地鐵車輛接地技術研究

唐朝輝 張麗勇 査小菲

（唐山軌道客車有限責任公司，河北 唐山 063035）

1 概述

隨著軌道交通的大規模發展，對車輛電氣接地系統的可靠性要求日益提高。城軌車輛集高壓、變頻、網絡通信于一體的系統設備，內部采用變頻變壓逆變器VVVF調速、異步電動機驅動的交流傳動系統和靜止逆變器(SIV)等附帶大量諧波的大功率設備，采用微機對牽引、制動系統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。為使車上的各種電氣設備都能正常工作，互不干擾，保護乘客的身心健康，向乘客提供優質服務，必須將地鐵車輛上的電氣、電子設備進行接地。地鐵車輛上的地是指相對零電位基準-車體。

2 接地系統構成

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備外殼接地和屏蔽接地。

2.1 回流接地

即高壓電源負端的回流，通過接地回流裝置與列車軌道相連。高壓電源的負端首先通過導線經與車體絕緣的絕緣子相連，然后通過接地導線與轉向架構件相連，再通過接地導線與軸端接地回流裝置連接，經列車軌道最終回到變電站高壓負端，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

所有導電的可觸及到的車輛零部件，如轉向架、牽引電機、牽引設備箱、輔助供電模塊箱等，它們在故障狀態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EN 50153，在車體與固定式的保護性導體（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，不會產生觸電危險。兩條路徑應能夠檢查。

2.4 屏蔽接地

整列車的等電位連接有利于提高通信設備工作時的信噪比，有效改善通信質量。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干擾。

3 接地系統總體要求

以6編組4動2拖B型地鐵為例

主電路圖：

圖1

3.1 接地系統有如下要求：

功能接地可以使列車電氣設備正常工作；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車轉向架→Mp車車體→M1車車體→M1車轉向架，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置一個接地電阻Rb，如圖2中所示。

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

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 轉向架要求

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

圖形4轉向架絕緣點分布原理圖，其中標出了絕緣部分的位置。

圖4 轉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。絕緣點的任務是通過等電位接地導體創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體實現。

4 接地系統特性要求

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；車體接地點盡量設在車體中央；各車之間設均壓線，消除電位差，并將各車低壓負極線連在一起；車輛機電設備的外殼、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，否則會造成系統的不穩定。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，要防止化學原電池反應引起的腐蝕效應。若采用緊固接觸，必須保證接觸面不涂油漆。

結語

城軌車輛的接地系統直接關系到車輛人身安全和車上設備的正常運轉，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，為整車電磁兼容設計提供了方法和思路。

[1]程維.城軌車輛電磁兼容設計[J].技術與市場.2010.

[2]朱軍.城軌車輛接地系統設計[J].車輛產品與零部.2009.

[3]EN 50121，鐵路應用-電磁兼容.

[4]鐘碧翠.地鐵車輛接地技術分析[J].電力機車與城軌車輛，2008.

[5]唐山B型地鐵樣車接地概念.