轨道交通框架保护及轨电位限制系统设计
地铁直流牵引供电系统保护原理及配置简析
地铁直流牵引供电系统保护原理及配置简析摘要：轨道交通牵引供电系统普遍采用直流系统，为了保证列车正常运行和在故障情况下保障设备及人身安全，需要对直流供电系统配置详备的保护系统，本文主要分析了直流保护系统设计需考虑的因素及一般的整定计算的方法。
关键词：直流保护；计算方法；保护配置1引言随着我国国民经济的持续发展，城市交通日趋紧张，而地铁成为解决大中城市交通拥挤问题的最佳方案。
为了降低工程造价，设备国产化又是发展的主要原则。
目前，在地铁直流供电继电保护领域内，国产保护设备还处于起步阶段，国内主要城市的地铁直流保护均采用进口一体化设备，主要有Siemens公司的DPU96和瑞士Sechron公司的SEPCOS。
本文提出了直流牵引供电系统保护配置要求、原则以及整定计算方法，通过对直流保护系统原理的分析，希望能对轨道交通直流供电系统保护设备的国产化有所帮助。
2直流保护系统配置原则及应考虑的主要因素对于不同的地铁牵引供电系统，直流牵引系统的保护配置可能不相同，但是保护的作用是相同的。
牵引变电所内的直流系统的故障形式主要有：短路故障，过负荷故障，过压故障等，最常见也是危害最大的属短路故障。
短路故障与发生的短路点位置和短路性质密切相关，直流短路系统保护装置应能保证系统在发生短路故障时能够快速、有选择性切掉故障线路；在系统过负荷时能够发出报警；在故障消除后能够尽快的恢复供电。
另外在保证系统能够安全可靠供电的前提下，直流保护系统配置应力求简洁，避免保护配置过多，增加保护配合难度，同时也增加了工程投资费用。
基于以上原则，直流保护系统同时应考虑以下因素：（1）各种保护之间的相互配合关系，保证在直流系统发生短路故障时能可靠地切除故障；（2）保证列车正常运行时不会误跳闸而影响列车运行，能够避免列车的启动电流的影响和列车过牵引网分段时冲击电流的影响；（3）1500V直流馈线的保护配置应保证直流供电系统正常及越区供电情况下牵引网在近端、中部及远端发生短路故障时均能快速跳闸。
北京地铁大兴线钢轨电位限制装置瞬动原因分析与优化设计
北京地铁大兴线钢轨电位限制装置瞬动原因分析与优化设计随着城市轨道交通的迅速发展，地铁在城市交通中发挥着不可替代的作用。
地铁供电牵引系统为电力机车的运行提供持续不断的直流电源动力，其安全可靠的运行是地铁安全运营的重要保障。
北京地铁大兴线自开通试运营以来，总是出现钢轨电位Ⅱ段多站同时瞬动的异常现象，通过分析轨电位Ⅱ段保护动作的规律特征，查找轨电位升高的原因，提出了解决问题的方案并优化了轨电位二次保护回路的设计，提高了运营效率，保证了运营安全。
标签：地铁；钢轨电位限制装置；保护设置；优化设计1 供电系统概述北京地铁大兴线全长21.8 km，供电系统由10 kV中压环网系统、动力照明配电系统和牵引供电系统三大部分组成。
牵引供电系统如圖 1 所示，正常运行方式为双边供电，故障运行方式为单边供电、大双边供电。
各种运行方式下，主回流均通过走行轨直接回流至负极。
由于短路电流的存在，可能会引起回流回路和大地间产生超出安全许可的接触电压，因此，需要在车站回流轨（钢轨）和接地端子之间装设钢轨电位限制装置（OVPD）。
此外，杂散电流通过排流柜收集，然后统一接至负极，从而保证对隧道和车站结构及金属管线的保护。
2 钢轨电位限制装置工作原理2.1 系统构成钢轨电位限制装置系统构成如图 2 所示，主要由复用开关、电压测量元件、PLC 逻辑控制模块等组成。
当发生超出安全许可的接触电压时，此钢轨电位限制装置就将钢轨与大地快速短接，使钢轨电位下降，从而保证旅客和工作人员人身安全。
2.2 基本原理钢轨电位限制装置工作原理如图 3 所示。
复用开关由晶闸管元件和接触器组成，在正常情况下，直流接触器的触头是断开的，同时晶闸管处于截止状态；在轨道电位异常的情况下，可以将钢轨与大地用等电位母线短接。
钢轨与大地之间的电压由电压表监测并显示，而电压测量元件U>、U>>、U>>> 判断电压是否超过设定值，进而晶闸管模块执行相应的动作。
浅谈地铁直流系统中框架保护原理及处理程序
