城軌車(chē)輛接地回流試驗(yàn)原理及故障分析

陳 芳，周 峰

(中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

城軌交通車(chē)輛采用直流自動(dòng)供電控制系統(tǒng)，車(chē)輛屏柜內(nèi)部電子設(shè)備增加，不僅使城軌車(chē)輛屏柜內(nèi)部設(shè)備布局十分密集，也使車(chē)內(nèi)的電磁干擾環(huán)境變得復(fù)雜，為有效保證城軌車(chē)輛的電氣設(shè)備和人身安全，必須重視城軌車(chē)輛電子電氣設(shè)備的安全接地回流保護(hù)。

1 工作原理

接地系統(tǒng)是提高城軌車(chē)輛供電安全性、可靠性以及車(chē)輛抗干擾力的重要供電系統(tǒng)。城軌交通車(chē)輛接地回流實(shí)驗(yàn)要求在落車(chē)完成后，整車(chē)進(jìn)入編組前進(jìn)行。車(chē)輛測(cè)試均須以節(jié)車(chē)為單位進(jìn)行接地和回流實(shí)驗(yàn)，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)試回流接地線的碳刷和輪對(duì)間的接地電阻來(lái)檢查接地刷和回流線間的接地連接。

城軌車(chē)輛上設(shè)有2個(gè)“地“：一個(gè)是車(chē)體地，一個(gè)是鋼軌(大地)，車(chē)輛上所有機(jī)電設(shè)備包括設(shè)備外殼，接地點(diǎn)均連在車(chē)體地上，車(chē)體與鋼軌之間通過(guò)一個(gè)接地電阻相連。每單節(jié)車(chē)體均通過(guò)一個(gè)30 mΩ的保護(hù)性電阻與接地匯流排相連，動(dòng)車(chē)上通過(guò)2個(gè)轉(zhuǎn)向架的4個(gè)軸端接地碳刷裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù)接地的回流，TC車(chē)通過(guò)1軸和4軸的接地碳刷裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù)接地回流。

接地保護(hù)電阻值就是用來(lái)衡量車(chē)輛接地狀態(tài)性能是否良好的一個(gè)重要測(cè)量參數(shù)。接地電阻的作用一是將車(chē)體地與鋼軌相連，使車(chē)輛上需要接地的設(shè)備外殼、接地點(diǎn)與鋼軌相連，起接地保護(hù)作用；二是使車(chē)體上流向鋼軌的電流經(jīng)過(guò)接地電阻，避免電流流過(guò)軸箱軸承、電機(jī)軸承及齒輪等，防止電流損壞設(shè)備；三是當(dāng)線路意外接地短路時(shí)，可以限制短路電流。接地電阻需要有一定的接地電阻阻值，但又不能太大，按《鐵路應(yīng)用 機(jī)車(chē)車(chē)輛電氣隱患防護(hù)的規(guī)定(EN50153：2002)》規(guī)范，客車(chē)接地電阻的最大阻值不應(yīng)超過(guò)50 mΩ，現(xiàn)在的城軌項(xiàng)目的接地電阻阻值為30 mΩ。

2 工藝流程

2.1 測(cè)試回路與阻值要求

目前，城軌車(chē)輛進(jìn)行接地回流前須先將蓄電池箱的熔斷器斷開(kāi)，以確保試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)人員的安全，再檢查軟連線是否具有合適的長(zhǎng)度和足夠大的導(dǎo)線截面。所有試驗(yàn)測(cè)量設(shè)備應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，保持輪軌接觸面清潔，確保輪對(duì)和鋼軌之間無(wú)電壓，并斷開(kāi)接地匯流排與逆變器的負(fù)極連接。城軌項(xiàng)目低電阻測(cè)試儀型號(hào)為Megger.DLRO 100X。

將低電阻測(cè)試儀的正極接上接地裝置對(duì)應(yīng)到匯流排上的連線，相對(duì)應(yīng)的單個(gè)輪對(duì)接上低電阻測(cè)試儀的負(fù)極，測(cè)試電流為DC50A，測(cè)試時(shí)間為3 min，將測(cè)試結(jié)果記錄在某項(xiàng)目接地回流實(shí)驗(yàn)記錄中，測(cè)量回路與阻值要求如表1所示。

表1 測(cè)量回路與阻值要求 單位：mΩ

斷開(kāi)蓄電池保險(xiǎn)，用萬(wàn)用表測(cè)量確定鋼軌與輪對(duì)間無(wú)電壓。測(cè)量輪對(duì)與鋼軌之間的接觸面應(yīng)保持干凈，無(wú)雜物、油漬，無(wú)銹蝕，否則無(wú)法測(cè)出電阻值，確保輪對(duì)與鋼軌間無(wú)電壓。原因是低電阻測(cè)試儀在有外部電源的時(shí)候無(wú)法啟動(dòng)。試驗(yàn)前應(yīng)用無(wú)紡布將輪對(duì)上的灰塵、油漬擦拭干凈。

2.2 全自動(dòng)車(chē)鉤與鋼軌阻值測(cè)量

斷開(kāi)接地電阻+173=11-R102的1 A所有電纜，對(duì)電纜進(jìn)行絕緣處理。測(cè)量接地電阻，全自動(dòng)車(chē)鉤173=11-R102的1 A點(diǎn)與鋼軌之間電阻，電阻值大于60 mΩ且小于80 mΩ為合格。低電阻測(cè)試儀器必須配備一副(兩組)電阻測(cè)試電接線，紅粗線接紅色電流接線柱(C1)，紅細(xì)線接紅色電阻接線柱(P1)，黑粗線接黑色電流接線柱(C2)，黑細(xì)線接黑色電阻接線柱(P2)。試驗(yàn)中，經(jīng)常出現(xiàn)故障為無(wú)法正常測(cè)量到電阻值，原因是測(cè)試儀與線纜的接觸不牢固可靠，造成測(cè)試電纜虛接狀態(tài)，正常工作狀態(tài)為測(cè)試儀表顯示的是C1和C2、P1和P2中間的指示燈為常亮狀態(tài)。

