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[摘要]本文介绍了长春轻轨三期工程直流牵引供电设备框架故障保护的优化设计方案。通过对牵引变电所整流器独立设置一套框架泄漏保护装置，可以缩小整流器故障时框架泄漏保护动作的影响范围，提高直流牵引供电系统运行的可靠性和灵活性。
[关键词]轻轨；直流牵引供电；框架泄漏保护；优化设计
中图分类号：U239.3 文献标识码：A 文章编号：
直流牵引供电系统是列车的动力之源，其安全可靠运行是轨道交通运营关注的重点。在确定直流牵引供电系统方案时，应综合分析系统的灵活性和可靠性。一方面考虑列车高密度运行的外部条件，另一方面应考虑当直流供电系统发生故障时，能迅速切除故障点，同时通过相邻牵引变电所及时恢复对列车的供电。
本文以长春轻轨三期工程为例，在直流牵引供电系统的保护设置中，提出了在整流器柜和直流开关柜分别设置框架泄漏保护的方案。该方案可大大缩小整流器柜故障框架泄漏保护动作的影响范围，提高了直流供电系统的可靠性。
1．框架泄漏保护的作用
长春轻轨三期工程供电系统采用交流10kV分散式供电，直流系统采用750 V架空接触网供电；牵引变电所两套整流机组接于同一段10kV母线上，直流开关柜进线开关采用电动隔离开关，馈线开关采用直流快速断路器。
牵引变电所内的直流供电设备采用绝缘安装，主要包括750 V直流开关柜、整流器柜、负极柜等。当直流设备内的750 V正极对设备外壳发生泄漏时，如不及时切除，容易将故障扩大为750 V正极通过设备外壳对负极间的短路事故。而直流系统的短路电流非常大，正、负极短路时的短路电流可达几万安培，对直流设备将造成严重危害。框架泄漏保护是专门针对直流供电设备正极与柜体发生故障时的保护措施。其保护原理是当正极对柜体外壳发生绝缘损坏时，能及时切除故障，保证系统的安全运行。
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同一区段供电的馈线断路器跳闸，并闭锁合闸。为了恢复列车的供电，此时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，通过接触网纵联隔离开关合闸，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，且恢复送电时间长，对轻轨运营影响大。
2 框架泄漏保护的一般设置方案
2. 1 设置原理
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。电压元件检测到的电压等同于钢轨和地之间的电压。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。
长春轻轨工程牵引变电所的直流开关柜、负极柜成排布置，整流器另行布置，分别绝缘安装，采用连接电缆将两组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。长春轻轨一、二期工程均采用这种设计方案。
2. 2 运行方式
直流系统在正常运行时，电流检测回路没有电流通过。当牵引变电所任意直流设备内正极对外壳短路时，接地电流通过电流元件流入接地网，再通过钢轨与地之间的绝缘泄漏电阻回到钢轨(负极)。当直流设备内正极对外壳短路时，地电位升高，电压元件会在钢轨和地之间检测到一个电压。当这个电压大于电压元件整定值时,电压元件应在整定的时间动作。当接地电流达到整定值时，框架泄漏保护的电流元件动作，使整流机组的交流10 kV进线断路器及本牵引变电所的所有直流断路器跳闸，并联跳相邻牵引变电所向相同区段供电的直流馈线断路器。故障排除以后，必须人工复归框架泄漏保护，所有交流和直流断路器才能重新投入，恢复系统供电。
2. 3 故障影响范围
当牵引变电所任意直流设备内正极对外壳短路时，框架泄漏保护装置无论是电流元件还是电压元件动作，不但本牵引变电所解列退出运行，同时将导致相邻牵引变电所的馈线断路器跳闸停电并闭锁断路器合闸。此时必须及时进行倒闸作业，通过接触网纵联隔离开关实现越区供电，将故障牵引变电所隔离。框架泄漏保护动作将直接导致大面积停电，且恢复送电的时间过程长，对列车运营造成极大的影响。
3 框架泄漏保护优化设置方案
3. 1 设置原理
