地铁供电系统钢轨电位限制装置保护概述

地铁供电系统钢轨电位限制装置保护概述

贾韬烈

中铁电气化局集团第三工程有限公司河南郑州450000

摘要：在地铁直流牵引供电系统中，无论是接触轨式系统还是架空接触网式系统，均采用钢轨作为回流，而钢轨又存在泄漏电阻，因此，列车在供电区间内正常运行时，不可避免地造成钢轨对地电位的升高。钢轨电位过高将对乘客的人身安全造成威胁，为此必须设置钢轨电位限制装置（OVPD）。基于此种原因文章就地铁供电系统钢轨电位限制装置保护展开分析和探讨。

关键词：地铁供电系统；钢轨电位限制装置；保护

引言

由于在城市轨道交通的牵引供电直流系统中，直流设备和钢轨都是采用绝缘法安装，其作用是减少杂散电流的泄漏途径，减少杂散电流对钢轨、结构钢筋等金属体的电化学腐蚀，钢轨对地的绝缘电阻是随着绝缘材料的性能变化的，所以电流型框架保护的电流回路的电阻是不确定的，当电阻很大时，可能会造成电流回路检测值达不到整定值的要求，从而会发生设备绝缘下降时电流型框架保护未动作的情况，所以钢轨电位限制装置就是为了弥补这个缺陷，因此就需要研究地铁供电系统钢轨电位限制装置保护。

1钢轨电位限制装置工作原理

钢轨电位限制装置主要由直流接触器、晶闸管、控制器等元器件组成，其原理示意图如图1所示。钢轨电位限制装置一端连接变电所接地网，一端接到钢轨上，测量钢轨与地之间的电压。

当某供电区间无车时，在直流牵引系统正常工作的情况下，钢轨与地之间的电位为零。当供电区间内有车运行或发生短路故障时，由于钢轨和地之间存在漏泄电阻的情况，钢轨电位迅速升高；当钢轨电位超过设定的阈值时，钢轨电位限制装置启动，短接钢轨与接地网使钢轨电位下降，从而保护车站旅客的人身安全。

图1钢轨电位保护装置原理图

2钢轨电位限制装置动作特性：

当供电分区没有车辆行驶时于，牵引直流系统运行正常情况下，钢轨对地电位为零，当供电分区有车辆行驶或接触网发生短路故障时，由于钢轨对地泄漏电阻的存在，钢轨电位快速升高，为了保护人身及设备安全，当钢轨电位达到一定值时钢轨电位限制装置迅速动作，将钢轨与接地网短接，从而降低了钢轨电位，保护了人身及设备安全。济南地铁线钢轨电位限制装置运用的是由晶闸管和接触器等元件组成的轨电位限制装置。

（1）当钢轨电位大于60V时钢轨电位限制装置延时5000ms动作，接触器闭合使钢轨与地相连，降低钢轨电位，并连续动作3次后钢轨电位仍然高于整定值，合闸后不再断开；

（2）当钢轨电位电压大于150V时钢轨电位限制装置延时5000ms接触器闭合；

（3）当钢轨电位电压大于500V时钢轨电位限制装置晶闸管无延时导通，接触器闭合，晶闸管断开，钳制钢轨对地电位。

3钢轨电位限制装置与电压型框架保护动作分析：

电压型框架保护与钢轨电位限制装置两者都是检测钢轨电位对地电压，不同的是电压型框架保护的作用是保护直流设备安全，动作于跳闸，切除直流绝缘泄漏或短路故障。钢轨电位限制装置的作用是降低钢轨对地电压，保护行走在线路上人的安全不动作跳闸，牵引直流系统不受景响。列车正常运行时由于电压型框架保护整定时间大于钢轨电位限制装置整定时间，当发生钢轨电位升高时钢轨电位限制装置应首先动作，使钢轨与地连通保证线路上人身设备安全，当钢轨电位限制装置拒动时，电压型框架保护动作于跳闸，具体参数如下：当钢轨电位电压大于120V时电压型框架保护延时15s发出报警信号：当框架电流达到80A时发出跳闸信号。