浅谈地铁直流系统中框架保护原理及处理程序摘要：地铁列车的供电系统中，需要针对故障进行保护动作及预防操作，一般情况下地铁正常运行需要直流电的供给，但是直流电路在实际运行过程中会产生电流泄露的情况，对电流柜及其他设备产生影响，因此会发生短路及其他故障，对地铁列车的安全运行带来影响。
文章主要针对地铁直流系统中框架保护原理进行分析，并对相关的应急处理及故障处理进行探究，以期帮助工作人员熟悉流程，提升工作效率。
关键词：直流框架；保护原理；处理程序一、地铁直流系统中框架保护原理分析1、进行框架保护的原因对地铁供电系统中的故障进行事先预防，能够保证整个牵引系统的安全运行，从而提升列车的运行效率。
针对地铁列车运行故障预防最有效的办法就是设置保护措施，具体的方法有定时限过流保护、大电流保护、电流上升率及电流增量保护、超载荷保护、逆流保护以及直流框架保护。
在实际运行过程中需要根据实际情况选择保护方案，也可以采用多种保护方案一起使用，从而提升保护效果，以便在运行过程中及时发现问题并及时解决。
对地铁列车运行进行保护还可以采用改变供电运行的办法，这样就可以提供较为安全稳定的供电保障，从而满足其正常运行需求。
对地铁列车进行框架保护的另一个原因就是绝缘安装的直流牵引系统存在电流泄露的风险，如果发生隐患的电流过小，那么便会引发其他保护装置的保护行为，如果漏电范围在可监测范围内，并且电压超出了设定的数值范围，那么保护装置就会自动进行保护动作，从而避免事故发生。
2、框架保护的原理如果将框架保护按照其动作类型划分，那么直流框架保护能够分为电压型和电流型，这其中的电流型作为主要的保护方式，电压型是后备用的保护手段，不仅能够为直流电压框架提供保护，还能够为轨道电位限制装置提供保护。
电流型框架保护的工作原理主要是对泄漏电流进行监测，如监测到设定范围内的泄漏电流，那么保护装置就会启动保护工作。
故障发生的主要原因就是设备绝缘状态发生改变，使得泄漏电流达到设定数值，电流型框架保护所采取的措施就是切断线路开关（包括整流变高压侧开关、直流侧进、馈线开关），从而使其跳闸。
地铁直流系统保护原理解读
地铁直流系统保护原理解读一、直流框架保护1、概述：地铁直流供电系统主要由牵引降压变电所、架空接触网、钢轨三部分组成。
每个牵引降压变电所内有两个整流机组，将来自110 kV /33 kV 主变电站的交流33 kV 经整流变压器降压为AC1200V交流电，经整流器组将AC1200V交流电变为直流DC 1500 V直流电后, 通过直流开关柜向接触网供电。
一般来说，正常情况下1号馈电线向下行方向接触网供电，2号馈电线方向上行接触网供电。
每个区间内的接触网由两个牵引变电所同时供电，称为小双边供电方式。
双边供电的优点是供电可靠性高，也可提高接触网电压水平，减少电能损耗。
当任一牵引变电所因故障不能正常供电时，该故障牵引变电所退出运行，即断开该馈线断路器，合上馈线越区隔离开关。
故障牵引变电所担负的供电臂经由相邻牵引变电所实行越区供电，此时称为大双边供电方式。
因地铁直流供电系统是不接地系统，即直流柜对地是绝缘安装。
当直流带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏闪络时，为了及时将直流设备内发生的短路故障迅速切除，故直流系统设置了直流框架保护。
如果发生直流开关带电设备对直流柜柜体发生泄漏或绝缘损坏或直流1500 V 开关柜的正极与柜体发生故障时, 对设备尤其对人身安全会造成严重威胁,框架保护动作切断直流开关，确保设备安全。
为了设备和人身的安全,。
2、保护原理框架保护分为电压型框架保护和电流型框架保护保护两种（详见直流框架保护原理图）。
牵引变电所直流供电设备内部绝缘材料绝缘性能降低或失去功效，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。
（1）、柜架泄漏电流型保护：装置设置二段式框架泄漏电流保护，框架泄漏电流保护可以切除绝缘安装的直流开关柜或整流器柜内发生正极与框架短路故障。
轨道交通牵引供电系统框架泄露保护与散电流防护技术
轨道交通牵引供电系统框架泄露保护与散电流防护技术摘要：地铁牵引供电系统在当前电力中以独有的直流系统及1500V电压、相关设备系统等，自成一派。
