城市轨道交通直流牵引系统框架保护及绝缘安装分析

高须贤

摘 要：本文分析地铁直流框架保护的重要性及原理，简述地铁直流框架绝缘安装的方法。

关键词：城市轨道交通 框架保护 绝缘安装

中图分类号：TM866 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2014）08（b）-0049-01

1 直流牵引系统为什么要设置框架保护和绝缘安装

框架保护是直流供电系统中特有的保护类型，接触轨为正极，走行轨为负极。电流除了从走行轨返回，还可以从大地返回，这样的杂散电流很大，所以，直流供电系统设计为不接地系统。但是设备外壳是接地的，如果发生正极接地，正极通过设备外壳对负极间的短路电流突然增大，钢轨与车身外壳是相连为负极的，旅客上下车将有严重的生命危险。框架保护实时检测对地绝缘的直流供电设备正极与接地的柜体之间的绝缘状况，在断路情况下，作用于直流断路器跳闸。直流牵引系统正或负一极接地没有什么危害，但是两级都接地后对直流设备影响很大，可能烧坏直流用电设备或使直流用电设备不能正常工作，因此必须进行绝缘安装。

2 直流牵引系统框架保护原理

2.1 框架保护分为电压框架保护和电流框架保护两种

（1）电压框架保护采集信号的对象是负极与设备外壳（地）之间的电位差，在车站装设有轨电位限位装置（短路器），如果负极对地电压升高，即走行轨对地的电压升高，轨电位限位装置直接将钢轨接地，以保证人生安全，但是，如果电压达到整定的值，轨电位限位装置还没有将刚轨接地，电压框架保护动作，所以，电压型的框架保护相当于轨电位限位装置的后备保护。

（2）电流框架保护采集信号的对象是设备的外壳对地的泄露电流，包括整流器柜，负极柜和直流开关柜。其主要目的是保护人生的安全。

（3）运行过程中，通过判断检测到的故障电流和电压，实现保护跳闸切除故障。一般来说，牵引变电所的直流开关柜、负极柜与整流器柜绝缘安装；并采用连接电缆将直流设备的外壳保护接地连接成一个整体，通过负极柜的电流元件与牵引变电所接地网单点相连。

3 直流牵引系统框架保护可靠性提高

在轨道交通运营几年后，会发生框架保护误动作的现象。目前框架保护采用低阻框架保护装置，直流牵引供电系统如果在直流设备内发生正极对壳体的泄露，短路电流会经过壳体、地、轨-地泄露电阻或排流二极管、轨道电位限制装置流回负极母线，这种泄露故障最初一般的短路电流都不大，但如果不及时清除，事故会逐渐发展扩大，短路电流可能由最初的几十安培上升到几万安培。因此为保护直流设备设置专门保护装置，以在泄露初期就及时快速将故障清除，同时也带来了框架保护的高灵敏性，一旦该装置内受潮或粉尘侵入，本所内整流机组高压侧断路器及所有直流断路器跳闸，并联跳同一供电区的相邻牵引变电所直流断路器，并闭锁本所、相邻牵引变电所直流断路器。

4 直流牵引系统设备绝缘安装

由于地铁牵引供电采用直流电源，当牵引电源正、负极不采取绝缘措施与大地接触后，电流流入埋地金属，再从埋地金属体流出，进入大地或水中，因为电流流出部位成为阳极，则在电流流出部位发生激烈的腐蚀。鉴于地铁结构的特殊性，为防止杂散电流对地铁隧道结构金属（钢筋及预埋金属管线等）进行腐蚀，更是为了防止正极与地产生电位差造成安全隐患，牵引系统的正、负极配电柜均采用对地绝缘安装。

设备基础槽钢找平焊接完成后，对各焊点及基础支撑进行打磨和防腐处理。焊点及基础支撑均应先刷一次防锈漆，然后再刷两遍富锌漆。对于湿度较大的地下站设备间，槽钢基础的焊点及基础支撑除做以上处理外，还应再刷一层封闭漆。

由于基础表面漆层平整度误差较大，应进行二次处理，并利用平整度仪检测。检测合格后，用吸尘器清理漆屑及灰尘，并用无水酒精和脱脂棉对基础进行第一次清洗。拆除绝缘板下底面的保护膜，用湿毛巾对绝缘板进行初步清洁。待绝缘板表面干燥后，用无水酒精和脱脂棉再次对绝缘板进行清洗。

为保证设备安装后的绝缘要求，安装绝缘板时其外缘应超出槽钢基础轮廓。根据750 V直流配电系统的最小绝缘距离要求（静态绝缘最小距离为25 mm），在绝缘板底面绘制安装边线。

在槽钢基础上表面涂刷强力胶，严格按绝缘板上绘制的安装边线把绝缘板与基础槽钢粘合、固定。然后，在绝缘板与基础槽钢粘接缝隙处涂刷封闭胶。在柜体安装完成后，用吸尘器对配电柜内部进行二次清理，施工中遗留的金属废料、铁屑及灰尘应作为重点清理对象。清理完成后，除去绝缘板上表面的保护膜，再用无水酒精对绝缘板进行二次清理。最后，用1000 V绝缘电阻表对柜体进行绝缘测试。最小绝缘阻值不得小于2 MΩ。

目前，新建地铁工程设备安装时，地下设备房间非常潮湿，直流设备绝缘安装后，由于潮湿问题，绝缘值往往达不到验收标准2 MΩ的要求。在设备带电前，需要采用许多特别手段，如用抽湿机对变电所进行除湿，用吹风机（热风）对绝缘板进行吹风干燥等方法进行处理。

另外在地铁建设及运行中，会产生许多尘土和金属微颗粒，可能会附着到绝缘板和开关柜的缝隙中，影响直流设备的绝缘。另外绝缘板绝缘性能随着时间增长也会逐渐老化降低，这些也都是影响绝缘安装性能降低的原因。

5 结语

框架绝缘的良好状态是杜绝发生各种短路或者接地故障，是保护人身和设备安全的保证。在施工过程中可以用绝缘摇表对其绝缘安装进行试验，如有不合格的找出其原因按上述步骤进行处理，以达到体框架的对地绝缘不得小于2 MΩ（用1000 V兆欧表测）的标准。

在发电验收时，确因（土建未交工、地下潮湿）环境恶劣条件影响，设备绝缘由安装初期达标，到放置一段时间后，绝缘电阻暂时不能达到2 MΩ的绝缘安装，通常采用以绝缘电阻是否达到50 kΩ（750 V）或100 kΩ（1500 V），做为是否投入临时运行依据，根据实际运行经验，此数值能保证安全运行。但在现场应采取加大除湿、通风力度，努力改变潮湿状态、定期进行测试的措施，随着运行时间延长、潮湿度改善后绝缘电阻会逐渐增加，直到达到验收标准要求。

参考文献

[1] 于松伟，杨兴山，韩连祥，等.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].

[2] 黄德胜，张巍.地下铁道供电[M].endprint