地鐵車輛接地技術(shù)研究

唐朝輝 張麗勇 査小菲

（唐山軌道客車有限責(zé)任公司，河北 唐山 063035）

1 概述

隨著軌道交通的大規(guī)模發(fā)展，對車輛電氣接地系統(tǒng)的可靠性要求日益提高。城軌車輛集高壓、變頻、網(wǎng)絡(luò)通信于一體的系統(tǒng)設(shè)備，內(nèi)部采用變頻變壓逆變器VVVF調(diào)速、異步電動機驅(qū)動的交流傳動系統(tǒng)和靜止逆變器(SIV)等附帶大量諧波的大功率設(shè)備，采用微機對牽引、制動系統(tǒng)進行實時的控制及診斷，并且安裝有車載信號、無線通信和乘客信息等系統(tǒng)。為使車上的各種電氣設(shè)備都能正常工作，互不干擾，保護乘客的身心健康，向乘客提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，必須將地鐵車輛上的電氣、電子設(shè)備進行接地。地鐵車輛上的地是指相對零電位基準(zhǔn)-車體。

2 接地系統(tǒng)構(gòu)成

按照接地回路的布置，分為回流接地和安全接地，其中安全接地又包括設(shè)備外殼接地和屏蔽接地。

2.1 回流接地

即高壓電源負(fù)端的回流，通過接地回流裝置與列車軌道相連。高壓電源的負(fù)端首先通過導(dǎo)線經(jīng)與車體絕緣的絕緣子相連，然后通過接地導(dǎo)線與轉(zhuǎn)向架構(gòu)件相連，再通過接地導(dǎo)線與軸端接地回流裝置連接，經(jīng)列車軌道最終回到變電站高壓負(fù)端，從而形成高壓回路。

2.2 安全接地

安全接地包括保護性接地和屏蔽接地。

2.3 保護性接地

所有導(dǎo)電的可觸及到的車輛零部件，如轉(zhuǎn)向架、牽引電機、牽引設(shè)備箱、輔助供電模塊箱等，它們在故障狀態(tài)下可能攜帶危險接觸電壓，必須通過保護性接地以較低的電阻連接到車體上。

根據(jù)EN 50153，在車體與固定式的保護性導(dǎo)體（軌道）之間，必須存在至少兩條保護性屏蔽接地路徑作為車輛保護性屏蔽接地。這兩條路徑的布置和定尺必須保證一條路徑故障時，不會產(chǎn)生觸電危險。兩條路徑應(yīng)能夠檢查。

2.4 屏蔽接地

整列車的等電位連接有利于提高通信設(shè)備工作時的信噪比，有效改善通信質(zhì)量。車體等電位連接，為有用信息提供了一個良好的參考面。如果接地體出現(xiàn)短路或雷擊電流時，屏蔽層兩點接地的電纜兩端電位不同，屏蔽層內(nèi)就有電流流過，屏蔽層本身將形成一個很大的干擾源。因此整列車的等電位連接，可防止兩端接地的電纜屏蔽層過流，使信號傳輸過程中不會出現(xiàn)干擾。

3 接地系統(tǒng)總體要求

以6編組4動2拖B型地鐵為例

主電路圖：

圖1

3.1 接地系統(tǒng)有如下要求：

功能接地可以使列車電氣設(shè)備正常工作；保護接地可以確保人身安全；屏蔽接地可以提高電磁兼容性。圖2為接地方案圖

圖2 列車接地方案

整列車的工作接地通過絕緣的匯流排回流，然后被分配在輪對的運行接地觸點上。匯流排安裝在該車的車體底架上。如果可能，與車輪接地觸點的連接都應(yīng)具有相同的長度。如果不能做到，長度的不同必須通過選擇合適的連接電纜橫斷面補償，到兩個車輪接地觸點的連接電阻實質(zhì)上相等。