本文主要是如何更好地防护地铁牵引供电系统的杂散电流进行探讨，供同行借鉴参考。
关键词：地铁牵引供电；框架泄露；杂散电流一、框架泄露保护作用框架泄露保护作为直流供电系统中特有的保护，其主要监测直流设备接地部分与带电部分的泄露电流及电压。
当电流电压达到一定动作值，甚至短路电流产生时自动启动框架泄露保护，防止故障范围扩大。
二、钢轨电位限制装置（OVPD）与框架泄露保护的相互配合OVPD 的作用是检测钢轨对地的电压，当达到整定值时，OVPD 动作合闸，降低电压，防止电客车与地之间电位过高，威胁乘客人身安全。
由于 OVPD 与框架泄露保护均监测钢轨对地电压，二者之间的配合有必要进行说明。
OVPD 合闸可认为是降低钢轨与地之间电位的手段之一，不过长期看来，这对金属结构的腐蚀有较大影响，因此不建议采取此类办法。
同样，框架泄露保护电压元件动作也是通过排泄的方法来降低钢轨对地电压，只不过框架泄露保护的影响范围更大、更严重。
OVPD 动作可看作是框架泄露保护电压元件动作的后备保护。
这又牵扯到二者之间的整定值的配合。
根据严重程度来看，只有在OVPD 动作合闸后危险电压仍不能消除时，才能启动后备保护的框架泄露保护。
三、框架泄露保护动作范围（1）If 1（直流柜框架正向电流）保护动作当直流柜侧出现框架正向电流（达到设置门限）时，负极柜会发出联跳信号：联跳本站所有直流馈线断路器并闭锁合闸和重合闸；联跳本站 2 台 35k V 整流断路器及 2 台直流进线断路器并闭锁合闸；联跳邻站同区域的直流馈线断路器并闭锁重合闸，不闭锁合闸。
所间联跳传递信号为脉冲信号。
（2）If 2（整流器框架正向电流）保护动作当整流器侧出现框架正向电流（达到设置门限）时，负极柜会发出联跳信号：联跳本站2 台 35k V 整流断路器及 2 台直流进线断路器并闭锁合闸。
地铁轨电位保护柜单片机系统设计
地铁轨电位保护柜单片机系统设计摘要：目前，我国城市轨道交通快速发展的同时已出现一些不容忽视的问题，如地铁轨道与站台间(钢轨与结构钢间)出现的异常电压威胁乘客和地铁员工的安全。
本文针对此问题探讨地铁轨电位保护柜单片机系统设计的必要性以及其设计方案。
关键词：地铁轨电位；保护柜；单片机目前，中国的北京、天津、香港、上海、广州、深圳等较大城市都出现了地铁，也有许多二线城市的地铁也在紧锣密鼓地修建之中。
因为地铁舒适、快捷和便利的特性，受到人们的普遍青睐，地铁也就成为了许多城市交通的重要组成部分。
在地铁系统中，钢轨与地之间会形成了高电位差，严重影响着人员安全。
而现轨电位保护柜又存在着一些不良因素。
因此，设计出一个科学合理的系统方案非常必要。
本文论述地铁轨电位保护柜的我单片机系统设计，供同行人员借鉴。
1单片机系统设计必要性1.1地铁轨电位严重危害人员安全在地铁系统中，电源的正极通过接触网到机车取流流经钢轨回到电源的负极，钢轨对地是绝缘安装，钢轨作为回流轨，存在着电阻。
机车取流需求大时，根据欧姆定律得知：泄漏电阻不变，泄漏电流随负荷的增加而增加，地与钢轨之间的电压也随负荷的增加而增加，所以钢轨与地之间就形成了高电位差。
地铁轨电位会造成乘客和工作人员的触点，严重危害人员安全。
1.2轨电位限制装置的工作原理轨限制装置(OVPD)采用户内型,安装于车站变电所内,由接触器、晶闸管回路、测量和操作回路、信号接口端子、保护装置、状态显示设备等组成,其一次电气原理见图1。
OVPD为接触器(带晶闸管)短路装置。
在正常情况下,直流接触器的触头是断开的。
在非正常情况下,通过三级电压检测系统控制短路装置与大地有效短接。
采用了闭环控制,即使在辅助电源失去情况,也可以保持将钢轨与大地短接,以保障人身安全。
一旦电源恢复,短路装置将恢复断开。
其二次电气原理如图2所示。
图1轨电位限制装置图2 轨电位测量回路OVPD的整定为:当轨电位达到90 V时,持续800msUⅠ(Ⅰ段保护)动作接触器合;当轨电位达到150V时,UⅡ(Ⅱ段保护)瞬时动作接触器合;当轨电位达到600 V时,UⅢ(Ⅲ段保护)瞬时动作晶闸管导通同时接触器合。
地铁直流牵引供电系统轨道电压限制装置的保护研究
