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1、钢轨电位限制装置与框架保护关系的分析摘 要 对直流牵引供电系统中钢轨电位限制装置在安全方面所起的作用及与框架保护配合关系进行了分析,对目前框架保护存在的问题进行了探讨。并提出了钢轨电位限制装置主要参数的选取依据。建设在采用晶闸管接触器型钢轨电位限制装置后,框架保护中取消电压元件。关键词 地铁,钢轨电位限制装置,框架保护城市轨道交通牵引供电系统采用ＤＣ1500Ｖ架空接触网供电,以走行轨为回流通路。为减少杂散电流对土建结构钢筋、钢轨、设备金属外壳及其它地下金属管线产生腐蚀,轨道交通建设过程中采取了较为完善的杂散电流防护措施。即:直流牵引供电系统设计
2、为不接地系统,对直流供电设备采用绝缘安装,钢轨通过绝缘垫与大地绝缘,以减少杂散电流的泄漏。当供电区段有起动或运行的列车、或发生系统短路故障时,因钢轨作为牵引回流的通路以及钢轨与地之间过渡电阻的存在,钢轨对地产生一定的悬浮电位差。为防止钢轨对地电位过高造成人身伤害,每个车站和车场都设有钢轨电位限制装置(ＯＶＰＤ)。为满足直流牵引供电系统安全可靠运行及保护乘客安全的要求,须合理选择ＯＶＰＤ的设备参数,并考虑与其它设备之间的配合关系。1ＯＶＰＤ动作特性及钢轨对地电位升高原因1.1ＯＶＰＤ动作特性ＯＶＰＤ安装在各个车站及停车场内,监测钢轨与地之间的电压
3、。如果该电压超过整定值时,ＯＶＰＤ动作,将钢轨与地短接。同时,监测流过ＯＶＰＤ中(钢轨与地之间)的电流。当该电流低于整定值时,ＯＶＰＤ将自动复位,断开钢轨与地的连接。1.2钢轨对地电位升高的主要因素正常运行状态下,供电区段内列车运行时,钢轨中流过牵引负荷电流,造成钢轨对地电位的升高(正值或负值)。钢轨对地电位的大小,主要与线路上机车的数量、负荷电流、牵引所间距、钢轨地间的过渡电阻等因素相关。当发生以下故障时,引起钢轨对电位的陡升:①接触网与钢轨发生短路;②接触网对架空地线(地)发生短路故障;③直流设备发生柜架泄漏故障;④牵引变电所整流变压器二次
4、侧交流系统发生单相接地短路。直流系统发生故障时,必须在短时间内切除故障或降低钢轨对地电位,以保证人身及设备安全。2框架保护装置特性框架保护装置主要用于当直流设备正极对设备外壳发生短路时,起动相应断路器跳闸,快速切除故障,使供电设备免遭损坏。它主要由电流、电压测量元件组成。电流测量元件一端接设备外壳,另一端接地,用于检测外壳与地之间流过的故障电流。电压测量元件用于测量设备外壳与直流设备负极之间的电压,一端接于负极,另一端接设备外壳。当任意一个直流设备内正极对外壳短路时,接地电流通过电流测量元件流入地网,再通过钢轨与地之间的过渡电阻(或排流柜)回到
5、钢轨(负极)。当接地电流达到整定值时,框架保护的电流元件动作;同时电压测量元件检测负极与设备外壳间的电压值,当电压大于整定值时,电压元件在整定的时间内动作,使相应的交、直流断路器跳闸,切除故障。框架保护装置及ＯＶＰＤ接线如图1所示。3ＯＶＰＤ与框架保护动作时间配合及存在问题分析3.1动作时间的配合ＯＶＰＤ主要用于保护人身安全,其动作特性应能满足ＥＮ50122-1(ＰｒｏｔｅｃｔｉｖｅＰｒｏｖｉｓｉｏｎｓＲｅｌａｔｉｎｇｔｏＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＳａｆｅｔｙａｎｄＥａｒｔｈｉｎｇ)标准中规定的的人体耐受电压-时间特性曲线的要求。如表1所示。列车的正
6、常起动及运行时,钢轨-地电位升高。当ＯＶＰＤ测出钢轨-地电位超过整定值时,ＯＶＰＤ动作,将钢轨与地短接。由图1可知,ＯＶＰＤ与框架保护的电压元件测量基本上是同一个电压值。此时框架保护不应动作。目前采取的配合方式是框架保护电压元件动作时间整定值比ＯＶＰＤ动作时间整定值长(相同的测量电压条件下),或电压整定值比ＯＶＰＤ要高。当直流设备的正极对设备外壳发生短路故障时,ＯＶＰＤ和框架保护的电压元件均检测到一个瞬时的高电压。此时要求框架保护应先于ＯＶＰＤ动作。3.2框架保护存在问题分析(1)轨道交通投入运行初期,钢轨对地绝缘性能较好,当牵引所直流设备发生
7、框架泄漏故障时,流过电流元件中的电流很小,框架保护电流元件不动作。当电压元件检测到钢轨和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、直流侧断路器跳闸。当某一个牵引变电所发生框架泄漏故障时,整条线路的钢轨对地电位都会升高。即各个牵引变电所框架保护电压元件会检测到负极与地之间较高的电压值,并同时起动框架保护。如此,其它未发生框架泄漏故障的牵引变电所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)经过一段时间运行之后,钢轨对地绝缘性能下降,过渡电阻减小,发生框架故障时框架保护电流元
8、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差值减小,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
