地铁直流框架保护与轨电位限制及排流装置关系分析

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1、地铁直流系统框架保护与钢轨电位限制装置及排流装置关系分析中国铁建电气化局集团第一工程有限公司电气试验中心李清华摘要：分析城市轨道交通直流供电系统设置框架保护和钢轨电位限制装置及排流装置的设计机理，了解其各自的工作原理，分析其保护动作设置参数，阐述直流框架电流保护、电压保护和钢轨电位限制装置及排流装置的动作工况，通过对直流框架保护和钢轨电位限制装置及排流装置的综合分析，结合整定原则分析各设备之间的动作电压设置和动作时间相互配合关系及其投入运行模式的合理性，为判断、分析、处理运行中出现的直流疑难故障奠定理论基础，力求

2、最大限度保证安全供电。关键词：直流框架保护钢轨电位限制装置排流装置关系分析1概述目前我国城市轨道交通直流供电系统主要采用DC750V或DC1500V供电。直流牵引供电系统设计为不接地系统，牵引所内的直流设备和供电接触网络均采用绝缘安装，钢轨通过绝缘垫与大地绝缘，以减少杂散电流的泄漏。为了防止直流带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏，基于直流供电系统安全和设备安全考虑，将直流设备内发生的短路故障迅速切除，所以在直流系统中设置了直流框架保护。与此同时，为了防止钢轨电位升高对站车之间工作人员和上下车乘客以及线路巡视人

3、员造成伤害，所以在每个牵引站内设有钢轨电位限制装置。还有，由于受地理安装条件限制，用于牵引回流的钢轨不可能做到全绝缘安装，且沿线路方向有其一定的回路电阻，因此牵引电流将有部分泄露于大地，架空牵引线路或第三导电轨因对地等效绝缘泄流电阻和电容的存在也有部分电流泄露于大地，工程上统称这些泄露电流为杂散电流或迷流。杂散电流或迷流对地下金属物有电化学腐蚀作用。排流装置即排流柜主要就是为防止地下金属物因牵引迷流而遭电化学腐蚀而设置因此，深入分析直流框架保护、钢轨电位限制装置以及杂散电流或迷流排流装置的动作原理、配合关系，对确

4、保直流牵引供电系统安全可靠运行具有重要作用[1]，[4]。2框架保护装置及原理分析2.1框架保护装置1直流框架保护分为电流型框架保护和电压型框架保护两种，如图1所示[1]，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。它主要由电流测量元件和电压测量元件构成。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泄露电流；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。2.2框架保护原理分析①电流型框架保护：

5、直流系统正常运行状态下，直流设备外壳绝缘良好，电源正极对外壳无泄漏电流，电流检测元件检测不到电流，所以保护装置不动作；当设备绝缘性能降低时，电源正极对外壳放电，产生泄漏电流，当达到整定值（80A，以郑州地铁1号线为例）时，电流型框架保护装置动作，本所的直流系统断路器全部跳闸，并闭锁本所断路器、联跳与本所相邻牵引所的所有直流馈出断路器。②电压型框架保护：当框架柜体与直流柜正极发生短路故障时，电压检测元件在负2极与外壳之间检测到电压，外壳与地之间的小电阻可忽略不计，因为钢轨与负极相连，所以所监测到的电压相当于钢轨与地

6、之间的电压，当电压达到90V时，系统报警，大于150V时，本所的直流系统断路器全部跳闸，并闭锁本所断路器。3钢轨电位限制装置及原理分析3.1钢轨电位限制装置钢轨电位限制装置主要由接触器、晶闸管和控制器等元件构成，安装在各个牵引变电所里，用来检测钢轨与大地之间的电位差，当电位差高于整定的值时，装置通过内部动作将钢轨与大地短接，来保障乘客的人身安全。其原理图如图2所示[2]。3.2钢轨电位限制装置原理分析在正常情况下，当供电分区无车辆运行时，直流供电系统正常工作状态下，钢轨与大地之间的电位差为零，装置不动作。钢轨对地

7、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、钢轨到大地间的过渡电阻等因素相关，当供电分区有机车运行或接触网发生短路故障时，由于钢轨与地存在一定的绝缘电阻，钢轨电位被瞬间拉高，为了保护站车之间工作人员和上下车乘客以及线路巡视人员的人身安全，钢轨电位限制装置迅速动作，将钢轨与大地短接，降低钢轨电位（确切的说应该是大地电位），避免触电事故的发生。4排流柜（杂散电流防腐设备）工作原理分析排流柜是杂散电流腐蚀防护系统中的重要设备，工作原理如下图3所示，主要是由3硅二极管D1、可调节电阻R1、固定限流电阻R2、

8、自动排流部分、显示部分和保护部分组成。排流柜主回路的核心元件为硅二极管D1，利用硅二极管的正向导通反向截止的特性，实现杂散电流的极性排流。直流接触器CZ用于控制排流支路是否投入使用，R、C回路用于抑制主回路通断时产生的尖峰脉冲。利用硅二极管的单向导电性可以阻止从负母线到收集网的逆向排流，快速熔断器FU用于出现短路负载时对排流柜及柜内元器件的保护。电流传感器M用于检测排流回