文章编号：2095－5251（2016）05－0025－03
轨道交通装备与技术第5期2016年9月
成都地铁DC1500V直流牵引系统电流型
框架保护设置及改造
叶东陈继勇
（成都地铁运营有限公司四川成都610081）
摘
要：介绍了城市轨道交通牵引供电系统中框架保护的原理，阐述了成都地铁一号线框架保护的设置情况，通过分析故障案例，针对框架保护的设置与回流网不畅问
题，提出了改进措施。
关键词：城市轨道交通；牵引供电；框架保护；故障；改造
+
中图分类号：U270．381
文献标识码：B
DOI:10.13711/j.cnki.cn32-1836/u.2016.05.011
城市轨道交通直流牵引供电系统为不接地系统，采用走行轨回流，钢轨采用绝缘安装。为了保护
［1］乘客安全，各车站设置了钢轨电位限制装置。为防止杂散电流对直流设备的腐蚀，牵引变电所直流
设备均采用绝缘安装，针对此种情况，直流设备设置
［2］
用于当正极对机柜外壳发生绝了框架泄漏保护，
缘损害时及时切除故障。本文通过分析成都地铁一
号线一起框架保护动作事件，对框架泄漏保护的设置等问题提出处理措施。
1框架泄漏保护设置情况
框架泄漏保护装置由电流元件和电压元件组
成，如图1所示。1．1电流元件
绝缘安装的直流设备外壳通过一个机械保持的电流继电器与变电所接地网单点相连，即作为电流另一端接变电检测回路的继电器一端接设备外壳，所强电接地母排。正常情况下，无电流通过检测回接地电路。当任意直流设备内正极对外壳放电时，流通过电流元件流入地网，再通过钢轨与地之间的泄漏电阻（或合闸的钢轨电位限制装置或投运的排流柜）回到钢轨（负极）。当接地电流到达整定值80A时，框架泄漏保护电流元件动作，本变电所35kV整流机组馈线断路器及直流进出线断路器跳闸，并联跳邻所向相同供电区段供电的直流断路器。
收稿日期：2016－04－22作者简介：叶
东（1982－），男，本科学历，工程师，从事轨道交通高
压供电技术管理工作。
图1框架泄漏保护及钢轨电位限制装置的接线示意图
1．2电压元件
通过电压继电器测量设备外壳与直流设备负极
之间的电压，电压元件检测到的电压等价于钢轨和地之间的电压。当电压值大于电压元件整定值（150V，1500ms），本变电所35kV整流机组馈线断路器及直流进出线断路器跳闸。1．3电压元件与电流元件的配合
发生泄漏时，由于泄漏电流流经通路电阻的不确定性（随绝缘材料的性能变化而变化），若钢轨对地泄漏电阻较大，泄漏电流达不到电流元件整定值，保护不动作；若框架绝缘性能降低，流经电流元件的电流同样达不到整定值，保护不动作。而此时，电压元件可检测到故障时的钢轨（负极）对地电压，达到保护动作。由于电压元件检测到的电压整定值后，
并非均为故障时的电压，其保护选择性较差，因此作
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叶东等成都地铁DC1500V直流牵引系统电流型框架保护设置及改造轨道交通装备与技术第5期2016年9月
为后备保护，弥补电流元件的缺陷。电压元件同样可检测其他一些特殊故障引起的地电位的升高，如接触网对架空地线的短路，起到后备保护的作用。鉴于电压元件的选择性较差且起后备作用，其跳闸范围不同于电流元件，仅本变电所35kV整流机组馈线断路器及直流进出线断路器跳闸。
1．4排流柜和钢轨电位限制装置对框架保护的影响
电压元件检测到的轨－地电压会受到本所排流柜及钢轨电位限制装置运行状态的影响，当排流柜投入或钢轨电位限制装置合闸后，会改变本所及邻近区段轨－地电位的分布（见图2），本所电压元件检测到的轨－地电压绝对值理论上小于等于排流柜二极管上的电压。在此情况下，
框架泄漏电流有良好的通路，
且电压元件检测到的电压值远小于整定值，理论上触发不了电压型保护。在列车启动及运行时，钢轨对地电位可能会升高，此时钢轨电位限制装置和框架泄漏保护的电压
元件均启动，
若直流系统是正常运行情况，框架保护不应动作，故应使框架泄漏保护电压元件的动作时
间整定得比钢轨电位限制装置的动作时间长。若直流系统有故障存在，钢轨电位限制装置合闸后，为故障电流提供了良好的通路，电流元件或其他保护能有效地检测到故障电流，
跳闸动作。图2列车取流时钢轨对地的电位分布示意图
2
故障案例分析
2．1
故障情况
2013年7月19日，成都地铁一号线人民北路站电流型框架保护动作，本变电所35kV整流机组馈线断路器及直流进出线断路器跳闸，联跳邻所升
仙湖和天府广场站向相同供电区段供电的直流断路器，升仙湖至天府广场上、下行接触网停电。2．2检查处理