2.1漏电保护装置由电流单元和电压单元组成。电流元件可以检测到直流设备从外壳到接地网络的泄漏电流；电压分量测量直流设备外壳与直流设备的负极之间的电压，直流设备外壳的一端，直流系统的另一端为负。电压元件所检测到的电压，等效于钢轨与地面之间的电压。在运行过程中，实现了检测到的故障电流和电压。一般来说，牵引变电所的直流开关箱排在一排，负极柜和整流柜分别排好，绝缘安装分开。两套直流设备通过连接电缆连接到地面。负电极的电流元件连接到牵引变电所的单点。
3.2使用差异钢轨电位限制装置动作后将走行轨与结构地短接，由接触器或双反晶闸管连接短，无方向性。因此，轨道电位限制装置作为一种临时措施，消除了行走轨道与结构之间的人身安全危险。如果轨道电位限制装置的作用频繁，则会对地铁土建结构的杂散电流的预防产生负面影响，而引起地铁维修人员的注意也不容易。因此，铁路潜在的限制设备经常发生，必须安排人员检查是否有一个不良的接触直流牵引系统的整个电路或返回电缆损坏，等等。如果框架保护了电压元件，它将完全断开车站直流牵引网络的直流开关，这将影响到地铁的正常运行。的影响是显而易见的。
3框架保护电压元件与钢轨电位限制装置的差异
3.1行动后的结果不同框架保护电压元件一般设置两个保护，当走行轨结构实现框架保护电压值电压组件固定值，超过预定时间，电压保护装置的框架将报警并跳上这个站所有直流牵引网络交换机、直流牵引系统，我运行这个网站地铁操作中断，会造成很大的影响。钢轨潜在限制装置在线路和结构上监测到的电压在达到保护设定值后，只会采取短的线路轨和结构，消除危险的电压，但不会跳任何直流开关，直流牵引网络。
地铁直流供电系统框架保护的应用及故障处置措施
地铁直流供电系统框架保护的应用及故障处置措施摘要：地铁通常需要电压为750V或1500V的直流电，在供电过程中容易出现负极柜、整流器柜、直流开关柜等直流设备的电流泄漏故障，通常采取设置直流框架保护的方法，保障直流设备和人员的安全以及地铁的正常运营。
本文分别就设置1套和2套直流框架保护装置实例进行应用分析，简要阐述了框架保护实际应用原理，以及短路、多点接地、元件配合异常等常见故障处置措施，一旦发生保护跳闸故障，相关工作人员要及时做好应急处置，并定期做好设备预防性试验、检查和维护。
关键词：地铁直流供电系统；框架保护；应急故障处置一、地铁直流供电系统框架保护原理直流框架保护按种类可划分为电压型、电流型两大类，其中前者为辅助后备保护措施，后者为主要保护措施，通过检测负极柜、整流器柜、直流开关柜外壳对地的泄漏电流触发保护动作出口。
当直流设备绝缘性能发生变化使泄漏电流超过整定值时，电流型框架保护会自动切断故障断路器，实现跳闸并闭锁自动重合闸，电压型框架保护则是检测直流设备负极和框架间电压，当电压超过整定值时自动启动保护措施。
地铁直流供电系统中当出现接触电压时，会采取钢轨和大地迅速短接的保护动作，使接触器合闸。
二、地铁直流供电系统框架保护的应用1、地铁1、2、3号线框架保护应用实例如图1所示，某地铁1、2、3号线直流供电系统框架保护设置了1套装置，采用对地绝缘安装全部供电设备的方法，安装变电所内的直流开关柜、整流器、负极柜。
如图1虚线范围内所示，在1套装置中将直流供电系统框架进行各设备间的统一电气连接。
电流元件两端分别连接于绝缘设备外壳、单点变电所接地网，电压元件两端分别连接于绝缘设备外壳、直流供电系统负极，可直接测量设备外壳与直流供电系统负极间的电压数值。
系统发生故障引起框架保护动作时，交流中压断路器112和113自动跳闸并实现闭锁保护，故障变电所正极201和202直流进线断路器、211～214直流馈线断路器将统一跳闸并实现闭锁保护，相邻牵引变电所对应直流馈线断路器被联跳并闭锁保护。
城市轨道交通直流系统保护配置及分析
城市轨道交通直流系统保护配置及分析摘要：城市轨道交通供电直流系统在运行过程中，可能发生各种故障和不正常运行状态，会引起系统事故发生，对电气设备和人身安全造成威胁。
直流供电系统的控制和保护对确保轨道交通的安全、可靠运行，具有举足轻重的作用。
针对直流系统的故障形式，对直流系统进行保护配置，并分析各保护的功能。
