關(guān)于提升框架絕緣和框架保護(hù)可靠性的思考

周小紅 四川管理職業(yè)學(xué)院

成都地鐵供電系統(tǒng)已安全運(yùn)營8年多，供變電專業(yè)就如何提升設(shè)備質(zhì)量、運(yùn)行管理、隊(duì)伍建設(shè)等專業(yè)核心問題不斷探索和積累經(jīng)驗(yàn)。

在運(yùn)營中，直流牽引系統(tǒng)中的框架絕緣在一次安裝質(zhì)量、二次設(shè)計(jì)等方面也暴露出不少問題，也因框架絕緣不佳或二次元件缺陷，發(fā)生過電流型框架保護(hù)誤動(dòng)作的事件?？蚣鼙Ｗo(hù)動(dòng)作后，中斷行車最短時(shí)間也在5-10分鐘，這對地鐵的正常運(yùn)營影響極大。因此框架保護(hù)必須滿足可靠性的要求，針對既有線框架保護(hù)誤動(dòng)情況，減少保護(hù)動(dòng)作對電力設(shè)備的可靠運(yùn)行及列車運(yùn)行安全具有重要意義。

一、框架保護(hù)的原理及動(dòng)作后對運(yùn)營的影響

（一）框架保護(hù)的原理?？蚣鼙Ｗo(hù)有電流型和電壓型兩種。在成都地鐵有線中，電流保護(hù)元件采用的是低阻抗繼電器，其作用是可檢測直流設(shè)備由外殼至接地網(wǎng)的故障泄漏電流，電壓元件采用的是RM4施耐德控制繼電器，RM4控制繼電器一端接整流機(jī)組外殼，另一端接整流器負(fù)極來測量電壓值是否大于定值，如果檢測到電壓高于150V時(shí)經(jīng)過1500ms的延時(shí)后發(fā)了報(bào)警信號，當(dāng)檢測到電壓超過200V并延時(shí)500ms后直流開關(guān)發(fā)出分閘脈沖命令，本站內(nèi)所有直流開關(guān)跳閘并聯(lián)跳本所相同區(qū)間的直流開關(guān)設(shè)備。

（二）框架保護(hù)動(dòng)作后對運(yùn)營的影響。電流型框架保護(hù)測到泄露電流達(dá)到80A整定值以后，電流型框架保護(hù)動(dòng)作，對本所的6個(gè)直流斷路器開關(guān)柜和2個(gè)35kV整流變壓器進(jìn)線柜以及相鄰2個(gè)供電分區(qū)的雙邊供電左右線直流開關(guān)，共12個(gè)開關(guān)柜迅速跳閘，并且在既有線中，必須由人工就地復(fù)歸電流繼電器才可將本所整流變、直流斷路器投入，恢復(fù)正常供電。電壓型框架保護(hù)動(dòng)作后，為了保護(hù)直流牽引系統(tǒng)本所的所有直流開關(guān)全部跳閘，并閉鎖本所相應(yīng)的斷路器。

綜上所述，框架保護(hù)動(dòng)作時(shí)，會(huì)影響該供電區(qū)內(nèi)接觸網(wǎng)斷電，影響行車。因此，框架保護(hù)是重要不可缺少的保護(hù)裝置，如果框架保護(hù)動(dòng)作恢復(fù)供電時(shí)間比較長，所以應(yīng)考慮軌電位等諸多因素引起的誤動(dòng)作使框架保護(hù)動(dòng)作。

二、框架保護(hù)可靠性不高的分析

根據(jù)成都地鐵既有線運(yùn)行過程中框架保護(hù)原理以及框架保護(hù)動(dòng)作故障處理經(jīng)驗(yàn)，可得出造成框架保護(hù)可靠性不高的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（一）框架電流方向的判斷問題。由于在成都地鐵1/2號線中，設(shè)計(jì)之初未充分考慮現(xiàn)場的運(yùn)行工況，電流型框架保護(hù)元器件不能分辨反方向（地到框架在到地）電流。當(dāng)發(fā)生接觸網(wǎng)對地短路故障時(shí)，特別是在近端，產(chǎn)生過大的地中電流，框架絕緣下降或多點(diǎn)直接接地后，造成電流型框架保護(hù)誤動(dòng)作是因?yàn)檫^大的地中電流形成框架反向電流通路。

