地鐵直流牽引系統(tǒng)框架保護原理及現(xiàn)場應(yīng)急處置

1、電力/電氣化地鐵直流牽引系統(tǒng)框架保護原理及現(xiàn)場應(yīng)急處置趙正波,高衛(wèi)忠(南京地鐵運營分公司,南京210012)摘要:通過對南京地鐵1號線直流牽引系統(tǒng)框架保護設(shè)置及動作原理的簡要闡述,分析直流框架保護中的電流型保護、電壓型保護以及鋼軌電位限制裝置之間的動作配合關(guān)系,提出框架保護動作的現(xiàn)場應(yīng)急處置方法。關(guān)鍵詞:地鐵;直流框架保護;應(yīng)急處置中圖分類號:U22418+2文獻標(biāo)識碼:B文章編號:10042954(2006)09008703致本牽引變電所6個直流開關(guān)柜和2個33kV整流變壓器進線受電柜跳閘;同時,分別聯(lián)跳相鄰兩個牽引變電所向故障所方向供電的各2個直流開關(guān),導(dǎo)致接觸網(wǎng)大面積停電,影響行車42m

2、in;2005年1月,另一地鐵,同樣因某牽引所直流框架保護動作,又由于故障處理人員經(jīng)驗不足,沒有遵循先通后復(fù)的原則,長時間沒將故障隔離,導(dǎo)致地鐵全線癱瘓,影響行車近4h。鑒于地鐵多次發(fā)生因鋼軌電位升高、鋼軌電位限制裝置1概述與電壓型框架保護裝置整定不匹配,導(dǎo)致直流框架保護動作,造成接觸網(wǎng)大面積停電的嚴(yán)重故障,有必要深刻分析直流框架保護的動作原理、動作原因,調(diào)整好直,同南京地鐵直流牽引系統(tǒng)采用DC1500V架空接觸網(wǎng)供電方式,南北一號線共設(shè)有8個牽引變電所,分別給上下行區(qū)間及車輛段提供牽引用電。直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)計為不接地系統(tǒng),對直流供電設(shè)備采用絕緣安裝,鋼軌通過絕緣墊與大地絕緣,以減少雜散電流

3、的泄漏。在國內(nèi),1999年6月某地鐵1高,導(dǎo)為保證牽引供電系統(tǒng)安全運行,有效切除供電系統(tǒng)的各種故障,直流牽引系統(tǒng)采用了多種保護,主要有大電流脫扣保護、定時限過流保護、過負(fù)荷保護、dI/dt+I電流增量保護、雙邊聯(lián)跳保護、接觸網(wǎng)熱保護、逆流保護、直流框架保護等,目的是確?？焖?、有效地切除各類故障,防止擴大停電范圍;同時,通過改變供電6結(jié)語收稿日期:20060512;修回日期:20060703作者簡介:趙正波(1965),男,工程師,1990年畢業(yè)于華東交通大學(xué)鐵道電氣化專業(yè)。的風(fēng)險。因此,最好將4、7供電臂相互交換,以便對供電臂進行檢修和維護,并能防出現(xiàn)維修人員的傷亡事故。鐵路樞紐站的電氣化技術(shù)

4、改造方案比較復(fù)雜,所涉及到的部門比較多,如機、工、供、電、輛等部門;設(shè)計方案所遵循的規(guī)程、規(guī)范也較多,而且還要根據(jù)鐵路樞紐站的具體情況,從設(shè)計方案的可靠性、完整性、技術(shù)經(jīng)濟性進行反復(fù)的比較,才能最終確定最優(yōu)的實施電氣化技術(shù)改造的方案。筆者主要從兗州鐵路樞紐站電氣化技術(shù)改造方案的完整性、技術(shù)經(jīng)濟性、供電的可靠性、維修的便宜性等幾方面進行了有針對性的闡述,以拋磚引玉。參考文獻:1TB100092005,鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范S.2TB1020898,鐵路電力牽引供電施工規(guī)范S.3鐵建設(shè)函2005285號,新建時速200km客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定S.圖1兗州北編組站供電分段示意鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計RAI

