袁博

摘要：本文從典型直流牽引供電系統(tǒng)出發(fā)，分析了框架泄漏保護(hù)的原理，對比了目前框架泄漏保護(hù)裝置在直流牽引變電所中的不同設(shè)置，對于直流繼電保護(hù)學(xué)習(xí)人員和現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員，迅速、準(zhǔn)確分析、查找故障，提高運(yùn)行維護(hù)水平具有一定的借鑒意義。

Abstract： Starting from the typical DC traction power supply system， this paper analyzes the principle of frame leakage protection and compares the different settings of current frame leakage protection device in DC traction substation. It has certain reference significance for DC relay protection learners and field operation and maintenance personnel to quickly and accurately analyze and find faults and improve operation and maintenance level.

關(guān)鍵詞：框架泄漏;直流保護(hù);牽引供電

Key words： frame leakage;DC protection;traction power supply

中圖分類號：U23 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）24-0201-02

1 ?直流牽引系統(tǒng)供電構(gòu)成

地鐵直流供電系統(tǒng)主要由牽引降壓變電所將來自110/35kV主變電站的交流35kV電壓經(jīng)降壓、整流變?yōu)橹绷?500V后，通過直流開關(guān)柜向架空接觸網(wǎng)供電。其中，交流進(jìn)線采用110/35kV兩級電壓、集中供電方式，每座牽引變電所設(shè)置兩套整流機(jī)組，掛接于同一段35kV母線上，直流進(jìn)線和饋線均采用直流快速斷路器。

2 ?框架泄漏保護(hù)的設(shè)置

2.1 框架泄漏保護(hù)作用

直流牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所（或牽引降壓混合變電所）和接觸網(wǎng)系統(tǒng)組成。直流牽引變電所內(nèi)的直流設(shè)備包括：直流進(jìn)線柜、整流柜、饋線柜、負(fù)極柜等，這些柜體對地采用絕緣安裝。如果直流設(shè)備發(fā)生正極對設(shè)備外殼泄漏（或正極與柜體之間絕緣下降），如故障切除不及時，可能將故障擴(kuò)大為1500V正極通過設(shè)備外殼對負(fù)極間的短路事故，這時的直流短路電流非常大，可達(dá)到幾十千安，對直流設(shè)備將造成嚴(yán)重?fù)p壞，甚至可造成工作人員觸電事故。

框架泄漏保護(hù)就是實(shí)時監(jiān)測直流供電設(shè)備正極與單點(diǎn)接地的柜體之間的絕緣狀況，在其絕緣嚴(yán)重下降甚至短路時作用與之相關(guān)的斷路器使之全部跳閘的一種保護(hù)裝置。

2.2 框架泄漏保護(hù)原理

如圖1所示，正常情況下，設(shè)備絕緣情況良好，幾乎沒有泄漏電流通過電流元件Ki。當(dāng)直流開關(guān)柜發(fā)生泄漏（正極對機(jī)柜外殼短路）時，泄漏電流的路徑為：正極→機(jī)柜外殼→電流元件Ki→地→R→回流線→負(fù)極，泄漏電流如若超過了電流元件的整定值則迅速動作切除故障。由于鋼軌通過絕緣墊與地絕緣，故正常情況下鋼軌對地之間存在著阻值很大的泄漏電阻R，泄漏電阻是隨著地鐵的運(yùn)行時間以及絕緣材料性能變化的，所以泄漏電流回路的阻值不是確定的，當(dāng)電阻很大時，泄漏電流就很小，達(dá)不到電流元件的整定值，此時則由框架保護(hù)的電壓元件檢測機(jī)柜外殼和負(fù)極之間的電位差，直流開關(guān)柜發(fā)生泄漏時電位差變的很大，框架保護(hù)電壓元件可以迅速動作。

通常，在地和負(fù)極之間還安裝一個排流柜，當(dāng)排流柜投入運(yùn)行時，泄漏電流的路徑為：正極→機(jī)柜外殼→電流元件Ki→地→PL柜→負(fù)極，由于排流柜的等效電阻值遠(yuǎn)小于R，泄漏電流大大增加，即使鋼軌（負(fù)極）與地的絕緣非常良好（泄漏電阻R非常大），由于排流柜的投入為泄漏電流提供了通道，為此框架泄漏保護(hù)的靈敏度大大提高。

在框架泄漏保護(hù)中，電流元件通常設(shè)定值為80A，可以檢測到微小的泄漏電流，因此框架泄漏保護(hù)的靈敏度非常高。電壓元件一般設(shè)兩段，I段報警（通常設(shè)定值為95V），II段跳閘（通常設(shè)定為150V）。