关键词：城市轨道交通；供电直流系统；保护配置；故障中图分类号：U121文献标识码：A1保护配置典型的牵引变电所电器主接线图如图1所示，牵引变电所将主变电所送来的三相交流电（35KV或10KV）经过降压和整流后变为1500V或750V的直流。
图1 典型牵引变电所电器主接线图牵引变电所内的直流保护系统必须在系统发生故障时快速、准确地切除故障，同时又要避免列车正常运行时保护装置误动作[1]。
直流保护安装在开关柜中，通常保护配置如下。
1.1正极柜正极柜又称为进线柜，如图1中的201、202开关柜。
正极柜的作用是控制直流母线与车站变电所之间的通断，柜内主要由直流快速断路器（或电动隔离开关）、分流器、避雷器、测量与控制单元组成。
正极柜内的主要保护有：大电流脱扣保护、逆流保护。
1.2负极柜负极柜如图1中的2011、2021开关柜，柜内装有手动（或电动）隔离开关，并根据需要设置一套框架泄漏保护装置。
正极柜内的主要保护有：框架泄漏保护、接地保护。
1.3馈线柜馈线如图1中的201、202、203、204开关柜，安装在整机母线和接触网馈出电缆之间，其内配置正极母线、直流快速断路器及相关保护、控制设备。
馈线柜内的主要保护有：大电流脱扣保护、DDL保护、定时限过流保护、低电压保护、接触网热过负荷保护、联跳、自动重合闸。
1.4轨电位限制装置轨电位限制装置用于限制钢轨和地面之间产生较高的电压差，其电压检测及接触器主触点均接于钢轨和地之间[2]。
2保护功能以KF1300直流保护测控装置为例，对直流开关柜内的保护功能进行分析。
2.1大电流脱扣监视大电流脱扣监视用于快速切除近端短路的故障，安装在断路器本体内。
地铁直流牵引供电系统框架保护与轨电位之间的匹配关系
地铁直流牵引供电系统框架保护与轨电位之间的匹配关系作者：李妍来源：《科技资讯》 2015年第5期李妍（广州市地下铁道总公司运营事业总部广东广州 510000）摘要:地铁直流牵引系统框架保护是供电系统的重要保护，该文对地铁供电系统的框架保护及轨电位装置进行了介绍，分析地铁直流牵引供电系统框架保护及轨电位限制装置的工作原理，根据广州地铁三号线的整定值设置，分析框架保护与轨电位限制整定值之间的匹配关系，随着地铁运营日期的延长，轨电位会发生变化，因此，通过调整和日常的维护校验，能有效地防范保护框架的误动作，进一步阐述框架保护与轨电位限制装置之间配合的重要性。
关键词:地铁供电框架保护轨电位匹配关系中图分类号:U224.8文献标识码:A文章编号:1672-3791（2015）02（b）-0232-011 概述地铁直流牵引供电系统设备采用绝缘安装，钢轨通过绝缘垫与大地绝缘，以减少杂散电流。
每个车站上下行分别设置一台刚轨电位限制装置，每个牵引所设置有框架保护系统。
地铁直流牵引系统框架保护是供电系统的重要保护，框架保护动作后将导致总共12个断路器的跳闸:本所所有的直流开关6个，本所33 kV整流机组高压开关2个，连跳相邻所对故障所方向的直流开关4个。
框架保护动作后断路器不会自动重合闸，会造成接触网大面积停电，影响客运。
因此框架保护的正确动作对整个牵引供电系统来说尤为重要。
钢轨点位限制装置用来监视钢轨电压并限制钢轨电压，保护人身安全。
2 直流牵引系统框架保护原理地铁直流牵引系统框架保护分为电流型保护和电压型保护，为了防止直流牵引供电设备内部绝缘降低时造成人身危险及设备损坏，每个牵引降压变电所内设置了一套直流系统框架泄漏保护装置，该保护包含反映直流泄漏电流的过电流保护还有反映接触电压的过电压保护。
变电所内直流牵引系统设备（包括直流开关柜、负极回流柜、整流器柜）的外壳不直接接地，对地有一定的电阻；所有设备的外壳通过电缆接在一起（简称为框架）经过一个分流器再接到大地。
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船电技术|应用研究 Vol.30 No.11 2010.1162轨道交通框架保护及轨电位限制系统设计金雪丰1郝德清1张文君2(1. 中国船舶重工集团公司七一二研究所，武汉 430064； 2. 武汉理工大学机电学院，武汉 430070)摘要：通过分析城市轨道交通直流系统框架保护及轨电位限制的原因及动作原理，阐述直流框架保护电流保护、电压保护及钢轨电位限制装置动作配合关系及实现方法。