5、LWAYSTANDARDDESIGN2006(9)4中鐵電化勘測設(shè)計研究院.兗州樞紐電氣化的設(shè)計文件Z.天津:2005.87© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 電力/電氣化趙正波,高衛(wèi)忠地鐵直流牽引系統(tǒng)框架保護原理及現(xiàn)場應(yīng)急處置運行方式最大限度地保障接觸網(wǎng)供電,減小對正常運營的影響。直流牽引系統(tǒng)組成見圖1。直流牽引系統(tǒng)為絕緣安裝,直流設(shè)備框架通過負(fù)極柜內(nèi)一套低阻抗框架泄漏保護裝置(Ki)與大地接通。當(dāng)直流柜內(nèi)帶電設(shè)備對柜體產(chǎn)生泄漏或絕緣損壞閃絡(luò)時,其泄

6、漏電流不足以啟動其他直流保護裝置動作,為了保護人身和直流設(shè)備的安全,就有必要設(shè)置直流框架保護,一旦框架保護裝置檢測到泄漏電流或接觸電壓大于設(shè)定值時,框架保護迅速動作。合閘動作,使鋼軌與地相連,延時10s后分閘,如果在設(shè)定的時間內(nèi)(60s)連續(xù)動作3次后,鋼軌電位限制裝置合閘后不再分閘;(2)當(dāng)鋼軌電位大于150V時,接觸器無延時動作,不再分閘;(3)當(dāng)鋼軌電位大于600V時,晶閘管在100ms之內(nèi)導(dǎo)通,使鋼軌與地相連,同時接觸器永久合閘。5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側(cè)重于保護直流設(shè)備安全,

7、動作于相關(guān)進出線開關(guān)跳閘,隔離故障直流設(shè)備;鋼軌電位限制裝置的作用是降低鋼軌對地電壓,從而保護人身安全,而且不聯(lián)跳相關(guān)進出線開關(guān),牽引直流系統(tǒng)不受影響,列車仍可正常運行。由于電壓型框架保護電壓整定值大于或等于對應(yīng)的鋼軌電位限制裝置的值,而且動作延時時間較長,正,鋼軌電位,將鋼軌電位鉗;,電壓型框同樣起到了保障人身。從文中所提兩起故障情況分析,當(dāng)時均沒有發(fā)生短路故障,而是由于車輛運行中其他原因?qū)е落撥夒娢坏纳?理應(yīng)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置匹配等方面存在問題,從而因鋼軌電位限制裝置拒動而導(dǎo)致電壓型框架保護裝置動作,造成接觸網(wǎng)大面積停電;又由于對框架保護裝

8、置動作的嚴(yán)重性認(rèn)識不足、人員技能欠佳、相應(yīng)應(yīng)急處理的程序不完善等諸多因素,造成接觸網(wǎng)較長時間停電,嚴(yán)重影響了地鐵正常運營。6發(fā)生直流框架保護動作后的應(yīng)急處理注:Ki框架保護裝置電流元件;PL排流柜;Ku框架保護裝置電壓元件;GDX鋼軌電位限制裝置。圖1直流牽引系統(tǒng)示意3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、種。通常,后備保護,置的后備保護。流來觸發(fā)保護動作。當(dāng)直流設(shè)備絕緣發(fā)生變化,直流設(shè)備對柜體的泄漏電流達(dá)到整定值(80A),電流型框架保護動作,本所內(nèi)所有的直流開關(guān)、35kV整流變壓器進線開關(guān)以及鄰所向本供電分區(qū)供電的直流開關(guān)跳閘。電壓型框架保護通過檢測直流設(shè)備框架對直流設(shè)備負(fù)

