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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
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
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值时判断为
外壳带电，保护跳开所有整流机组的交流进线开关和直流进
出线开关。框架保护动作后，有一定的联跳情况发生。负极
柜框架与整流柜框架连接在一起，所以整体上只有一套框架
保护装置。当本所框架保护动作之后（电流型或者电压型），
会通过硬线联跳回路，跳开直流开关柜的四个馈线柜以及两
个进线柜（标准站情况）以及两个整流变压器的断路器柜。
电流型，闭锁本所断路器，会发送一个1-2秒左右的联跳信
号，通过双边联跳回路跳开临站的所有直流断路器，并闭锁
邻所开关的重合闸。时间设置是由端子柜中的时间继电器设
定的。当达到设定时间后，不管本所故障状态存在与否，联
跳信号将消失。电压型，本所的直流牵引系统全部跳闸，并

闭锁本所断路器，则不联跳邻所断路器。

（二）故障动作分析

直流泄漏框架保护是地铁供电牵引系统中最重要、影响供
电范围最大的一种保护。框架保护一旦动作,将造成上、下行
共4个供电分区停电,列车运行将瘫痪。直流开关柜发生框架

泄漏故障时,电流元件动作,整流机组35kV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,可通过接触网越区隔离开关实现
大双边供电,但是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。

三、结语

框架