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浅析地铁直流牵引供电系统中框架保护

在地铁直流牵引供电系统中，为了给机车提供DC1500V电

源，每个牵引降压变电所内设有两套整流机组（整流变压器+

整流器），将电压等级为35kV的交流电源转换为DC1500V电

源送到直流母排，直流母排通过馈线断路器向接触网供电。

而接触网采用双边供电方式，在每个区间内的接触网由两个

变电所供电。地铁直流牵引供电系统的安全可靠运行是列车

安全运行的前提和保证。而直流牵引供电系统设的框架保护

其主要功能是将直流设备内发生的短路故障迅速切除，防止

故障点以外的部位受牵连，确保列车、设备、乘客的人身安

全。

一、框架保护的作用

地铁直流供电系统设备采用绝缘安装,当直流设备内的

1500V正极对设备外壳发生泄漏或直流带电设备对直流柜柜

体发生泄漏以及绝缘损坏闪络时，如不及时切除,容易造成短

路电流达几万安的正极对负极间的短路事故，不仅会对直流

设备造成严重危害，而且也威胁到人身安全。基于直流设备

安全供电的考量，将直流设备内发生的短路故障迅速切除，

直流供电系统设置了直流框架保护，框架保护就是当正极对

柜体外壳发生绝缘损坏时,及时切除故障,保证系统的安全运

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行。一般情况下,框架泄漏保护动作后,将使本牵引变电所直

流断路器及相邻牵引变电所向相同供电区段供电的馈线断路

器跳闸,并闭锁合闸。此时,为了恢复地铁列车的供电,应及时

退出本牵引变电所直流设备,复归框架泄漏保护动作信号,通

过接触网越区隔离开关合闸,实现相邻牵引变电所对故障变电

所供电区域接触网的供电。因此,框架泄漏保护动作会造成大

面积的牵引网停电,且隔离故障恢复送电时间长,对地铁运营

影响大。

二、框架保护的应用

地铁直流供电系统均设置有框架保护。框架泄漏保护装置

由电流元件和电压元件组成。电流元件可检测直流设备由外

壳至接地网的故障泄漏电流;电压元件测量直流设备外壳与直

流设备负极之间的电压,一端接直流设备外壳,另一端接直流

系统负极，即电流型框架保护。电压元件检测到的电压等价

于钢轨和地之间的电压，即电压型框架保护。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）工作原理

直流牵引供电设备内部绝缘材料一旦失去功效，便可能危

及人身安全，为防止人身伤害事故发生，可将直流系统框架

泄漏保护装置安装在牵引降压变电所内，该保护主要包括反

映直流泄漏电流的过电流保护以及反映接触电压的过电压保

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护，而过电压保护还作为钢轨电位限制装置的后备保护与车

站的钢轨电位限制装置相配合。框架保护中过电流保护测量

的是框架外壳对地的泄漏电流，过电压保护测量的是框架与

负极（钢轨）间的电压。这些信号均由装于负极柜内的PLC

获得。在框架保护系统里有一个很重要的部分--轨电位装置。

轨电位是钢轨（负极）对地的电压。轨电位装置的动作特性

是：当轨电位上升到直流60V时，轨电位装置合闸一次后分

开，若轨电位再上升到直流90V时，轨电位装置第二次合闸

后分开，轨电位第三次上升到直流150V时，轨电位装置将永

久合闸。变电所内直流牵引系统的部分设备（包括直流开关

柜、负极回流柜、整流器柜）采用绝缘安装，其外壳不是直

接接地，它们通过电缆接在一起，然后连到负极柜，经过分

流器再接到公共地网。电压型框架保护判断整流器负极与整

流机组外壳之间的电压，当测量的电压值大于定