9、極之間的電壓(Ku)來觸發(fā)保護動作。由于電流型框架保護裝置(Ki)的阻抗很小,直流設(shè)備框架可看作直接接地,所以檢測的電壓相當(dāng)于鋼軌對地的電壓。當(dāng)檢測到的電壓超過95V并延時1500ms后發(fā)出報警信號;超過150V延時900ms后向交直流開關(guān)發(fā)出跳閘命令,迅速跳開本站內(nèi)所有的直流開關(guān)、35kV整流變壓器進線開關(guān)及鄰所向本區(qū)段供電的直流開關(guān)。4鋼軌電位限制裝置保護原理直流框架保護一旦動作,保護系統(tǒng)就向相關(guān)交直流開關(guān)發(fā)出跳閘命令,致本所內(nèi)6個直流柜和2個35kV整流變開關(guān)柜同時跳閘,并聯(lián)跳相鄰2個牽引變電所向本區(qū)段供電的4個直流開關(guān),共計12個開關(guān)柜跳閘,此時如何快速處置故障,迅速恢復(fù)接觸網(wǎng)供電,對

10、運營顯得尤為重要。南京地鐵35kV牽引、降壓變電所按無人值班所設(shè)計,由控制中心電調(diào)統(tǒng)一監(jiān)控,但由于直流框架保護動作后需人工現(xiàn)場操作“復(fù)位按鈕”或本所(鄰所)的“聯(lián)跳轉(zhuǎn)換開關(guān)”后,電調(diào)方可進行遠(yuǎn)程操作,且鑒于國內(nèi)兄弟地鐵的經(jīng)驗教訓(xùn)和提高接觸網(wǎng)供電可靠性的需要,南京地鐵供電專業(yè)對牽引變電所配置了相應(yīng)的保障人員。具體做法是每隔一個牽引變電所設(shè)置一個鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計RAILWAYSTANDARDDESIGN2006(9)鋼軌電位限制裝置主要用于保護乘客和運營管理人員的安全,通過檢測鋼軌對地電壓進行保護動作。目前,南京地鐵鋼軌電位限制裝置主要由多級電壓測量元件和短路復(fù)合開關(guān)組成,短路復(fù)合開關(guān)電路由直流接觸器

11、和晶閘管并聯(lián)組成,保護動作設(shè)置如下:(1)當(dāng)鋼軌電位大于90V并延時800ms接觸器88© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 趙正波,高衛(wèi)忠地鐵直流牽引系統(tǒng)框架保護原理及現(xiàn)場應(yīng)急處置電力/電氣化值班點,正線7個牽引變電所共設(shè)3個有人值班點,同時安排相關(guān)供電人員進行日常巡視。地鐵供電系統(tǒng)一旦發(fā)生故障,電調(diào)應(yīng)沉著、冷靜,通過控制中心SCADA工作臺確認(rèn)故障所保護跳閘和報警的類型,確認(rèn)停電影響范圍;及時通知值班主任和行調(diào),并指揮現(xiàn)場供電工作人員做好應(yīng)急處置。這

12、里主要就供電巡檢、值班人員針對框架保護動作在現(xiàn)場的應(yīng)急處理程序介紹如下。(1)有人值班的故障所確認(rèn)框架保護動作類型,如果是電流型框架保護動作,在電調(diào)的指揮下,值班人員應(yīng)迅速打開負(fù)極柜后門,按下柜內(nèi)繼電器(MAS2)上的紅色復(fù)位按鈕,使繼電器復(fù)位,完成后應(yīng)迅速關(guān)好負(fù)極柜后門,然后在直流開關(guān)柜端子柜面板處,按下“復(fù)位按鈕”復(fù)位。如果是電壓型框架保護動作,可直接在直流開關(guān)柜端子柜面板處,按下“復(fù)位按鈕”復(fù)位。如果復(fù)位成功,迅速通知電調(diào),電調(diào)可以直接合上本所所有跳閘開關(guān);同時被聯(lián)跳的鄰所開關(guān)自動重合閘。如果復(fù)位不成功,在征得電調(diào)同意后,值班人員應(yīng)迅速將本所直流開關(guān)柜端子柜面板處的聯(lián)跳轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到切除

