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摘要：随着我国经济建设的不断发展，城市人口不断聚集，城市边缘不断向周边城郊辐射扩展，城市居民对市内轨道交通的需求不断提高，使我国城市轨道交通得到了快速的发展。我国城市轨道运行线路不断增加，绝大多数城市轨道都采用了正极接触网或接触轨供电、负极钢轨回流的牵引方式，在车辆运行过程中通常需要进行接地保护，跨座式单轨交通系统只有重庆轻轨深圳比亚迪园区试验线已经采用。
关键词：城市轨道交通；直流牵引；接地保护
本文通过对几种常用的直流牵引系统的接地保护方法进行讨论，意在为不同的城市轨道交通提供参考。
1.钢轨回流方式
1.1直流框架保护
通过直流框架进行的接地保护，是通过直流设备的外壳来进行的，通过设备外壳直接接地从而达到直流框架接地的保护目的。其只要作用有两点：1）避免因牵引变电所内的直流开关柜内部设备因老化等原因造成的绝缘降低导致的人为操作时对人体的伤害；2）在直流开关柜内发生因正极碰壳造成的短路时，可以通过框架泄漏电流监测快速切除故障从而对设备起到保护用。直流框架保护通常由电流元件和电压元件共同组成，其主要接线原理如图1所示。
通过图1接线原理可知，直流框架保护中的电流元可以为低阻值的分流器，在发生短路时承受50KA的电流，将设备外壳与变电所地网连接，从而起到漏电保护的作用。电流元件是框架保护中的主要元件，当直流开关柜内发生正极碰壳故障时，电流元件会瞬时动作，通过全所交直流设备跳闸断开电流，闭锁断路器合闸从而起到保护的目的。电压元件通常被整定为报警和跳闸两段，起到后备的保护作用。当走行钢轨对地绝缘大或绝缘漏电电阻大时，存在不利于电流元件的动作的情况时，电压元件会通过相应负地电压的监测以辨识故障而触发跳闸。
电压元件的动作通常是由于因直流设备的正极对外壳短路、接触网对架空地线或走行钢轨短路时而引起的地电位或者钢轨电位升高，使得电压元件检测在走行钢轨与地面之间检测到异常电压。电压元件所检测到的电压大于设定值时就过进行报警或跳闸，触发直流框架的直流保护模式。电压元件引起的跳闸通常会引起直流馈线断路器和整流器进线中压开关全部跳闸，故障后果严重，因此在设定跳闸电压时要充分综合考虑各种因素。
1.2直流馈线保护
直流馈线保护是通过牵引变电所中的直流馈线开关柜里中的直流馈线保护单元来执行的。在直流馈线保护中除了断路器本身具有大电流脱扣保护以外还配置有电流速断保护、电流上升率及电流增量保护、接触网热过负荷保护、双边联跳保护、线路测试以及自动重合闸装置，当发生故障时，可以根据实际故障情况有选择的及时启动这些保护及功能，以保护直流牵引系统的安全工作。根据《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ49-92）第4.2.1条规定“钢轨采用绝缘安装兼用作回流的地铁走行轨与隧洞主体结构（或大地）之间的过渡电阻值（按闭塞区间分段进行测量并换算为 1 km 长度的电阻值），对于新建线路不应小于15Ω•km，对于运行线路不应小于3Ω•km。”但在实际工作环境中，与理论上的短路回路阻值大电流小的情况不同，在实际测量中大地与钢轨的过渡电阻一般仅有1Ω，在一些特殊情况下电阻甚至会低于0.5Ω，在这样的条件下大地与走行钢轨是相连的，正极对地短路也会产生很大电流，在实际情况中，直流馈线保护可以起到关键的保护作用，在城市轨道交通的安全保护中起着重要的作用。
2. 跨座式单轨方式
我国现行运行的城市轨道交通多数都采用了正极接触网或接触轨供电、负极钢轨回流的牵引供电方式，跨座式单轨交通系统只有重庆轻轨采用日本技术且已经开通运行，跨座式单轨交通系统接触轨的额定电压为DC1500V，通过刚性接触轨垂直于两侧布置，正负两级分处于两侧，“T”字形托架采用绝缘安装方式支撑固定铝合金汇流排，以此来调节垂直拉出值，车辆安装橡胶轮胎在轨道桥梁上运行。
2.1接地漏电保护装置的工作原理
接地漏电保护装置可以在漏电发生时快速切断接触网正极对地的短路故障，从而减少电压波动幅度，保证城市轨道直流设备的正常运行以及乘客和乘务人员的生命安全，因此设置接地漏保护装置是在城市轨道的保护中是十分必要的，其保护装置的工作原理如图2。
由图2可以看到车辆在区间运行时保护装置启动的动作情况。一般车辆在运行可能出现以下几种情况：当轨道上运行的车辆发生正极对车体外壳绝缘降低的情况时，引发GR开关动作，LB跳开；当车辆内部正极对外壳短路或正极接触轨对地短路时，在此中情况下GR开关反应迟缓，保护装置就会快速反应，将故障电路切断。除了车辆在运行状态的保护措施，车辆在站台停靠时，接地漏电保护装置也会对车辆进行保护。车辆停靠时，车体外壳与地面相连。此时如果车辆内部正极绝缘不良发生对地泄露，可能存在GR与64D配合发生问题，通常情况下接地漏电保护装置的GR整定值为100V，发生漏电情况GR动作，线路断路器LB跳开。
结束语
我国城市轨道交通发展迅速，各大城市轨道交通的建设不断增加，在数量不断增长的同时，城市轨道运行安全也受到越来越多人的关注，现行采用的钢轨电位限制装置不仅没有达到其应用目的，反而会因为长期的使用导致杂散电流的存在，危害轨道运行安全。因此新型安全保护措施迫在眉睫，因此采用直流牵引系统的接地保护可以有效的解决这一问题，提高轨道运行安全，将轨道电压控制在合理安全的水平，解决因电位设置而引起的杂散电流的泛滥存在，为直流系统正极对地电流的短路情况提供了避免的短路事故措施，有效的提高了城市轨道运行的安全，保障生命和财产安全。
参考文献
[1]丘玉蓉,田胜利.地铁直流1500V开关柜框架泄漏保护探讨[J].电力系统自动化,2001(14).
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[3]余梦华.框架故障保护与轨电位限制装置保护配合[C]//地下铁道新技术文集.北京,2003.
论文作者:钱小森
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/20
标签：正极论文; 电流论文; 钢轨论文; 电压论文; 元件论文; 车辆论文; 框架论文; 《电力设备》2017年第15期论文;