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摘要：地铁牵引供电系统在当前电力中以独有的直流系统及1500V电压、相关设备系统等，自成一派。本文主要是如何更好地防护地铁牵引供电系统的杂散电流进行探讨，供同行借鉴参考。
关键词：地铁牵引供电；框架泄露；杂散电流
一、框架泄露保护作用
框架泄露保护作为直流供电系统中特有的保护，其主要监测直流设备接地部分与带电部分的泄露电流及电压。当电流电压达到一定动作值，甚至短路电流产生时自动启动框架泄露保护，防止故障范围扩大。
二、钢轨电位限制装置（OVPD）与框架泄露保护的相互配合
OVPD 的作用是检测钢轨对地的电压，当达到整定值时，OVPD 动作合闸，降低电压，防止电客车与地之间电位过高，威胁乘客人身安全。由于 OVPD 与框架泄露保护均监测钢轨对地电压，二者之间的配合有必要进行说明。
OVPD 合闸可认为是降低钢轨与地之间电位的手段之一，不过长期看来，这对金属结构的腐蚀有较大影响，因此不建议采取此类办法。同样，框架泄露保护电压元件动作也是通过排泄的方法来降低钢轨对地电压，只不过框架泄露保护的影响范围更大、更严重。OVPD 动作可看作是框架泄露保护电压元件动作的后备保护。这又牵扯到二者之间的整定值的配合。根据严重程度来看，只有在OVPD 动作合闸后危险电压仍不能消除时，才能启动后备保护的框架泄露保护。
三、框架泄露保护动作范围
（1）If 1（直流柜框架正向电流）保护动作
当直流柜侧出现框架正向电流（达到设置门限）时，负极柜会发出联跳信号：联跳本站所有直流馈线断路器并闭锁合闸和重合闸；联跳本站 2 台 35k V 整流断路器及 2 台直流进线断路器并闭锁合闸；联跳邻站同区域的直流馈线断路器并闭锁重合闸，不闭锁合闸。所间联跳传递信号为脉冲信号。
（2）If 2（整流器框架正向电流）保护动作
当整流器侧出现框架正向电流（达到设置门限）时，负极柜会发出联跳信号：联跳本站2 台 35k V 整流断路器及 2 台直流进线断路器并闭锁合闸。所内联跳传递信号为持续信号。
（3）–If 1（直流柜框架反向电流）、–If2（整流器框架反向电流）保护报警反向电流即为迷流或者杂散电流。当所内均回流绝缘降低，导致存在于接地网和排流收集网中的杂散电流随着电缆逆向经过分流器流回设备框架，导致框架带电。当回流的杂散电流超过定值，启动直流柜或整流器框架反向电流保护。
（4）Uf >（第一段框架电压）保护动作
直流柜侧与整流器侧的检测范围相同，均是框架对地的双向电压，所以框架电压动作时不区分直流柜侧或整流器侧。
当框架电压达到第一段电压 Uf ＞门限值时：联跳本站所有直流馈线断路器并闭锁合闸和重合闸；联跳本站 2台35kV 整流断路器及2台直流进线断路器并闭锁合闸；联跳邻站同区域的直流馈线断路器并闭锁重合闸，不闭锁合闸。
（5）Uf≥（第二段框架电压）保护动作
当框架电压达到第二段电压 Uf≥门限值时，其联跳动作方式与第一段框架电压 Uf>相同。
（6）联跳范围的不同意义
为什么会有不同的联跳范围？首先，发生直流柜框架正向电流保护时，说明在直流供电区段内有绝缘低的点，导致电流泄露，为了保证既减小故障范围，又不遗漏故障点，故将本所的整流机组、直流进线及左右临所的直流馈线全部断开，在整体的直流供电区段彻底排查故障点位，消除隐患。
在发生整流器框架正向电流保护时，可以确定是整流机组侧的框架发生电流泄露，只需要切除本所的整流机组及直流进线，就可将故障点位锁定，进行排查，消除隐患。
而发生框架电压保护时，由于框架电压监测的是钢轨对地之间的电压，而这个电压监测的范围很广，当任意一个点位发生泄漏时，电压超过定值，都会引起框架电压保护，故会联跳本所的整流机组，直流进线及直流馈线，以及左右临所的直流馈线。
四、牵引供电系统杂散电流的产生与防护对策
（1）杂散电流的产生及分布
杂散电流：即走行轨中泄露的、不经过正常回路的电流，也叫迷流。
列车运行时，作为回流系统之一的走行轨，对地产生电位，当走行轨对地过渡电阻降低，即走行轨对地的绝缘降低，就会产生杂散电流。
在理想条件下，走行轨对地电位及杂散电流分布情况如图1～图4所示。
由图可知，走行轨中列车取流处的对地电位最高，牵引变电所的回流处电位最低。
（2）杂散电流的防护措施
杂散电流取决于：①过渡电阻（走行轨对地的绝缘）；②回流系统；③走行轨对地电位。与杂散电流相关的设备系统：①排流柜；② OVPD。地铁的接地系统主要分为三种：①利用车站钢筋结构作为接地网（自然结构接地）；②单独在车站内部或外围设置接地网（单独接地）；③以上二者的结合。无论采取哪一种方式接地，其接地电阻按照规范都不应大于0.5Ω。
某地铁主要采用地下站单独接地、地面站自然结构接地与单独接地相结合的方式。而杂散电流有着一套单独的杂散电流收集网。排流柜分别连接着车站上下行的杂散电流收集网，并与接地网也相连。杂散电流监测装置在收集网上分布着监测电位，监测杂散电流瞬时极化电位。当杂散电流监测装置监测到瞬时极化电位高于 0.5V 并持续两小时以上，说明杂散电流此刻大规模的存在。可采取将排流柜内的排流支路 1-4 投入。但长期下去，这将导致杂散电流腐蚀走行轨。
OVPD 的存在，使得我们对杂散电流的认识和监测又多了一种手段。当 OVPD 合闸时，说明走行轨对地的电位升高，此刻也暗示着即将或已经发生了杂散电流的泄露，又或说明此刻列车停靠在站台上，正在取流启动。所以我们可以将 OVPD 的合闸看作是杂散电流的发生的充分条件。
结合以上的分析，可以得出杂散电流的防护措施：以防为主，以排为辅，防排结合，综合治理。
（1）牵引变电所的位置布置，应满足允许电压损失的要求。
（2）正常运行时，应保证双边供电。
（3）当一座牵引变电所故障解列时，优先应考虑大双边供电方式，避免单边供电，降低走行轨对地电位。
（4）降低走行轨的纵向电阻，区间适当距离内设置均流电缆，按照相关要求，均流电缆间隔不应大于 400m，铜芯面积不小于4×150mm2。且均回流电缆应尽量采用焊接或胀钉的便于回流畅通的连接方式。
（5）隧道内的金属设备外壳，金属管线，结构钢筋不能与走行轨有直接的电气连接。
（6）车辆段应单独设置牵引变电所，正常方式下，车辆段的牵引供电与回流要和正线绝缘隔离。
（7）牵引变电所设置排流设备，需要时进行排流。
（8）OVPD 的动作次数不能过多，过多要对整体系统进行排查。OVPD 每动作一次，相当于把接地网和结构钢筋当做回流网，无疑加大了接地网和结构钢筋的杂散电流，增加腐蚀。
论文作者:苏文伟
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/2/22
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