一般情況下，整流器是在牵引变电所直流设备中相对比较容易出现故障的设备，其故障大部分都会启动框架泄漏保护动作，造成接触网大面积停电，影响线路运营。
长春轻轨三期工程牵引变电所750 V直流母线采用单母线接线，整流器与直流750 V母线正极之间的开关选用电动隔离开关，通过电动隔离开关将整流器故障隔离。两台整流器独立设置一套框架泄漏保护装置，当发生整流器故障时，只需切断直流进线电动隔离开关和整流机组交流10 kV进线断路器，就不会造成直流馈线断路器跳闸和接触网的停电，可缩小事故范围，提高供电的可靠性和灵活性。
长春轻轨三期工程的框架泄漏保护装置的两套电流元件、电压元件分别安装在负极柜和直流开关柜内。
3. 2 故障动作分析
3. 2. 1 整流器发生框架泄漏故障
整流器发生故障一般都会启动框架泄漏保护装置的电流元件动作。在优化设计方案中，整流机组10 kV交流进线断路器跳闸，但直流馈线断路器不跳闸，故障牵引变电所的直流母线越区供电，使接触网不会停电，列车正常运行。
3. 2. 2 直流开关柜发生框架泄漏故障
直路开关柜发生框架泄漏故障时，电流元件动作。在优化设计方案中，整流机组10 kV交流进线断路器以及本牵引变电所所有直流断路器全部跳闸闭锁，同时联跳并闭锁相邻牵引变电所对应向本区段供电的直流馈线断路器。此时，故障牵引变电所解列，通过接触网越区隔离开关实现大双边供电，需要当地排除故障并复归电流元件，才能恢复故障牵引变电所向接触网供电。
3. 2. 3 框架泄漏保护电压元件动作
当钢轨对地电位超过设定值，框架泄漏保护电压元件首先发出报警。当超过一定时限和电压值时，电压元件将发出跳闸信号，将整流机组的10kV交流进线断路器和本牵引变电所所有直流断路器全部跳闸，但此时不联跳相邻牵引变电所对应向本区段供电的直流馈线断路器。
4 结语
框架泄漏保护的设置一直是轨道交通直流牵引供电系统的一个重点和难点。这是因为框架泄漏保护动作后影响范围大，停电面积广，恢复时间长，对列车运行造成的影响大。根据国内轨道交通直流牵引供电系统运行情况，在直流设备中，因整流器发生故障导致框架泄漏保护动作的情况较为普遍。因此通过对框架泄漏保护的优化设置，可以隔离整流器故障导致框架泄漏保护动作的影响范围，保证了直流系统运行的可靠性和灵活性。
参考文献
◎《地铁设计规范》GB50157-2003
◎ 于松伟、杨兴山、韩连祥、张巍《城市轨道交通供电系统设计原理及应用》
◎ 黄德胜、张巍《地下铁道供电》
[关键词]轻轨；直流牵引供电；框架泄漏保护；优化设计
中图分类号：U239.3 文献标识码：A 文章编号：
直流牵引供电系统是列车的动力之源，其安全可靠运行是轨道交通运营关注的重点。在确定直流牵引供电系统方案时，应综合分析系统的灵活性和可靠性。一方面考虑列车高密度运行的外部条件，另一方面应考虑当直流供电系统发生故障时，能迅速切除故障点，同时通过相邻牵引变电所及时恢复对列车的供电。
本文以长春轻轨三期工程为例，在直流牵引供电系统的保护设置中，提出了在整流器柜和直流开关柜分别设置框架泄漏保护的方案。该方案可大大缩小整流器柜故障框架泄漏保护动作的影响范围，提高了直流供电系统的可靠性。
1．框架泄漏保护的作用
长春轻轨三期工程供电系统采用交流10kV分散式供电，直流系统采用750 V架空接触网供电；牵引变电所两套整流机组接于同一段10kV母线上，直流开关柜进线开关采用电动隔离开关，馈线开关采用直流快速断路器。
牵引变电所内的直流供电设备采用绝缘安装，主要包括750 V直流开关柜、整流器柜、负极柜等。当直流设备内的750 V正极对设备外壳发生泄漏时，如不及时切除，容易将故障扩大为750 V正极通过设备外壳对负极间的短路事故。而直流系统的短路电流非常大，正、负极短路时的短路电流可达几万安培，对直流设备将造成严重危害。框架泄漏保护是专门针对直流供电设备正极与柜体发生故障时的保护措施。其保护原理是当正极对柜体外壳发生绝缘损坏时，能及时切除故障，保证系统的安全运行。
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同一区段供电的馈线断路器跳闸，并闭锁合闸。为了恢复列车的供电，此时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，通过接触网纵联隔离开关合闸，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，且恢复送电时间长，对轻轨运营影响大。