13、位置,解除與相鄰牽引所的聯(lián)跳裝置。聯(lián)跳裝置解除后,閘。此時本所的相鄰2電(,應(yīng)雙邊供電運行方式值班人員加強對設(shè)備的巡視檢查,防止框架保護再次動作。供電搶修人員盡快查找故障原因,修復(fù)受損設(shè)備,恢復(fù)正常供電。(2)無人值班的故障所如果發(fā)生直流框架保護動作的故障牽引所無人值班,那相鄰牽引變電所肯定有人值班。一旦故障所發(fā)生直流框架保護動作,兩個相鄰牽引所相關(guān)直流開關(guān)被聯(lián)跳,被聯(lián)跳所值班人員在電調(diào)的指揮下,應(yīng)迅速將本所直流開關(guān)柜側(cè)面板處的聯(lián)跳轉(zhuǎn)換開關(guān)(與被聯(lián)跳直流開關(guān)相對應(yīng)的)轉(zhuǎn)換到切除位置,解除與故障所的聯(lián)跳。聯(lián)跳解除后,相鄰所被聯(lián)跳的開關(guān)自動重合,此時故障牽引所的相鄰2個牽引所之間已經(jīng)形成單邊供電(

14、故障牽引所退出運行);電調(diào)確認(rèn)以上動作后,應(yīng)盡快進行大雙邊越區(qū)供電操作,由單邊供電恢復(fù)為大雙邊供電運行方式。之后,供電人員趕赴故障所,盡快查找故障原因,修復(fù)受損設(shè)備,恢復(fù)正常供電。7結(jié)語總之,一旦鋼軌電位升高到整定值,鋼軌電位限制裝置應(yīng)該首先動作,只要調(diào)整好鋼軌電位限制裝置和電壓型框架保護時間配合關(guān)系,就可以有效避免電壓型框架保護誤動作情況的發(fā)生,一方面可以有效減少由于框架保護誤動作造成接觸網(wǎng)大面積停電,影響行車;另一方面可以有效保護直流設(shè)備和人身安全。同時,一旦發(fā)生了框架保護動作,工作人員應(yīng)按照應(yīng)急處理措施沉著應(yīng)對,快速處置,要迅速恢復(fù)接觸網(wǎng)供電,以確保地鐵運營的安全。另外,復(fù)”(”,可通過

15、技),使上述操作由,這樣可加快直,完全先由電調(diào)進行恢復(fù)性供電操作,檢修人員再對故障設(shè)備修復(fù)。完成上述技改后,可將原牽引變電所設(shè)置的值班人員撤銷,真正實現(xiàn)無人值守。參考文獻:1丘玉蓉,田勝利.地鐵直流1500V開關(guān)柜框架泄漏保護探討J.電力系統(tǒng)自動化,2001,25(14).2李威.地鐵雜散電流的監(jiān)測與防治J.城市軌道交通研究,2003(4).3龐開陽,高勁.直流牽引供電系統(tǒng)框架保護的運行分析及探討J.地鐵科技,2002(2).4張華英.地鐵直流牽引供電系統(tǒng)保護配合的探討J.電氣化鐵道,2001(3).5丁光發(fā),劉臻.直流牽引系統(tǒng)正極接地保護方式的探討J.都市快軌交通,2004(5).青藏鐵路通

16、車以來各項設(shè)備運用良好青藏鐵路全線通車運營以來,在鐵路部門積極努力下,各項設(shè)備運用良好,高原旅客列車性能穩(wěn)定可靠,確保了列車在高原環(huán)境下安全、快捷、舒適地運送旅客。據(jù)鐵道部有關(guān)方面負(fù)責(zé)人介紹,青藏客車首創(chuàng)的一系列新技術(shù)基本滿足了青藏鐵路高原缺氧、低溫低壓、多年凍土、生態(tài)脆弱、日溫差大、紫外線強、大風(fēng)沙、雨雪和雷擊頻繁等特殊環(huán)境的運行要求。開行一個多月,青藏鐵路高原旅客列車性能穩(wěn)定可靠,供氧系統(tǒng)性能良好,滿足了旅客在高原旅行時吸氧的需求。列車污水收集裝置使列車在青藏線格拉段運行時,實現(xiàn)了污物、污水的集中收集、排放,達(dá)到了零排放目標(biāo)。青藏鐵路全線配備先進的電力遠(yuǎn)動系統(tǒng),能夠?qū)θ€供電設(shè)施進行全天候監(jiān)控,迅速查