关键词：直流框架保护钢轨电位限制装置中图分类号: TM866 文献标识码：A 文章编号：1003-4862（2010）11-0062-03The System Design for Urban Trait FrameLeakage Protection and OVPDJin Xuefeng1, Hao Deqing1, Zhang Wenjun2(1. Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan 430064, China;2. Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China )Abstract:This paper analyzes the causes and the operating principle of the frame leakage protection and rail over—voltage protection of the DC rail transit system. It introduces an optimum design scheme for the voltage and current protection of the frame leakage and rail over—voltage protection of DC traction power supply system in urban trait engineering．Key words: frame protection; rail over—voltage protection device1 引言城市轨道牵引供电系统采用直流供电方式，实际运行过程经常发生由于钢轨电位升高导致直流框架保护动作，从而导致大面积停电的事故，如1999年6月广州地铁1号线由于钢轨电位升高，直流框架保护动作，引起本所6个直流开关柜和进线2个35 kV整流变柜跳闸，同时分别联跳相邻两个变电所向故障所方向供电的各2个直流开关，导致接触网大面积停电；2005年1月3号，深圳地铁才开通几天，同样由于框架保护动作，导致深圳地铁4号线全线瘫痪近4个小时。
因此，通过分析引起框架保护动作原因，动作原理，设计动作配合合适的框架保护和钢轨电位限制系统尤为重要。
2 保护原理2.1 框架保护原理框架保护有电压和电流二种方式，电流型框架保护主要检测开关柜外壳对系统地的电流；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。
2.2 轨电位限制原理钢轨电位限制装置一端接钢轨，一端接变电所接地网，检测的是钢轨和地之间的电压。
当供电分区没有车辆行驶时，或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，将收稿日期：2010-04-20作者简介：金雪丰(1979-)，男，工程师，研究方向：开关电器设计、系统成套。
Vol.30 No.11 2010.11 船电技术|应用研究 63钢轨与接地网短接，从而降低了钢轨电位，保护在钢轨上行走的人的安全。
3 系统设计3.1 框架保护系统构成框架保护装置设置在负极柜内，由电流保护和电压保护两部分组成，电压保护可本地投入/切除，并可通过PLC 程序修改报警和跳闸整定值。
框架保护动作跳闸后，系统会闭锁被跳开的断路器的合闸，只有当故障消失后，当地复归框架保护后，断路器才能合闸。
本保护逻辑关系如下：图1 框架负地保护系统方案(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)当直流设备绝缘发生变化，设备对柜体外壳放电或短路时，一般电流回路电流达到保护继电器（本方案选用MAS-2过电流继电器）整定值（一般设定为80 A ），电流型框架保护动作，向交、直流开关发出跳闸命令，本所直流柜和整流变柜同时跳闸，并联跳牵引变电所向本区段双边供电左右线开关。
(3)由于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，从而设备会发生绝缘下降而电流型框架保护不动作的情况。