2 框架泄漏保护的一般设置方案
2. 1 设置原理
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。电压元件检测到的电压等同于钢轨和地之间的电压。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。
长春轻轨工程牵引变电所的直流开关柜、负极柜成排布置，整流器另行布置，分别绝缘安装，采用连接电缆将两组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。长春轻轨一、二期工程均采用这种设计方案。
2. 2 运行方式
直流系统在正常运行时，电流检测回路没有电流通过。当牵引变电所任意直流设备内正极对外壳短路时，接地电流通过电流元件流入接地网，再通过钢轨与地之间的绝缘泄漏电阻回到钢轨(负极)。当直流设备内正极对外壳短路时，地电位升高，电压元件会在钢轨和地之间检测到一个电压。当这个电压大于电压元件整定值时,电压元件应在整定的时间动作。当接地电流达到整定值时，框架泄漏保护的电流元件动作，使整流机组的交流10 kV进线断路器及本牵引变电所的所有直流断路器跳闸，并联跳相邻牵引变电所向相同区段供电的直流馈线断路器。故障排除以后，必须人工复归框架泄漏保护，所有交流和直流断路器才能重新投入，恢复系统供电。
2. 3 故障影响范围
当牵引变电所任意直流设备内正极对外壳短路时，框架泄漏保护装置无论是电流元件还是电压元件动作，不但本牵引变电所解列退出运行，同时将导致相邻牵引变电所的馈线断路器跳闸停电并闭锁断路器合闸。此时必须及时进行倒闸作业，通过接触网纵联隔离开关实现越区供电，将故障牵引变电所隔离。框架泄漏保护动作将直接导致大面积停电，且恢复送电的时间过程长，对列车运营造成极大的影响。
3 框架泄漏保护优化设置方案
3. 1 设置原理
一般情況下，整流器是在牵引变电所直流设备中相对比较容易出现故障的设备，其故障大部分都会启动框架泄漏保护动作，造成接触网大面积停电，影响线路运营。
长春轻轨三期工程牵引变电所750 V直流母线采用单母线接线，整流器与直流750 V母线正极之间的开关选用电动隔离开关，通过电动隔离开关将整流器故障隔离。两台整流器独立设置一套框架泄漏保护装置，当发生整流器故障时，只需切断直流进线电动隔离开关和整流机组交流10 kV进线断路器，就不会造成直流馈线断路器跳闸和接触网的停电，可缩小事故范围，提高供电的可靠性和灵活性。
长春轻轨三期工程的框架泄漏保护装置的两套电流元件、电压元件分别安装在负极柜和直流开关柜内。
3. 2 故障动作分析
3. 2. 1 整流器发生框架泄漏故障
整流器发生故障一般都会启动框架泄漏保护装置的电流元件动作。在优化设计方案中，整流机组10 kV交流进线断路器跳闸，但直流馈线断路器不跳闸，故障牵引变电所的直流母线越区供电，使接触网不会停电，列车正常运行。
3. 2. 2 直流开关柜发生框架泄漏故障
直路开关柜发生框架泄漏故障时，电流元件动作。在优化设计方案中，整流机组10 kV交流进线断路器以及本牵引变电所所有直流断路器全部跳闸闭锁，同时联跳并闭锁相邻牵引变电所对应向本区段供电的直流馈线断路器。此时，故障牵引变电所解列，通过接触网越区隔离开关实现大双边供电，需要当地排除故障并复归电流元件，才能恢复故障牵引变电所向接触网供电。
3. 2. 3 框架泄漏保护电压元件动作
当钢轨对地电位超过设定值，框架泄漏保护电压元件首先发出报警。当超过一定时限和电压值时，电压元件将发出跳闸信号，将整流机组的10kV交流进线断路器和本牵引变电所所有直流断路器全部跳闸，但此时不联跳相邻牵引变电所对应向本区段供电的直流馈线断路器。
4 结语
框架泄漏保护的设置一直是轨道交通直流牵引供电系统的一个重点和难点。这是因为框架泄漏保护动作后影响范围大，停电面积广，恢复时间长，对列车运行造成的影响大。根据国内轨道交通直流牵引供电系统运行情况，在直流设备中，因整流器发生故障导致框架泄漏保护动作的情况较为普遍。因此通过对框架泄漏保护的优化设置，可以隔离整流器故障导致框架泄漏保护动作的影响范围，保证了直流系统运行的可靠性和灵活性。
参考文献
◎《地铁设计规范》GB50157-2003
◎ 于松伟、杨兴山、韩连祥、张巍《城市轨道交通供电系统设计原理及应用》
◎ 黄德胜、张巍《地下铁道供电》