如果钢轨电位限制装置与电压型框架保护装置匹配存在问题，当钢轨电位升高会导致电压型框架保护装置先动作，从而造成停电范围扩大。

4发生直流框架保护动作后的应急处理及操作程序

一且发生直流框架保护动作，就会向交直流开关发出跳闸命令，本所6个直流柜和2个35KV整流变柜同时跳闸，并联跳相邻2个牵引变电所各2个向本区段双边供电左右线开关，共12个开关柜跳闸。故障发生后，高压供电巡检和值班人员应沉着冷静，正确判断故障类型和停电影响范围，电调也可以通过OCC控制中心SCADA工作台确认故障所保护跳闸和报警的类型，并及时通知值班主任和行调，这里主要就高压供电巡检值班人员应急处理程序作以下介绍：

案例一：本所有人值班情况

（1）如果是电流型框架保护动作，值班人员应打速打开负极柜后门，按下柜内框架保护继电器上的红色复位按组，使继电器复位，复位完成后应迅速关好负极柜后门，然后迅速在直流开关柜侧面板处，按下“复位按钮”复位。

（2）如果是电压型框架保护动作，可直接在直流开关柜侧面板处，按下“复位按钮”复位。

（3）如果复位成功，迅速通知电调，电调可以直接合上所有跳闸开关

（4）如果复位不成功，供电值班人员应迅速将故障直流开关柜侧面板处联跳转换开关转换到切除位置，解除与相邻牵引所的联跳装置，联跳装置解除后，相邻邻牵引所联跳的开关会自动重合，说明线路正常，此时故障牵引所的相邻2个所之间已经单边供电（故障牵引所退出运行）电调确认以上动作后，应尽快进行大双边越区开关操作，由单边供电转换为大双边供电运行方式。

案例二：本所无人值班情况

如果发生直流框架保护动作的故障牵引所无人值班，那相邻牵引变电所肯定有人，（一般运营值班模式为隔所值守）一旦故障所发生直流框架保护动作，相邻牵引引所值班人员得到信息后，应迅速将直流开关柜侧面板处将与故障所联跳转换开关转换到切除位置，解除与故障牵引所的联跳装置，联跳装置解除后故障牵引所相邻牵引所被联跳的开关会自动重合，说明线路正常，此时故障牵引所的相邻2个牵引所之间已经边供电（故障牵引所退出运行）电调确认以上动作后，应尽快进行大双边越区开关操作，由单边供电恢复为大双边供电运行方式。

5总结

目前由于钢轨电位的升高与多种因素有关，钢轨电位的升高除了与供电回流系统，负回流是否畅通有关外，还和客运辆运行工况、轨道绝缘泄漏电阻、杂散电流防护等很多因素有关，一旦钢轨电位升高到整定值，钢轨电位限制装置应该首先动作，只要调整好钢轨电位限制装置和电压型框架保护时间配合关系，就可以有效避免电压型框架保护误动作情况的发生，一方面可以有效减少由于框架保护误动作造成的大面积接触网停电，影响行车。另一方面可以有效保护直流设备安全和线路上人的生命安全。一旦发生框架保护动作，供电人员应立即按照事故抢修预案，按照应急处理程序及时恢复接触网供电，确保地铁正常运行。

参考文献：

[1]刘建华，李艳，刘旭.框架保护与钢轨电位限制装置保护的研究[J].城市轨道交通研究，2015，18（10）：53-56.

[2]许蓓.城市轨道交通钢轨电位过高原因及限制措施研究[D].中国矿业大学，2015.

[3]刘建华，刘旭，许蓓.地铁钢轨电位限制装置与排流柜配合研究[J].电测与仪表，2014，51（21）：120-123.

[4]肖明辉.区间牵引变电所设置钢轨电位装置问题分析[J].电气化铁道，2011，22（02）：39-41.