中铁电气化局集团第三工程有限公司 河南郑州 450000
摘要：框架保护已经成为当前地铁供电牵引系统中最具影响、最为直接以及最为重要的一种保护。一旦框架保护作出动作，将会导致上行、下行四个供电分区停电，整个列车运行将陷入瘫痪。在发生框架保护故障之后，其恢复供电的实际速度将决定列车中断运行的具体时间，所以对框架保护故障进行及时、有效处理，对于整个供电牵引系统以及整个地铁运营都有着非常重要的作用。基于此，文章就地铁供电系统框架保护进行分析和探讨。
关键词：地铁；供电系统；框架保护
引言
当直流带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏闪络时，基于直流设备安全供电的考量，将直流设备内发生的短路故障迅速切除，直流系统设置了直流框架保护，如果发生直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏，框架保护动作切断直流开关，防止故障点以外的部位受牵连，确保设备安全。
1框架保护概述
框架保护是直流供电系统中特有的保护类型，在地铁供电系统中接触网电压一般为DC1500V（正极），走行轨为负极，从而保证电力机车正常运行。直流供电中的回流除了通过钢轨连接的回流电缆流至负极柜，尚有部分电流从轨道下面的排流网返回排流柜到负极柜，还可以从大地返回，这样就形成了杂散电流，杂散电流的电流很大电压却很低（也称迷失方向地电流，简称迷流），会造成对地下金属管线、地下结构地钢筋等金属材料进行腐蚀而减少使用寿命，所以直流供电系统设计为不接地系统。但供电设备外壳是接地地：如果发生正极接地故障，正极通过设备外壳对负极间产生地短路电流突然增大。轨道交通的车身外壳与轨道是与直流电地负极相连接的，乘客的上、下车容易产生跨步电压，（地铁屏蔽门要求绝缘安装，是其中的一个因素）发生人生安全事故，框架保护进行实时检测直流设备的对地绝缘。直流系统的正极接地或负极接地没有什么危害，但二者都接地对直流设备的影响很大，有可能烧坏直流用电设备或者使直流设备不能正常工作，因此直流设备的安装必须进行绝缘安装。（框架保护的绝缘安装，绝缘电阻应大于2M）。
在城市轨道交通的直流牵引系统中，当带电的直流设备与直流柜体发生泄漏或者绝缘损坏闪烙时，原有的直流保护起不到应有的作用，为保护直流设备的安全及时切除直流设备内的各种短路故障，直流系统设置了直流框架保护。一旦发生直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏，框架保护动作使相关直流开关跳闸有效切断故障从而保护设备安全。
2直流系统设置框架保护的原因
为保证牵引供电系统安全运行和接触网的安全供电，有效切除供电系统的各种故障，供电系统的保护一般都会采用二次继电保护系统，快速有效的切断各类故障点防止扩大停电范围，同时最大限度的改变供电运行方式，例如退出故障牵引所，解除联跳信号，利用牵引所大双边供电及时恢复接触网供电，以保证地铁的正常运行不受影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而直流框架保护的设置，是由于直流开关带电设备对直流柜体发生泄漏或绝缘损坏闪烙时，有的保护起不到应有的作用，为保障直流设备的安全可靠运营，及时切除直流设备内的各种短路故障，直流系统设置了直流框架保护，一旦发生直流开关带电设备对直流柜体发生泄漏或绝缘损坏，框架保护动作使相关直流开关跳闸断电，有效切断障从而保护设备安全。
直流框架保护动作原理：
直流框架保护以动作类型分为电流型、电压型二种。
电流型框架保护只要检测设备外壳对地的电流
电压型框架保护检测的是设备外壳对直流设备负极之间的电压，由于小电阻可以忽略不计，设备外壳可以认为直接接地，钢轨是和直流设备负母排相连的，所以电压型框架保护检测的电压相当于钢轨和地之间的电压。
