郑州地铁十号线医学院站DC1500V负极柜电流型框架保护故障分析

郑州地铁十号线医学院站DC1500V负极柜电流型框架保护故障分析

吕晓冬

中铁电气化局集团第三工程有限公司

摘要：针对郑州地铁十号线医学院站DC1500V负极柜电流型框架保护跳闸，结合电流型框架保护原理和跳闸数据，进行故障分析。

关键词：框架保护

Abstract: This paper analyzes the DC 1500v negative pole cabinet current-type frame protection tripping in the Medical College Station of Zhengzhou Metro Line 10, combining the current-type frame protection principle and tripping data.

Keywords: framework protection。

0 前言

在地铁供电系统中，直流供电设备采用绝缘安装，包括DC1500V直流开关柜、整流器柜、负极柜等。当直流设备内的DC1500V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DC1500V正极通过设备外壳对负极间的短路故障，而直流系统短路电流非常大，正负极间短路时的短路电流可达几万安，将对直流系统造成严重的破坏。框架保护是专门针对直流供电设备对正极与柜体发生故障时的保护措施。

1框架保护概述及原理

（1）直流框架保护以动作类型分为电流型和电压型两种。

图1

（2）电流型框架保护主要检测设备对地的电流：电压型框架保护主要检测设备外壳对直流设备负极之间的电压，设备外壳通过小电阻接地。

（3） 当直流系统正常运行时，设备绝缘良好，电流型框架保护回路电流为零，装置不动作；当直流设备绝缘发生变化时，设备对柜体外壳放电或短路时，电流回路电流达到整定值时，电流型框架保护动作，向交直流开关发出跳闸命令，本所所有直流柜和2个35kV整流变柜同时跳闸，并联跳相邻两个牵引变电所各两个向本区段双边供电上下行开关。

2故障分析

（1）故障概述

2023年8月27 日郑州地铁十号线医学院站在停电后再次投入能馈装置时，负极柜发生电流型框架保护 (直流开关柜侧) 动作，联跳所有直流进线柜及相应 35kV开关柜。故障发生后我对医学院站所有直流柜 (含负极柜) 进行详细检查并下载相应跳闸波形及数据。

图2框架电流 2 跳闸记录

（2）故障跳闸数据分析

负极柜框架保护定值：II段框架泄漏电流跳闸定值为 80A，延时 10ms。

图3框架电流保护定值

（3）负极柜跳闸波形分析

根据负极柜保护装置跳闸波形可知 (如图4示)，直流柜侧框架电流在- 10ms 时 电 流 为 -200A (框 架 电 流 分 流 器 为 20mV/200A ， 框 架 电 流 可 测 量 范 围 -200A~0A~200A)，0ms时电流为 89A。

框架电流 2 曲线符合框架电流保护跳闸定值要求。负极柜框架保护正确跳闸

1

动作。

图4框架电流 2(直流柜侧) 波形

（4）直流进线柜跳闸曲线分析

负极柜框架保护动作时联跳了所有直流开关柜，直流进线柜记录了当时跳闸 的相应电流波形。201 进线柜电流曲线如图5示，202 进线柜电流曲线如图6示。 根据跳闸波形可知，在框架电流保护动作时，两台进线柜均能测量到约 10ms的 电流突变情况。201 进线柜测量到最大电流为 2914A，202 进线柜测量到最大电

流为 2842A。

图5 201 电流波形

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图6202 电流波形

（5）直流 218 能馈馈线柜跳闸曲线分析

218 能馈馈线柜被联跳后记录了相应的电流波形，相应电流波形如图 6 示。218 被联跳时记录到约有 10ms的电流突变情况，最大电流为 6172A。

图7218 电流波形

（6）直流柜侧分析

根据两台进线柜及 218 能馈馈线柜电流曲线分析，故障发生时两台直流进线 柜的馈出电流总和约等于 218 能馈馈线柜馈出电流。根据能量守恒定律，可分析 出两台直流进线柜的馈线电流全部经 218 能馈馈线柜馈出。218 测量的电流是在 断路器下端，分流器与进/出线电缆连接排 (馈出母排为至能馈装置的直流电缆) 直接连接，如图8示。

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图8直流开关柜馈出母排示意图

根据以上分析，故障发生时直流开关柜将所有电流 (6000A) 正确馈出至能 馈装置，直流开关柜能并未发生框架泄漏情况。

（7）负极柜框架电流保护动作

跳闸后我检查直流开关柜内部 (包括正极母排、断路 器室，电缆室等) 均未发现任何放电痕迹。使用绝缘摇表测量母排绝缘是正常的(大于50MΩ)，直流开关柜框架绝缘偏低。同时根据现场反馈，能馈装置内部发生故障。根据负极柜跳闸波形可知，框架电流波形是先为负电流，然后是正电流。

根据以上现象，我判断故障电流走向为：故障发生后电流发生泄漏，由于变电所接地点为统一接地，同时此时的直流柜框架绝缘偏低，电流先从泄漏

点流至变电所同一接地点经负极柜框架接地电缆反向向直流柜框架分流电流，持续时间约5ms，因此框架保护测量出该时间段的电流为负电流。5ms后的框架电流是从泄漏点经直流柜框架向负极柜框架分流器 (直流柜侧框架分流器) 向变电所主接地点泄漏电流，因此该时间段的电流为正电流。

由于框架泄漏电流超过保护跳闸定值，因此负极柜框架保护跳闸动作。

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3结论

根据以上分析，在本次故障中，负极柜框架保护跳闸是正确动作，框架电流 泄漏点不在直流开关柜侧，由于框架泄漏电流超过可测量范围，因此无法判断框架泄漏电流峰值；同时通过对能馈装置检查，发现能馈装置一次电缆发生泄漏点。

4结束语

框架保护对地铁供电系统中的故障进行事先预防，为地铁列出运行提供较为稳定的供电保障，从而满足其正常运行要求。

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