查阅PSCADA记录，报文显示直流开关电流型框架保护动作，直流开关及整流机组馈线开关全部
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跳闸。跳闸前3h，钢轨电位Ⅱ段保护动作，合闸并
闭锁。检查框架保护二次回路，各元器件功能正常，输入输出信号正常。在检查电流元件时，振动负极柜致使电流元件电流继电器常闭触点闪断，框架保护泄漏误动作。随即更换电流元件，并进行了测试。由于电流继电器常闭触点闪断导致的框架保护误动作情况，与真实泄漏动作情况有差别，又因框架保护未设置故障录波功能，仍无法直接排除有泄漏电流通过的可能，需进一步检查一次设备。通过对框架保护范围内一次设备的检查、测试并未发现导体对框架有泄漏痕迹，确认框架内一次设备工作正常。而在检查一次设备的过程中，框架泄漏保护再次动作，且重复动作2次。利用钳形表测量框架接地电缆，确认有非持续越限电流通过电压元件。
在整流机组、直流开关柜均已退出运行，钢轨电
位限制装置合位的情况下，
框架接地电缆中有电流，推断有2种可能：一是越区运行的隔离开关柜正极
对柜体有泄漏；二是框架绝缘有失效点，钢轨电流经钢轨电位限制装置注入接地网，经接地网流入框架网络，再由绝缘失效点回到接地网，形成接地网的分流支路。
针对以上情况，用钳形表对各开关柜框架连接
电缆及框架接地电缆同时进行检测，
发现隔离开关、整流器框架连接电缆无电流，而直流开关框架电缆
有电流且与接地电缆电流瞬时值基本相等，方向相同。将直流开关框架电缆拆除，拆除后框架接地电缆无电流，证明了泄漏点为直流开关柜。
对直流开关柜绝缘薄弱点进行排查，依次对地脚螺栓连接处绝缘情况和绝缘板拼接处绝缘情况进行检查。经过更换地脚螺栓绝缘垫，清理开孔处的粉尘、铁屑，清理和干燥绝缘板拼接处的污秽物，绝
缘值恢复到设计值。同时，在框架绝缘节点两端接地网处设置了短接线。
2．3原因分析
故障发生前期文殊院至升仙湖钢轨电位突发异常升高故障，致使钢轨电位限制装置频繁动作，且二段动作闭锁合闸的情况增多。由于钢轨电位限制装置处于合闸状态且注入接地网的电流峰值达1020A，而框架电缆接地点与钢轨电流注入点为同一强电接地母排，此处电位高于无限远处零电位，致使绝缘失效的框架网络起到分流支路的作用。正常情况下框架网络与接地网等电位，由于框架泄漏电阻两端，接地网中并联电阻较大（Ｒ1＜Ｒ2，见图3），又因
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此变电所靠近线路尾端，接地网电流向线路中心分流电流大，致使框架分流支路电流较大，当其值大于
保护动作。电流型框架保护整定值80A时，
图3接地网框架支路电流走向示意图
2．4
存在问题
（1）框架绝缘失效，构成接地网支路。①在现
各施工方交叉作业的情况较突出。尤场施工阶段，
其是在牵引降压混合变电所（以下简称牵混所）直流牵引设备安装完毕后，设备房的地面处理、装饰装
风管铺设等进场施工时，若在成品保护环节上卡修、
控不严，将对框架绝缘有一定影响；②框架绝缘的安装，对绝缘板放置、开孔以及设备对位要求较高，因在地下及设备房内施工，借助机械、吊装器具的条件
施工方采用人工拼装、对位的安装方式极易出不佳，
现绝缘板开孔有误差，滚筒、钢钎等施工机具对绝缘板有损伤的情况；③直流牵引设备放置在绝缘板上用螺栓固定，部分固定螺栓未使用绝缘螺栓，因绝缘
造成固定螺栓金属部位碰壳，从而板开孔误差过大，
使整体框架绝缘不良；④直流牵引设备基本安装在
地下区段，若各点封堵不佳，隧道内的金属粉尘将对设备绝缘造成影响。
（2）牵引回流网主回流通道不畅，钢轨电位升高，钢轨电位限制装置合闸后，接地网电流过大。（3）框架保护电流元件，无方向判断功能，选择性差。框架保护装置无故障电流测量、存储、查询功能，无法提早发现故障，且影响故障处理效率。2．5
整改方向
（1）在牵混所直流牵引设备安装完毕后，其他专业进场施工时，必须加强对成品保护环节的卡控，严格控制施工工艺，最大程度地减少对框架绝缘的
影响。
（2）加强框架绝缘施工工艺，确保施工质量，施工单位在安装框架绝缘时，可借助吊装器具进行（简易、可拆卸、可拼接的门型架并配合手动葫芦进行施工），消除人工简单拼装、对位安装不精确的施工弊端。
（3）现采用的绝缘板厚度为5mm，为增强绝缘
1面负极柜、2面上网隔离其中2面整流器柜、能力，
开关柜可直接采用10～15mm厚度的绝缘板。直
小流小车柜采用10～15mm厚度的绝缘板安装后，车出仓时可定制出仓轨道来解决柜体与地面的高度