电流型框架保护、电压型框架保护动作特性：
直流系统正常运行情况下，设备绝缘良好电流型框架保护电流回路中电流为零，装置不动作。
当直流设备绝缘发生变化，设备对柜体放电或短路时，电流回路中电流达到整定值，电流型框架保护动作，向交流35KV、直流1500V开关发出跳闸命令，并联跳相邻两个牵引所向本区段双边供电的上下行直流断路器。
由于在城市轨道交通的牵引供电直流系统中，直流设备和钢轨都是采用绝缘法安装，其作用是减少杂散电流泄露的途径，减少杂散电流对钢轨与金属体的化学腐蚀。钢轨对地的绝缘电阻是随着绝缘材料的性能变化的，所以电流型框架保护的电流回路的电阻是不确定的，当电阻很大时，电流检测达不到整定值的要求，框架保护不动作的情况。当电压型框架保护装置检测到设备外壳对负极电压超过整定值时，（大于95V时发出报警信号，大于150V时向直流开关发出跳闸命令，联跳本所与相邻两个牵引所断路器）。
智能排流柜是为地铁减少杂散电流腐蚀金属结构的专用设备，它采用极性排流的原理，只有当需排流。
3框架保护存在问题以及解决措施
（1）地铁运营初期投运，钢轨对地的绝缘性能较好，当牵引直流设备发生泄漏故障时，流过电流元器件中的电流很小，框架保护电流元件不动作。当电压元件检测到钢轨对地之间的电压大于整定值时，框架保护在整定的时间内动作，整流机组交流、直流跳闸。
当某一个牵引所发生框架泄露故障时整条线路的钢轨对地的电位都会升高。即各个牵引所的框架保护元件会检测到负极与地之间较高的电压值，并同时启动框架保护，如此。其他未发生框架泄露故障的牵引所得框架保护产生误动作，扩大了事故停电范围。当接触网对架空地线发生短路时，其动作情况与其相同。
（2）经过一段时间运营之后，钢轨对地的绝缘性能下降，过渡电阻减小当发生框架保护故障时框架保护电流元件能够可靠动作，并作用于相应的断路器跳闸。但此时钢轨与地之间的电位值减小，当整定值过高时，框架保护的电压元件不动作。
（3）直流设备发生框架泄漏故障时，本所的直流断路器中没有电流或者只有很小的电流流过直流快速开关，不能在短时间内切除故障。即使直流断路器能快速跳闸，只有当整流机组交流侧断路器跳闸后才能切除框架泄漏故障，在故障切除前，钢轨电位限制装置两端的电压与框架保护电压元件测量的电压相同，若钢轨电位限制装置不能在短时间内闭合则可能导致电击伤人的事件发生。当钢轨电位限制装置动作后形成了一个金属性导电材料的近端通路，通过钢轨电位限制装置的短接作用使框架保护电流元件流过较大的短路电流，框架保护装置能够可靠，迅速切除故障。
从上分析可知，框架保护电压元件在实际使用过程中存在误动作与不动作的可能性，有时不但起不到保护设备的作用反而会造成事故范围的扩大，因此较多的地铁在框架保护中取消了电压元件。
结语
框架保护主要是保护直流牵引系统设备，是重要而不可缺少的。根据地铁直流牵引供电系统运行情况，如何对框架泄漏保护进行优化设置，降低工程造价，保证直流系统运行的可靠性和灵活性，是技术专业人员的工作重点。作为技术人员要对地铁供电系统框架保护有全面的认识，确保框架保护能够为地铁供电系统提供有效保护。
参考文献：
[1]李妍.地铁直流牵引供电系统框架保护与轨电位之间的匹配关系[J].科技资讯，2015，13（05）：232.
[2]唐洁.地铁直流牵引系统的继电保护和双边联跳的应用[J].上海电气技术，2014，7（03）：29-34.
[3]汤海.地铁供电系统保护装置探讨[J].电力安全技术，2012，14（06）：26-29.
[4]唐学林.地铁直流牵引供电系统框架泄漏保护的介绍和运用[J].科技风，2010（04）：270-271.
论文作者:贾韬烈
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/14
标签：框架论文; 电流论文; 设备论文; 钢轨论文; 电压论文; 供电系统论文; 发生论文; 《防护工程》2018年第31期论文;