或绝缘垫片进行清洁，对安装孔进行清洁，使用扁钎子将绝缘板与地面缝隙之间的杂物进行清理，通过以上手段可提高框架绝缘水平。

结论：地铁正常运行过程中的直流牵引系统需要采取直流框架保护的装置，以便对泄漏电流进行及时监测，并对故障进行分析处理。由于直流框架保护能够确定故障范围，因此跳闸及停电范围相对较小，避免了大规模的停电现象，而且能够对相关设备及人身安全进行保护。在实际运行过程中一旦直流框架装置启动保护动作，需要相关技术人员及时了解情况，并向上级汇报，从而针对具体问题采取具体措施，提升地铁运行的时效性。

参考文献:

[1]李毅.地铁直流供电系统框架保护的应用及故障处置[J].电气化铁道,2018(1):212-214.

[2]叶东,陈继勇.成都地铁DC1500V直流牵引系统电流型框架保护设置及改造[J].轨道交通装备与技术,2016(5):25-28.

[3]王义忠.地铁直流牵引系统框架泄漏保护原理优化设计[J].建筑工程技术与设计,2016(23):179-180.