（二）電流型框架保護(hù)問題是選擇性方面。在本所直流牽引系統(tǒng)中整流器、負(fù)極柜、直流開關(guān)柜、上網(wǎng)隔離開關(guān)柜只共同設(shè)置了兩套電流型框架保護(hù)裝置。如果其中一臺裝置正極對外殼放電時(shí)，達(dá)到定值（80A），這時(shí)電流型框架保護(hù)就會(huì)動(dòng)作，迅速跳本所的35kV整流柜和相應(yīng)的直流進(jìn)出線斷路器，還會(huì)聯(lián)跳相鄰區(qū)段供電分區(qū)的直流斷路器。因保護(hù)動(dòng)作選擇性不強(qiáng)，影響范圍過大并且會(huì)造成行車中斷。

（三）框架電流繼電器抗震動(dòng)干擾的問題 。在運(yùn)營期間，由于列車運(yùn)行造成震動(dòng)可能造成框架電流繼電器接點(diǎn)瞬移，導(dǎo)致框架電流繼電器誤動(dòng)作，對運(yùn)營造成較大影響。

（四）框架電流元件無預(yù)警功能的問題?？蚣茈娏鞅O(jiān)測及出口采用的為框架電流繼電器，保護(hù)出口為硬接點(diǎn)方式，無法對泄漏電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并反應(yīng)，由于設(shè)置的框架電流告警值為80A，當(dāng)系統(tǒng)有80A以下的較大泄漏電流時(shí)無法進(jìn)行實(shí)時(shí)反應(yīng)監(jiān)控，對80A以下的較大框架電流無法進(jìn)行處理及預(yù)防，運(yùn)行管理存在盲區(qū)。

三、提升框架保護(hù)可靠性的整改及建議

結(jié)合上述所述，提出以下建議：

（一）提升框架電流型框架保護(hù)的準(zhǔn)確性。電流框架保護(hù)設(shè)備是采用框架回路串入小電阻分流器，在經(jīng)變送電器轉(zhuǎn)換后傳送給可PLC控制器，經(jīng)PLC精確計(jì)算后，發(fā)出告警或動(dòng)作指令，避免現(xiàn)有電流繼電器震動(dòng)或反向電流造成的誤動(dòng)作，并可實(shí)時(shí)監(jiān)控直流牽引系統(tǒng)的泄漏電流，同時(shí)分別在直流開關(guān)柜和上網(wǎng)隔離開關(guān)柜設(shè)置泄漏檢測元件，用于定位故障范圍，提高故障處理效率。

（二）提升框架電流保護(hù)的選擇性。在成都1、2號線框架保護(hù)設(shè)置情況及現(xiàn)有條件下，可增加一套電流元件用于兩臺整流器和負(fù)極柜的監(jiān)測保護(hù)，直流開關(guān)柜和上網(wǎng)隔離開關(guān)柜由現(xiàn)有電流元件監(jiān)測保護(hù)，電壓型框架保護(hù)配置及范圍不變。目前，香港地鐵機(jī)場快線、荃灣線、深圳地鐵1號線延伸線均設(shè)置兩套電流框架保護(hù)，運(yùn)行效果良好。

四、總結(jié)與展望

直流牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性取決于框架絕緣和框架保護(hù)，在目前成都地鐵直流牽引供電系統(tǒng)中，框架絕緣和框架保護(hù)主要存在故障影響范圍大，不具備電流方向判定功能等具體問題，針對既有線所存在的問題，提出了以下改造方案：

1.在牽混所直流牽引設(shè)備安裝完畢后，品保護(hù)環(huán)節(jié)必須得加強(qiáng)，嚴(yán)格卡控施工的工藝對框架絕緣的影響。

2.增加現(xiàn)有直流開關(guān)柜、整流器柜、負(fù)極柜及上網(wǎng)隔開柜的絕緣板厚度，提高設(shè)備絕緣性能，并且嚴(yán)格把控設(shè)備使用的固定螺栓，均應(yīng)使用絕緣螺栓，提升整體絕緣水平。

3.利用絕緣玻璃膠對直流設(shè)備固定螺栓進(jìn)行封堵，防止粉塵對設(shè)備框架絕緣的影響。

4.對整流器柜及負(fù)極柜框架電流的監(jiān)測可以再增加一套電流型框架保護(hù)元件以減少故障影響范圍，提高故障定位準(zhǔn)確性，并針對直流開關(guān)柜的電流型框架保護(hù)元件設(shè)置延時(shí)。

5.電流型框架保護(hù)元件由原有電流繼電器改為小電阻分流器，增加對泄露電流方向的判定，避免反向雜散電流造成框架保護(hù)誤動(dòng)作情況；

通過以上改進(jìn)方案，可有效提高框架絕緣性能及框架保護(hù)的可靠性，對整個(gè)直流牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行提供可靠保障。