电压型框架保护就是为了弥补这个缺陷。
当电压型框架保护装置检测到设备外壳对负极电压超过整定值时，一般大于95 V 时发出报警信号，大于150 V 时向交直流开关发出跳闸命令，联跳本所和相邻两个牵引变电所的开关。
3.2 轨电位限制装置设计钢轨电位限制装置由复合开关（常闭的MS 接触器及反向并联晶闸管）、监控单元、信号接口端子、保护装置、防凝露加热器、状态显示设备及金属氧化锌避雷器等组成。
主要功能如下：（1）由直流接触器与高性能的反向并联晶闸管并联的复合开关能保证接地系统中正极性和负极性过电压下都能提供有效保护。
接触器的整个合闸时间小于100 ms 。
（2）当钢轨电位限制装置通过电压变送器检测到钢轨与保护地之间的电压差小于电压元件的整定动作值时，钢轨电位限制装置处于断开状态。
（3）当钢轨电位限制装置检测到钢轨与保护地之间的电压差大于装置一段动作电压时，经过一段可调整的延时后，接触器合闸将钢轨与大地有效短接，经一定时间恢复开断，同时确保较低的快速瞬变电压值不会引起接触器的频繁动作。
合闸后到恢复开断前的时间间隔可用时间继电器进行调整，调整范围为0∼120 s 。
当连续动作3次后，短路装置将不再恢复开断，而处在恒定合闸状态。
装置的一段动作电压可在DC40 V ∼DC200 V 范围内调节（本方案动作电压设置为大于90 V 时，钢轨电位限制装置延时800 ms 动作）。
（3）当钢轨电位限制装置检测到钢轨与保护地之间的电压差大于150 V （二段动作电压，动作值可调）时，接触器将无延时地永久合闸，不再恢复开断。
接触器的合闸时间小于100 ms 。
（4）当钢轨电位限制装置检测到钢轨与保护地之间的电压差大于600 V （三段动作电压，动作值可调）时，复合开关将通过晶闸管元件加速合闸，晶闸管回路首先在0.2 ms 内导通，使钢轨与地连接，直流接触器也将无延时合闸。
晶闸管电路在直流接触器合闸后将被复位。
在检测到过电压和接触器在合闸位置后，监控装置（S7200）将自动在事先设定的延时期限后断开接触器，以减少杂散电流对土建结构的影响。
如果过电压继续存在，监控装置会立即检测到并船电技术|应用研究 Vol.30 No.11 2010.1164且接触器将重新合闸。
图2 钢轨电位限制装置方案设计图3 晶闸管组件放电波形（5）监控单元通过电流变送器监视流过钢轨电位限制装置的电流。
当接触器合闸时，监控单元能保证流经接触器的电流降低到其预先设定的安全值之前，接触器不会重新分闸。
预先设定的安全值同时保证接触器仅能在其开断容量范围内分闸。
当检测到超过最大限制电流时锁定接触器，同时发出牵引系统跳闸命令（用户根据实际情况确定是否连接）。
（6）控制电源失电时，直流接触器自动强制将走行轨与大地短接以确保人员和设备的安全。
钢轨电位限制装置检测到轨电位异常、接触器故障和晶闸管故障，发出报警信号。
（7）报警信号的显示及联锁输出须经本地复归后才会消失。
3.3 保护配合关系电压型框架保护与钢轨电位限制装置两者都是检测钢轨电位对地电压，不同的是电压型框架保护的作用是保护直流设备安全，动作于跳闸，切除直流绝缘泄漏或短路故障；钢轨电位限制装置的作用是降低钢轨对地电压，保护线路上行走的人的人身安全，不动作跳闸，牵引直流系统不受影响，列车正常运行。
由于电压型框架保护整定时间大于钢轨电位限制装置，正常情况下当发生钢轨电位升高时，应由钢轨电位限制装置首先动作，使钢轨与地连通，保证线路上人身安全。
当钢轨电位限制装置拒动时，电压型框架保护动作于跳闸。
本系统具体参数如下：当负极电位大于95 V 时电压型框架保护延时1500 ms 发出报警信号；当负极电位大于150 V 时电压型框架保护将延时900 ms 发出跳闸信号。
4 总结通过调整轨电位限制和框架保护时间配合关系，就可以有效避免电压型框架保护误动作情况的发生，一方面可以有效减少由于框架保护误动作造成的大面积接触网停电，影响行车。
另一方面可以有效保护直流设备安全和线路上人的生命安全。
该套系统已在武汉轨道直流供电系统应用，运行情况良好。
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