1、框架保護介紹 一、直流系統為什么要設置框架保護為保證牽引供電系統安全運行和接觸網的安全供電，有效切除供電系統的各種故障，供電系統都成功采用2次繼電保護系統，快速有效的切斷各類故障點，防止擴大停電范圍，同時最大限度的改變供電運行方式，例如退出故障牽引所，解除聯跳信號，利用牽引大雙邊供電，可以及時恢復接觸網供電，以保證地鐵的正常運行不受影響。而直流框架保護的設置是由于直流開關帶電設備對直流柜柜體發生泄漏或絕緣損壞閃絡時，原有的直流保護起不到應有的作用，而牽引變電所內的直流供電設備采用絕緣安裝，主要包括1500V直流開關柜、整流器柜、負極柜等。當直流設備內的1500V正極對設備外殼發生泄漏

2、時，如不及時切除，容易將故障擴大為1500V正極通過設備外殼對負極間的短路事故。而直流系統的短路電流非常大，正、負極短路時的短路電流可達幾萬安培，對直流設備將造成嚴重危害。框架泄漏保護是專門針對直流供電設備對正極與柜體發生故障時的保護措施。其保護原理是當正極對柜體外殼發生絕緣損壞時，能及時切除故障，保證系統的安全運行。二、直流框架保護動作原理直流框架保護以動作類型分為電流型、電壓型兩種。   2.1電流型框架保護、電壓型框架保護原理：    電流型框架保護主要檢測設備外殼對地的電流; 電壓型框架保護檢測的是設備外殼

3、對直流設備負極之間的電壓，設備外殼通過小電阻接地 2.2電流型框架保護、電壓型框架保護動作特性(1)直流系統正常運行情況下，設備絕緣良好，電流型框架保護電流回路電流為零，裝置動作。(2)當直流設備絕緣發生變化，設備對柜體外殼放電或短路時，電流回路電流達到整定值，電流型框架保護動作，向交直流開關發出跳閘命令，本所所有直流柜和2個35KV整流變柜同時跳閘，并聯跳相鄰2個牽引變電所各2個向本區段雙邊供電上下行開關。(3)由于在城市軌道交通的牽引供電直流系統中，直流設備和鋼軌都是采用絕緣法安裝，其作用是減少雜散電流的泄漏途徑，減少雜散電流對鋼軌、鋼筋等金屬體的電化學腐蝕，鋼軌對地的絕緣電阻是

4、隨著絕緣材料的性能變化的，所以電流型框架保護的電流回路的電阻是不確定的，當電阻很大時，可能會造成電流回路檢測值達不到整定值的要求，從而設備發生絕緣下降而電流型框架保護沒動作的情況，所以電壓型框架保護就是為了彌補這個缺陷，當電壓型框架保護裝置檢測到設備外殼對負極電壓超過整定值時，大于90發出報警信號，大于150V時向交直流開關發出跳閘命令，聯跳本所和相鄰2個牽引變電所的開關柜。框架保護適用于直流設備的正極對機柜外殼（與大地相連）或接觸網對架空地線短路時的情況。如圖所示，在正常無短路狀態下，鋼軌（負極）與地的絕緣良好，幾乎沒有漏電流通過F20點，當故障1發生時，即直流設備的正極對機柜外殼短路時，故

5、障電流If1由正極通過F20點，經泄漏電阻Rl回流至負極，框架保護檢測位于F20點的機柜外殼對地的漏電流If1，超過整定值則迅速動作。通常，在地和負極之間還安裝一個排流柜，當排流柜投入運行時，其等效電阻值遠小于R l，If1大大增加，這樣，即使鋼軌（負極）與地的絕緣非常良好，泄漏電阻R l非常大，由于排流柜提供了漏電流If1的通道，大大提高了框架保護動作的靈敏性。 圖1:牽引供電系統框架保護  當故障4發生時，即接觸網與架空地線發生短路時，由于F20點離故障點較遠，故漏電流較小，檢測F20點漏電流不能檢出故障，此時框架保護檢測外殼和負極之間的電

6、位差。在正常無短路狀態下，外殼和負極之間的電位差很小，故障4發生時電位差迅速變得很大，框架保護可以迅速動作。而對于正極對機柜外殼短路的情況，若未投入排流柜，鋼軌（負極）與地的絕緣亦很好，漏電流可能不足以啟動框架保護，但電壓檢測元件則可使之迅速動作。通常，電流檢測元件作為框架保護的主保護，電壓檢測元件作為后備保護。 框架保護動作的結果是：迅速跳開本站內所有的直流開關、交流側進線開關及鄰所向本區段供電的直流開關，并需由人工復歸后方可重新合上開關；  圖二：雜散電流排流原理圖三、鋼軌電位限制裝置 3.1鋼軌電位限制裝置保護原理：鋼軌電位限制裝置一端接鋼軌，一端

