框架故障保护与轨电位限制装置保护的配合
【摘要】对框架故障保护和轨电位限制装置保护动作原理、结构进行了剖析，提出了二者之间的配合方案。
【关键词】框架 保护 轨电位 配合 动作
在城市轨道交通的直流设备和电力监控系统技术方案确定过程中，经常会遇到框架故障保护系统和轨电位限制装置保护之间的配合问题。本文拟对框架故障保护和轨电位限制装置的保护原理及二者之间的配合方案探讨如下：
每座牵引变电所在负极柜内设一套低阻抗框架泄漏保护装置，用于防止直流设备内部绝缘损坏闪络时造成人身危险。其原理示意图见图1。由图可知，框架故障保护主要由一个测量泄露电流的元件和一个电压监视元件组成。
用于漏电流监测的分流器—端接地，通过隔离放大器测量漏电流在其两端产生的电压；电压监视通过隔离放大器测量回流钢轨与保护地之间的电位差，可设定报警和触发跳闸参数
在漏电流监测中，采用绝缘方式安装的直流开关设备通过一分流器后接保护地，分流器允许通过的短路电流值按可达100kA考虑。触发跳闸保护的门限值应可调。
在电位差监视中，触发断路器跳闸所遵循的允许接触电压特性曲线符合相关规定；框架故障保护系统的响应比电压继电器陕得多，响应时间与被监视电压的幅度大小无关。
如果另外还有一单独的钢轨电位限制装置将运行轨与保护地短接，则电位差监视选件跳闸信号将延时产生，以使能在二者之间进行选择。
一般要求所有的直流设备(包括整流器和迷流收集装置)机柜安装与地绝缘，通过一个分流器接地，通过采集该分流器的电流值作为框架故障保护的启动条件。
钢轨电位限制装置主要用于保护乘客和运营管理人员的安全，使他们免受存在于车体(运行轨道)和建筑物(车站、车场和梁体)之间的高接触电压的伤害。当发生超出安全许可的接触电压时，钢轨电位限制装置就将钢轨与大地短接，从而保证人员和设施的安全。
钢轨电位限制装置主要由多级电压测量元件和短路复合开关组成，其保护原理示意图见图2。短路复合开关电路由直流接触器和晶闸管并联组成。
正常情况下，直流接触的触头是开断的，晶闸管元件也处于不导通状态。钢轨与大地之间的电压宜由三级独立的电压测量元件(分别用u>、u>>，和u>>>，符号代表)来检测、显示和判断。
在装置检测到的电压小于电压测量元件的整定跳闸值，钢轨电位限制装置的短路复合开关将保持开断状态。当检测到的接触电压大于或等于电压测量元件u>的阀值，则经过一段可调整的延时后，该装置短路复合开关的闭合即将钢轨与大地进行有效短接。如果检测到的接触电压大于或等于电压测量元件u>>的阀值，则该装置短路复合开关将无延时合闸。一旦检测到的接触电压大于或等于电压测量元件u>>的阀值，则复合开关将通过晶闸管元件加速合闸，直流接触器也将无延时合闸。
当钢轨电位限制装置达到预先设定的连续短路次数后，该装置进入闭锁状态(恒定合闸状态)。
框架故障保护的整定值及其与钢轨电位限制装置的配合关系如下：
如果车站已安装了钢轨电位限制装置，则建议框架故障保护不再采用电压监视元件，因为设电压监视元件目的是用于保护人身并非考虑设备安全，而钢轨电位限制装置已经满足了保护人身安全的要求。如果在直流开关柜框架故障保护中再安装电压监视元件，只会增加中压断路器直流开关设备的跳闸次数，进而影响直流牵引网的正常运行。一般情况下，只有当全线没有安装钢轨电位装置时，才在开关柜的框架保护中增加电压监视元件。
如果在框架故障保护中加电压监视元件，并且作为跳闸，则与钢轨电位限制装置之间有一个参数的配合问题。通过对二者用的电压监测元件的设定值不同(如框架故障保护：DC 110v左占；轨道电位限制装置：DC 90v左占)，当轨电位达到各自设定值后的动作延时后(框架故障保护动作延时整定约为“；轨道电位限制装置延时整定约为0．15s)，由于上述二者整定值的差异，从而保证了轨道电位限制装置优先动作，只有在大的故障情况下，电位差不能消除时才延时启动框架泄露保护单元，从而使本站的所有直流开关和对整流器供电的中压断路器跳闸闭锁，并联跳两边相邻变电站双边供电的相关馈线快速开关。
考虑到框架保护元件的安装地点和测量点不同于钢轨电位装置，建议将框架保护的电压元件的动作时间比钢轨电位装置的动作时间至少延时500ms，保证有选择性操作，尽量减少对直流开关设备的不必要跳闸。