2.3 車(chē)體與鋼軌阻值測(cè)量

測(cè)量接地電阻+173=11-R101的2 A點(diǎn)與輪對(duì)之間電阻，電阻值大于30 mΩ且小于50 mΩ為合格?；謴?fù)所有電纜連接，再斷開(kāi)+191=11-X101接地裝置電纜，連接并測(cè)量接地碳刷與相應(yīng)輪對(duì)間電阻值，電阻值不大于8 mΩ為合格，測(cè)量完成后恢復(fù)電纜連接。

2.4 接地碳刷與相對(duì)應(yīng)輪對(duì)阻值測(cè)量

斷開(kāi)+194=11-X104接地裝置電纜，連接并測(cè)量接地碳刷與相應(yīng)輪對(duì)間電阻值，電阻值不大于8 mΩ為合格，測(cè)量完成后恢復(fù)電纜連接。因項(xiàng)目的不同，如果需要測(cè)量的點(diǎn)位較遠(yuǎn)，低電阻測(cè)試儀本身電纜不夠長(zhǎng)，可通過(guò)工藝人員確認(rèn)后將部分電纜進(jìn)行延長(zhǎng)。原則上接地回流試驗(yàn)不允許將被測(cè)電纜進(jìn)行延長(zhǎng)，防止測(cè)出的數(shù)據(jù)有誤。

3 典型故障分析及處理方案

現(xiàn)階段校線班進(jìn)行接地回流試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)接地電阻阻值出現(xiàn)誤差時(shí)，無(wú)法第一時(shí)間判斷哪個(gè)試驗(yàn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了故障，而導(dǎo)致的阻值與試驗(yàn)文件要求不符。為更快、更準(zhǔn)確地判斷出故障點(diǎn)，采取的措施是通過(guò)原理圖接地電阻理論計(jì)算與實(shí)際的操作結(jié)果來(lái)進(jìn)行分析，證明了該方法的正確性與高效性。

3.1 全自動(dòng)車(chē)鉤與輪對(duì)間的連接電阻計(jì)算

假設(shè)=11-X02接地裝置電阻為10 mΩ，如圖1所示，畫(huà)×的地方則是電纜斷開(kāi)的點(diǎn)位。

低電阻測(cè)試儀的正極接車(chē)鉤和負(fù)極接地裝置形成一個(gè)接地回路，轉(zhuǎn)化成等效電路圖。

計(jì)算出連接電阻應(yīng)為：R=30 mΩ+30 mΩ+R1=70 mΩ。

3.2 車(chē)體與輪對(duì)間的連接電阻計(jì)算

假設(shè)=11-X201接地電阻為10 mΩ，斷開(kāi)到設(shè)備的連線，進(jìn)行阻值的計(jì)算。如圖2所示，車(chē)體對(duì)輪對(duì)間只串聯(lián)了一個(gè)接地碳刷的電阻，故R1=10 mΩ。

圖1 全自動(dòng)車(chē)鉤與輪對(duì)

圖2 輪對(duì)間的連接電阻

3.3 車(chē)體與鋼軌之間的連接電阻計(jì)算

假設(shè)=11-X201接地電阻為10 mΩ，轉(zhuǎn)換成等效電路圖，4個(gè)接地裝置并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電阻，R=30 mΩ+10/4 mΩ=32.5 mΩ，也就是說(shuō)在進(jìn)行車(chē)體與鋼軌之間連接電阻測(cè)量時(shí)，須先將匯流排上的電纜恢復(fù)好，測(cè)出來(lái)的電阻應(yīng)小于30 mΩ，如圖3所示。

圖3 車(chē)體與鋼軌之間的連接電阻

綜上所述，當(dāng)出現(xiàn)阻值不符合工藝文件數(shù)值時(shí)，應(yīng)先檢查需要斷開(kāi)的線纜是否全部斷開(kāi)，確保每根電纜正確斷開(kāi)或恢復(fù)。接地碳刷與輪對(duì)間的電阻值偏大或偏小，出現(xiàn)此故障，接地碳刷須更換。接地碳刷須保持良好的導(dǎo)電特性，以滿足車(chē)輛系統(tǒng)的牽引制動(dòng)技術(shù)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

可靠的接地保護(hù)是城軌車(chē)輛安全穩(wěn)定的保障，關(guān)系著乘客的人身安全和設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于城軌車(chē)輛的回流接地屏蔽保護(hù)主要功能是在保證城軌鐵路車(chē)輛正常運(yùn)行中，為其交流電氣設(shè)備直接提供零點(diǎn)位，并將城軌車(chē)輛中每一個(gè)交流車(chē)體直接當(dāng)成零點(diǎn)電位等位的勢(shì)體，城軌鐵路車(chē)輛中的接地保護(hù)回流電路保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理科學(xué)與否，對(duì)保證車(chē)輛電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性起到?jīng)Q定性的作用。本文通過(guò)對(duì)車(chē)輛接地回流試驗(yàn)，采用接地電阻轉(zhuǎn)換等效電路的分析計(jì)算方法縮短了排除故障點(diǎn)的時(shí)間，提高了接地電阻測(cè)量阻值的正確性及高效性；同時(shí)也提高了員工的崗位技能。