2.3 框架泄漏保護(hù)裝置安裝

框架泄漏保護(hù)裝置由電流檢測元件和電壓檢測元件組成。電流元件接于直流設(shè)備外殼與接地網(wǎng)之間，用以檢測直流設(shè)備框架泄漏電流;電壓元件接于直流設(shè)備外殼和負(fù)極之間，用以檢測設(shè)備框架與負(fù)極之間電壓。由于直流牽引供電采用回流線至負(fù)極，所以電壓元件檢測的電壓與鋼軌與地之間的電壓等價。在運(yùn)行過程中，通過判斷元件檢測到的泄漏電流和故障電壓，實(shí)現(xiàn)保護(hù)跳閘切除故障的目的。牽引變電所的直流開關(guān)柜成排布置，負(fù)極柜與整流器柜組合另行成排布置，分別采用對地絕緣安裝。

2.4 框架泄漏保護(hù)的設(shè)置

2.4.1 設(shè)置一套框架保護(hù)

全所內(nèi)的整流柜、直流開關(guān)柜以及負(fù)極柜柜體均采用對地絕緣安裝，柜體以保護(hù)接地扁鋼實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，通過接地電纜和框架泄漏保護(hù)電流元件接地，所內(nèi)設(shè)置一套框架保護(hù)裝置，電流檢測元件與電壓檢測元件均裝在負(fù)極柜內(nèi)，其安裝位置如圖2所示。

當(dāng)所內(nèi)任意直流開關(guān)柜內(nèi)正極對外殼發(fā)生泄漏時，框架保護(hù)裝置無論是電流元件還是電壓元件動作，將迅速斷開本所整流機(jī)組交流側(cè)進(jìn)線、直流側(cè)進(jìn)線和饋線斷路器，并聯(lián)跳臨所向本區(qū)段供電的直流斷路器且閉鎖重合閘?？梢?，設(shè)置一套框架保護(hù)，一旦發(fā)生框架泄漏故障將造成大面積接觸網(wǎng)停電，影響范圍較大。這時越區(qū)形成大雙邊供電，需要先閉合故障所的越區(qū)隔離開關(guān)，再閉合臨所的直流饋線斷路器，需要一定的倒閘時間才能恢復(fù)供電。

2.4.2 設(shè)置兩套框架保護(hù)

運(yùn)營實(shí)踐統(tǒng)計，整流器是所內(nèi)較容易出現(xiàn)故障的設(shè)備，且其故障會引起框架保護(hù)動作。所以為了縮小整流器框架故障時的停電范圍和恢復(fù)供電時間，可采用全所內(nèi)整流柜和直流開關(guān)柜各設(shè)置一套框架泄漏保護(hù)裝置，即兩面整流柜與負(fù)極柜共用一套框架電流元件裝置，直流開關(guān)柜用一套框架電流元件。如圖3所示。

當(dāng)整流柜發(fā)生框架泄漏故障時，框架電流保護(hù)動作，整流機(jī)組交流進(jìn)線側(cè)和直流進(jìn)線斷路器快速跳閘并閉鎖重合閘，但直流饋線斷路器不跳閘，這樣就可以利用故障的牽引變電所的直流母線瞬時構(gòu)成大雙邊供電，列車正常運(yùn)行，減小了因整流器故障泄漏引起框架保護(hù)動作的較大停電范圍的影響。當(dāng)直流開關(guān)柜發(fā)生框架泄漏故障時，電流元件動作，如若整流機(jī)組交流進(jìn)線側(cè)和直流進(jìn)線斷路器快速跳閘并閉鎖重合閘，直流饋線斷路器不跳閘，這時鄰所仍然向該一供電臂供電，故障并未隔離。因此其動作結(jié)果應(yīng)與所內(nèi)設(shè)置一套框架保護(hù)動作結(jié)果相同，快速將故障切除。

2.4.3 設(shè)置三套框架保護(hù)

全所內(nèi)設(shè)置三套框架泄漏保護(hù)，即每面整流柜各設(shè)一套（所內(nèi)有兩面整流柜），直流開關(guān)柜和負(fù)極柜共用一套。當(dāng)單套整流器發(fā)生框架泄漏故障時，迅速斷開相應(yīng)的整流機(jī)組交流側(cè)和直流進(jìn)線斷路器。在實(shí)際運(yùn)行使用中，可根據(jù)需要采用單套整流機(jī)組運(yùn)行工作或兩套整流機(jī)組均退出運(yùn)行，通過故障所的直流母線進(jìn)行大雙邊供電，減少停電時間。

3 ?結(jié)語

由此可見，牽引變電所設(shè)置一套框架保護(hù)裝置，發(fā)生框架泄漏故障停電范圍最大，查找故障及恢復(fù)供電所需時間最長，但是投資較后兩者少;設(shè)置兩套和三套框架保護(hù)裝置，在停電范圍影響以及恢復(fù)供電時間相當(dāng)，目前，在已建的地鐵項(xiàng)目中，采用設(shè)置一套或者兩套框架泄漏保護(hù)裝置的居多。

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