上海地铁作为城市轨道交通发展最早的城市之一,其牵引供电系统采用DC1500V系统向接触网供电。在地铁运行线路中,发生了很多由于钢轨电位升高,直流框架保护动作,从而导致大面积停电的事故,因此,深刻分析引起框架保护动作原因,调整好框架保护和车站断路器装置动作配合关系显得尤为重要。1直流系统框架保护的作用为保护直流设备的安全,及时切除直流设备内的各种短路故障,直流系统设置了直流框架保护,一旦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,框架保护动作,使有关直流开关跳闸断电,有效切断故障,从而保护设备安全。2直流框架保护分类及原理直流框架保护按动作类型分为电流型和电压型2种。2.1框架保护原理电流型框架保护主要检测设备外壳对地的电流。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框架保护动作特性(1)直流系统正常运行时,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,电流回路电流达到整定值(约大于80A),电流型框架保护动作,向交直流开关发出跳闸命令,该所6个直流柜和2个35kV整流变压柜同时跳闸,并联跳相邻2个牵引变电所向本区段双边供电的馈线开关,共12个开关柜跳闸。(3)由于在城市轨道交通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动作值的要求,从而设备发生绝缘下降而电流型框架保护没动作的情况,而电压型框架保护就是为了弥补该缺陷,当电压型框架保护装置检测到设备外壳对负极电压大于95V时发出报警信号,大于150V时向交直流开关发出跳闸命令,联跳本所和相邻2个牵引变电所的12个开关柜。3车站断路器3.1车站断路器保护原理车站断路器一端接钢轨,一端接变电所接地网,检测钢轨和地之间的电压。通过等电位连接,使人处于等电位状态,降低触电危险。为了降低车体与地之间的接触电压和跨步电压,上海地铁一般在车站设有车站断路器,当钢轨城市轨道交通电气对地电位超标时,可将钢轨与变电所接地母排连接在一起来达到抑制钢轨电位的目的。3.2车站断路器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,危及在钢轨上行走人员的安全。当钢轨电位达到一定值时,车站断路器迅速动作,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人员的安全。目前上海地铁车站断路器由晶闸管和接触器等元件组成,属当今最新技术。当钢轨电位大于90V时车站断路器延时800ms动作,使钢轨与地相连,降低钢轨电位,在连续动作3次后钢轨电位仍然高于整定值,合闸后不再断开;当钢轨电位大于120V时车站断路器在100ms之内合闸;当钢轨电位大于240V时车站断路器晶闸管无延时永久导通,抑制钢轨对地电位,向接触器发出闭锁命令。