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地铁直流框架保护原理及应急处理程序

1、概述

直流框架保护是一种独特的电源保护装置，仅存在于地铁供电系统中。当框架保护动

作时，将导致地铁牵引系统大规模停电，中断列车运行。许多地铁公司都有过因框架保护

动作导致列车停运的案例：例如，1999年6月，由于广州地铁1号线钢轨电位升高，直流

框架保护动作导致变电站进线的6个直流开关柜和2个35kV整流变压器跳闸。同时，向

故障变电站供电的相邻两个变电站的两个直流开关分别跳闸，导致园区及长寿路前方接触

网大规模停电，影响列车运行42分钟；2022年1月3日，深圳地铁仅开了几天。同样，

由于框架保护的作用，深圳地铁4号线全线瘫痪，影响行车近4小时。通过兄弟地铁的教

训，充分说明了框架保护的重要性和特殊性。因此，我们必须认真了解和熟悉框架保护的

原因和装置的动作原理，调整框架保护与轨道电位限制装置的动作配合关系，掌握框架保

护动作时的应急程序

2、直流牵引系统为什么要设置框架保护

为了保证牵引供电系统的安全运行和接触网的安全供电，有效地排除供电系统的各种

故障，供电系统成功地采用了二次继电保护系统，快速有效地切断了各种故障点，防止停

电范围扩大，最大限度地改变供电运行方式，如退出故障牵引站，解除联跳信号，利用牵

引大双边电源，可及时恢复接触网供电，以确保地铁的正常运营不受影响。设置直流框架

保护是因为在直流开关带电设备泄漏或绝缘损坏闪络到直流柜时，原有的直流保护无法发

挥应有的作用。为了保护直流设备的安全，及时排除直流设备中的各种短路故障，并为直

流系统设置直流框架保护，以防直流开关带电设备泄漏或绝缘损坏直流柜，框架保护动作

将跳闸并切断相关直流开关的电源，有效切断故障，从而保护设备的安全。

3、直流框架保护动作原理

直流框架保护按动作类型可分为电流型和电压型。

框架保护装置原理示意图

3.1电流型框架保护和电压型框架保护的原理：电流型框架保护主要检测设备外壳对

地电流；

电压型框架保护检测的是设备外壳对直流设备负极之间的电压，由于小电阻可以忽略

不计；设备外壳可认为直接接地，钢轨是和直流设备负母排相连的，所以电压型检测的电

压相当于钢轨和地之间的电压。

3.2电流型框架保护和电压型框架保护的动作特性：

(1)直流系统正常运行情况下，设备绝缘良好，电流型框架保护电流回路电流为零，

装置不动作。

（2）当直流设备的绝缘发生变化，设备放电或短路至机柜外壳时，电流回路电流达

到设定值（大于80A），电流模式框架保护动作，并向AC/DC开关发出跳闸命令。变电所

6台直流柜和2台35kV整流变压器同时跳闸，相邻两座牵引变电所左右线两台开关并联向

区间两侧供电，共12台开关柜跳闸。

(3)由于在城市轨道交通的牵引供电直流系统中，直流设备和钢轨都是采用绝缘法安

装，其作用是减少杂散电流的泄漏途径，减少杂散电流对钢轨、钢筋等金属体的电化学腐

蚀，钢轨对地的绝缘电阻是随着绝缘材料的性能变化的，所以电流型框架保护的电流回路

的电阻是不确定的，当电阻很大时，可能会造成电流回路检测值达不到整定值的要求，从

而设备发生绝缘下降而电流型框架保护没动作的情况，所以电压型框架保护就是为了弥补

这个缺

当电压型框架保护装置检测到设备外壳的负电压超过设定值时，大于95v时发出报警

信号，大于150V时向交直流开关发出跳闸命令，使变电所12台开关柜与相邻两座牵引变

电所联合跳闸。

4、钢轨电位限制装置（ov装置）

主接触器混合过电压抑制器可选HVL控制器±150V电源

参数整定控制指令

0..10分流器±180mv010±30mV信号

隔离放大器0..10回流线路运行轨

地电位结构

钢轨电位限制装置原理图

4.1轨道限电位装置的保护原理：轨道限电位装置的一端与轨道相连，另一端与变电

站接地网相连。它检测轨道和地面之间的电压。4.2钢轨电位限制装置的动作特性：

当供电分区没有车辆行驶时，牵引直流系统运行正常情况下，钢轨对地电位为零；当

供电分区有车辆行驶或接触网发生短路故障时，由于钢轨对地泄漏电阻的存在，钢轨电位

快速升高，为了保护在钢轨上行走的人身安全，当钢轨电位达到一定值时，钢轨电位限制

装置迅速动作，将钢轨与接地网短接，从而降低了钢轨电位，保护了在钢轨上行走的人的

人