差问题。上述设备的固定螺栓均使用绝缘螺栓，提升整体绝缘水平。保证各点封堵满足要求，其中直流牵引设备固定螺栓处可采用绝缘玻璃胶进行封
减少金属粉尘对设备框架绝缘的影响。堵，
（4）定期检查维护框架绝缘情况，确保绝缘值满足设计要求。定期检查接地网连接情况，确保各连接处稳固，接触良好。
（5）更换目前的框架保护设备，采用框架回流串小电阻分流器经变送器转换传送毫伏电压给可编程控制器（PLC），经其计算判断后，发出动作指令。对不同的设备如整流器、直流开关柜、隔离开关柜分
接入同一控制器，增强选择性，缩别设置采样回流，
小故障影响范围。设置人机界面，能查询各采样回
路泄漏情况，可提前发现故障并准确判断故障位置，提高维保质量。同样，将电压元件电压继电器更换
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地铁轻轨
文章编号：2095－5251（2016）05－0028－03
轨道交通装备与技术第5期2016年9月
地铁钢轨打磨列车道岔打磨控制
系统自主化研制
王坤
（北京东风电器有限公司
摘
北京100072）
一般依赖于整车设备进口，不要：目前地铁钢轨打磨列车的道岔打磨控制系统，
仅购置成本高，而且后续维修、更新困难，本文重点介绍完全自主研发的GMC16A型地铁钢轨打磨列车道岔打磨控制系统的组成、功能及设计。关键词：地铁钢轨打磨车；道岔打磨；控制系统；自主化
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中图分类号：U213．68
文献标识码：B
DOI:10.13711/j.cnki.cn32-1836/u.2016.05.012
1概况
道岔区域运行品质。
GMC16A型地铁钢轨打磨列车道岔打磨控制系统是完全自主研制的一套系统。列车由2节车（A1、A2）编组，每节车各包含1套独立的动力系统、走行系统及道岔打磨控制系统，每节车装配1个打磨小车，包含8个打磨电机和砂轮，其中有4个特殊单元（打磨角度为0°～－70°，钢轨内侧为负角度），4个普通单元（打磨角度为+20°～－15°），列车可进行编组作业，提高作业效率，也可每节车单独作业，提升作业灵活性。35kV交流断路器并闭锁，并在此设置了一套延时，当联跳本变电所后，若故障电流消失，则不联跳邻站；若联跳本变电所后在延时时间内故障电流未消失，则联跳邻站。通过该改造方案，减小了故障影响范围，发生电流型保护动作时，特别是直流开关柜及上网隔离开关柜，若动作后故障电流消失则不用联跳邻站，有利于提高故障定位的准确性。当整流器柜发生电流型框架泄漏时，保护动作将整流机组退出运行，且不联跳邻所向相同供电分区供电的直流断路器，提高了故障定位的准确性，且不中断行车。参考文献：
［1］苏光辉．钢轨电位过高的原因分析及解决措施［J］．城市轨道交
2007（1）：38－40．通，［2］王明飞，江
安．框架泄漏保护设置分析［J］．都市快轨交通，
2008，21（6）：83－85．□
地铁钢轨打磨列车道岔打磨主要用于有效避开
道岔及护轨有害区域，对单开型道岔钢轨在生产、运输和铺设过程中产生的病害进行修复性打磨，提高
［1］
大幅度提高钢轨利用率，钢轨的平顺性，延长使用寿命，改善地铁车辆运行平稳性，减少噪音，提高
收稿日期：2016－03－30作者简介：王
坤（1986－），工程师，从事铁路男，硕士研究生学历，
机车控制系统的设计开发工作。
欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍与电流采样回路共用1台可编程控为电压变送器，
制器。由此，可以改变电压型保护仅有两段设置的情况，增加电压型保护定值分段数，提高与钢轨电位限制装置和一些特殊故障引起的其他保护的配合度，提高保护选择性和可靠性。
3框架保护改造措施
在既有线设备中，电流型框架保护动作后，影响范围大，无法迅速定位故障范围，成都地铁运营有限公司现已针对该问题提出了增加1套电流型元件对整流器柜及负极柜进行泄漏电流监测，原有的电流型元件对直流开关柜和上网隔离开关柜进行监测的方案。整流柜及负极柜电流型框架保护动作后联跳所有直流进线断路器并闭锁合闸、联跳整流机组35kV交流断路器并闭锁合闸，而针对直流开关柜和上网隔离开关柜的一套电流型框架保护元件动作后联跳所有直流进出、馈线断路器并闭锁，联跳整流机组
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（编辑：缪媚）
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