由于鋁合金車體的電阻小于鋼軌，鋼軌的雜散電流可能從Mp車轉(zhuǎn)向架→Mp車車體→M1車車體→M1車轉(zhuǎn)向架，雖然不會損壞車體，但動車的對地電流就較大，直接影響到接地裝置和轉(zhuǎn)向架軸承的壽命。為了減小一個動車通過車體流向其他車的雜散電流，在工作接地和保護接地間設(shè)置一個接地電阻Rb，如圖2中所示。

所有DC 110 V負(fù)極在Tc車底架蓄電池箱內(nèi)與絕緣母排相連，并通過圖3所示的接地電阻Re與車體相連，這樣DC 110 V負(fù)極線相對車體呈高阻態(tài)，防止了變電站的大電流從鋼軌→Tc1車車輪/車體→電池負(fù)極→Tc2車車體/車輪→鋼軌進行回流，避免DC 110 V負(fù)極線發(fā)熱。

整列車的車體的保護性接地是通過使整列車為一個等勢體（每輛車之間通過兩根電線連接），由接地線通過接地電阻Rb接到絕緣匯流排。與輪軌之間保持等電位。

圖3 110V接地方案圖

而對于每個列車單元而言，為了防止重聯(lián)時另一個單元回流通過其車體，必須在每個Tc車車鉤旁并聯(lián)電阻Rec再連接到車體，從而阻斷兩單元之間的雜散電流，又能使車輛之間等電位，如圖2。

3.2 轉(zhuǎn)向架要求

為確保沒有電流經(jīng)旁路從軌道流入車輛，這些旁路被設(shè)計成與車體和轉(zhuǎn)向架絕緣。因為保護和運行接地的低阻連接是通過車輪接地設(shè)施實現(xiàn)，轉(zhuǎn)向架絕緣軌道可以通過幾歐姆電阻達(dá)到。

圖形4轉(zhuǎn)向架絕緣點分布原理圖，其中標(biāo)出了絕緣部分的位置。

圖4 轉(zhuǎn)向架絕緣點分布原理圖

3.3 半永久車鉤的要求

在車輛之間的半永久車鉤相對車體是絕緣的。絕緣點的任務(wù)是通過等電位接地導(dǎo)體創(chuàng)建一個確定的電流通道。半永久車鉤相對車體的保護接地通過兩個等電位屏蔽接地導(dǎo)體實現(xiàn)。

4 接地系統(tǒng)特性要求

將回流的電路接地與保護接地分開；將高壓電路接地與低壓電路的接地分開；轉(zhuǎn)向架地線就近接到接地端子臺上；從接地端子臺到各接地裝置的回流線的阻抗盡量一致；車體接地點盡量設(shè)在車體中央；各車之間設(shè)均壓線，消除電位差，并將各車低壓負(fù)極線連在一起；車輛機電設(shè)備的外殼、機架等必須可靠地接車體地，不能依賴于鉸鏈等機械接觸的手段接地，否則會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。接地點處必須采用牢固的緊密接觸，如銅焊。若不同金屬焊在一起時，要防止化學(xué)原電池反應(yīng)引起的腐蝕效應(yīng)。若采用緊固接觸，必須保證接觸面不涂油漆。

結(jié)語

城軌車輛的接地系統(tǒng)直接關(guān)系到車輛人身安全和車上設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，本文從接地概念到具體接地方案，給出了地鐵車輛接地的具體解決方案，為整車電磁兼容設(shè)計提供了方法和思路。

[1]程維.城軌車輛電磁兼容設(shè)計[J].技術(shù)與市場.2010.

[2]朱軍.城軌車輛接地系統(tǒng)設(shè)計[J].車輛產(chǎn)品與零部.2009.

[3]EN 50121，鐵路應(yīng)用-電磁兼容.

[4]鐘碧翠.地鐵車輛接地技術(shù)分析[J].電力機車與城軌車輛，2008.

[5]唐山B型地鐵樣車接地概念.