7、接變電所接地網，檢測的是鋼軌和地之間的電壓。 3.2鋼軌電位限制裝置動作特性:   當供電分區沒有車輛行駛時，牽引直流系統運行正常情況下，鋼軌對地電位為零；當供電分區有車輛行駛或接觸網發生短路故障時，由于鋼軌對地泄漏電阻的存在，鋼軌電位快速升高，為了保護在鋼軌上行走的人身安全，當鋼軌電位達到一定值時，鋼軌電位限制裝置迅速動作，將鋼軌與接地網短接，從而降低了鋼軌電位，保護了在鋼軌上行走的人的人身安全。目前南京地鐵鋼軌電位限制裝置運用的是當今最新技術，是由晶閘管和接觸器等元件組成，(1) 當鋼軌電位大于90V時鋼軌電位限制裝置延時800ms動作，使

8、鋼軌與地相連，降低鋼軌電位，并連續動作3次后鋼軌電位仍然高于整定值，合閘后不再斷開；(2) 當鋼軌電位大于150V時鋼軌電位限制裝置無延時永久合閘；(3) 當鋼軌電位大于600V時鋼軌電位限制裝置晶閘管在100ms之內導通，鉗制鋼軌對地電位，向接觸器發出合閘命令。 圖三:鋼軌電位限制裝置原理圖3.3鋼軌電位限制裝置與電壓型框架保護動作分析： 電壓型框架保護與鋼軌電位限制裝置兩者都是檢測鋼軌電位對地電壓，不同的是電壓型框架保護的作用是保護直流設備安全，動作于跳閘，切除直流絕緣泄漏或短路故障；鋼軌電位限制裝置的作用是降低鋼軌對地電壓，保護線路上行走的人的人身

9、安全，不動作跳閘，牽引直流系統不受影響，列車正常運行。由于電壓型框架保護整定時間大于鋼軌電位限制裝置，正常情況下當發生鋼軌電位升高時，應有鋼軌電位限制裝置首先動作，使鋼軌與地連通，保證線路上人身安全，當鋼軌電位限制裝置拒動時，電壓型框架保護動作于跳閘，具體參數如下：當鋼軌電位大于95V時電壓型框架保護延時1500ms發出報警信號；當鋼軌電位大于150V時電壓型框架保護將延時900ms發出跳閘信號。針對廣州地鐵1號線和深圳地鐵4號線發生的框架保護動作情況分析，當時均沒有發生短路故障，而是由于車輛運行和其他原因導致鋼軌電位的升高，應該由鋼軌電位限制裝置動作，但由于鋼軌電位限制裝置與電壓型框架保護裝

10、置匹配存在問題，從而導致電壓型框架保護裝置動作。 四、發生直流框架保護動作后的應急處理及操作程序 一旦發生直流框架保護動作，就會向交直流開關發出跳閘命令，本所所有直流柜和2個35KV整流變柜同時跳閘，并聯跳相鄰2個牽引變電所各2個向本區段雙邊供電上下行開關。故障發生后，高壓供電巡檢和值班人員應沉著冷靜，正確判斷故障類型和停電影響范圍，電調也可以通過OCC控制中心 SCADA工作臺確認故障所保護跳閘和報警的類型，并及時通知值班主任和行調，這里主要就高壓供電巡檢值班人員應急處理程序作以下介紹：（1）框架保護動作之后，值班人員應迅速嘗試將故障信號復位。（2）如果復位成功

11、，迅速通知電調，電調可以直接合上所有跳閘開關。（3）如果復位不成功，供電值班人員應迅速將故障所直流開關柜側面板處將聯跳開關打到關閉位置，解除與相鄰牽引所的聯跳裝置，聯跳裝置解除后，通知電調故障牽引所的相鄰2個牽引所的跳閘開關，此時故障牽引所的相鄰2個牽引所之間已經單邊供電（故障牽引所退出運行），電調確認以上動作后，應盡快進行大雙邊越區開關操作，由單邊供電轉換為大雙邊供電運行方式。五、總結     目前由于鋼軌電位的升高與多種因素有關，鋼軌電位的升高除了與供電回流系統，負回流是否暢通有關外，還和客運車輛運行工況、軌道絕緣泄漏電阻、雜散電流防護等很多因素有關，一旦鋼軌電位升高到整定值，鋼軌電位限制裝